半導(dǎo)體封裝引線鍵合等離子清洗工藝參數(shù)如何選擇

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2022-04-30

在等離子清洗工藝中，選擇性、各向異性、均勻性和清潔率是工藝參數(shù)選擇的函數(shù)。工藝參數(shù)也決定工藝是否為物理的、化學(xué)的或者兩種機(jī)制的結(jié)合。當(dāng)用于清潔鍵合焊盤時(shí)，每種工藝都有顯著的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。工藝氣體的選擇、容室壓力、應(yīng)用功率和工藝時(shí)間都決定清潔機(jī)制及其效果。實(shí)際上，在整個(gè)制造過程中，等離子清洗系統(tǒng)的關(guān)鍵控制要素包括過程溫度、射頻功率、氣體分配、真空度、電極設(shè)置、靜電保護(hù)等等。對(duì)系統(tǒng)和這些交互影響參數(shù)的控制對(duì)獲得良好的清潔效果是至關(guān)重要。

等離子清洗工藝的目的是要使引線拉力強(qiáng)度最大，減少失效和提高合格率。在做到這一點(diǎn)的同時(shí)，又要盡量不影響封裝生產(chǎn)線的產(chǎn)量。因此關(guān)鍵的是要通過審慎地選擇工藝氣體、操作壓力、時(shí)間和等離子功率來優(yōu)化等離子清洗工藝。

1）工藝氣體：在等離子清洗工藝中，所采用的氣體一般為O2、Ar、N2、80%Ar+20%O2、80%O2+20%Ar、H2、Ar/H2以及含Ar和O2的CF4。另外O2/Ｎ2等離子也有應(yīng)用，它是有效去除環(huán)氧樹脂的除氣材料。不同的工藝氣體有不同的清洗機(jī)理，有物理的、化學(xué)的或物理/化學(xué)的，選擇何種工藝氣體應(yīng)根據(jù)被清潔表面的污染物來確定。

2）壓力：工藝容室壓力是氣流速度、產(chǎn)品排氣率和泵速的函數(shù)。物理工藝一般要求比化學(xué)工藝有較低的壓力。物理等離子清洗是通過激活離子除去表面污染物，因此要求在通過碰撞去激的減活作用之前，已激勵(lì)的粒子和自由基團(tuán)碰撞到基板表面。因此，壓力參數(shù)的設(shè)定是至關(guān)重要的，如果工藝壓力過高，已激勵(lì)的粒子和自由基團(tuán)在到達(dá)鍵合焊盤之前將與其它粒子經(jīng)過很多次的碰撞，因此減低了清潔力。如果壓力過低，活性離子沒有足夠的活性能力除去表面污染物。

通常，污染物以吸附方式附著在固體表面，表面吸附粒子與固體表面有相互作用，或者說處在表面勢(shì)場(chǎng)的作用范圍內(nèi)。一般物理吸附能在0.1～0.5eV，化學(xué)吸附能稍大一些，在1～8eV范圍左右。所以入射離子能量大于固體表面吸附粒子的吸附能時(shí)，就可以清除固體表面污染物。

由于壓力是容室氣體濃度的函數(shù)，濃度的大小決定了粒子在碰撞之前所行程的距離，這個(gè)距離叫做粒子的平均自由路程，它與壓力成反比。因此，壓力的大小應(yīng)選在使激活離子有足夠的平均自由程能到達(dá)清洗表面，并使碰撞沖擊能量大于固體對(duì)污染物的吸附能，同時(shí)，氣體要有合適的濃度，以獲得合理的清洗時(shí)間。

化學(xué)工藝依賴產(chǎn)生氣相輻射的等離子與基板表面的化學(xué)反應(yīng)，并要求使用較高的壓力。在化學(xué)反應(yīng)的等離子工藝中使用較高的工藝壓力是由于需要在基板表面的活性反應(yīng)有足夠的濃度。由于較高的壓力，化學(xué)工藝具有較快的清潔速度。但工藝壓力也不能過高。

因此，壓力參數(shù)是通過工藝氣體的選擇定義的，但是壓力大小的進(jìn)一步細(xì)調(diào)節(jié)對(duì)優(yōu)化清潔性能也是至關(guān)重要的。

3）等離子功率：等離子功率通過增加等離子內(nèi)的離子密度和離子能量來增加清潔速度。離子密度是單位體積的活性反應(yīng)組分的數(shù)量。增加離子密度將增加清潔速度，因?yàn)榛钚苑磻?yīng)組分的濃度相對(duì)更大。離子能量定義活性反應(yīng)組分進(jìn)行物理工作的能力。

我們?yōu)橐€接合的改善進(jìn)行了等離子工藝功率的評(píng)估。增加功率對(duì)引線鍵合的改善有顯著的效果，而且清洗效果的一致性表現(xiàn)得更好?？墒?，如果增加功率太多，可能對(duì)基板是有害的，這是因?yàn)榈入x子在去除污染物的同時(shí)，改變了表面的結(jié)構(gòu)，使表面的粗造度增加。并且對(duì)工藝也是無效的。

4）時(shí)間：一般來說，目標(biāo)是要使工藝時(shí)間最短，以達(dá)到最大的封裝生產(chǎn)線產(chǎn)量。工藝時(shí)間應(yīng)該與功率、壓力和氣體類型平衡。對(duì)PCBs類基板作為引線鍵合強(qiáng)度函數(shù)的工藝壓力與功率進(jìn)行優(yōu)化，評(píng)估工藝時(shí)間，結(jié)果證明了工藝時(shí)間的重要性。當(dāng)清洗工藝時(shí)間過短時(shí)，與未處理基板相比較，在引線接合強(qiáng)度上提高不大，當(dāng)清洗工藝時(shí)間增加時(shí)，引線鍵合強(qiáng)度增加達(dá)20%以上。然而，較長(zhǎng)的工藝運(yùn)行時(shí)間不總是可以提供更好的鍵合強(qiáng)度的改善。達(dá)到可接受的鍵合抗拉強(qiáng)度所需要的清潔時(shí)間依賴其它的工藝參數(shù)。

另外，在等離子清洗工藝之后，應(yīng)在一個(gè)合理的時(shí)間以內(nèi)進(jìn)行引線鍵合工藝，如果間隔時(shí)間過長(zhǎng)，可能會(huì)造成二次污染。因此，建議在8小時(shí)以內(nèi)進(jìn)行引線鍵合工藝，或存放在N2氣室里。

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