光電產(chǎn)業(yè)半導體TO封裝等離子清洗應用

  隨著(zhù)光電產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,半導體等微電子產(chǎn)業(yè)迎來(lái)了黃金發(fā)展期,促使產(chǎn)品的性能和質(zhì)量成為微電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)公司的追求。高精度、高性能以及高質(zhì)量是眾多高科技領(lǐng)域的行業(yè)標準和企業(yè)產(chǎn)品檢驗的標準。在整個(gè)微電子封裝工藝生產(chǎn)流程中,半導體器件產(chǎn)品表面會(huì )附著(zhù)各種微粒等沾污雜質(zhì)。這些沾污雜質(zhì)的存在會(huì )嚴重影響微電子器件的可靠性和工作壽命。

  封裝工藝的好壞直接影響微電子產(chǎn)品的良品率,而在整個(gè)封裝工藝環(huán)節中的最大問(wèn)題是產(chǎn)品表面附著(zhù)的污染物。針對污染物出現環(huán)節的不同,等離子清洗可應用于各個(gè)工序前邊。它一般分布于粘片前、引線(xiàn)鍵合前以及塑封前等。等離子清洗在整個(gè)封裝工藝過(guò)程中的作用主要有防止包封分層、提高焊線(xiàn)質(zhì)量、增加鍵合強度、提高可靠性以及提高良品率節約成本等。

  因為干法清洗方式能夠不破壞芯片表面材料特性和導電特性就可去除污染物,所以在眾多清洗方式中具有明顯優(yōu)勢,其中等離子體清洗優(yōu)勢明顯,具有操作簡(jiǎn)單、精密可控、無(wú)需加熱處理、整個(gè)工藝過(guò)程無(wú)污染以及安全可靠等特點(diǎn),在先進(jìn)封裝領(lǐng)域中獲得了大規模的推廣應用。

  等離子清洗原理

  等離子體是在膠體內包括足夠多的正負電荷數量,且正負電荷數目相當的帶電粒子的物質(zhì)堆積狀態(tài),或者是由大量帶電粒子組成的非凝聚系統。等離子體中包括正負電荷和亞穩態(tài)的分子和原子等。

  一方面,當各種活性粒子與被清洗物體表面彼此碰觸時(shí),各種活性粒子與物體表面雜質(zhì)污物會(huì )發(fā)生化學(xué)反應,形成易揮發(fā)性的氣體等物質(zhì),隨后易揮發(fā)性的物質(zhì)會(huì )被真空泵吸走。例如,活性氧等離子體與材料表面的有機物發(fā)生氧化反應。

  另一方面,各種活性粒子會(huì )轟擊清洗材料表面,使得材料表面的沾污雜質(zhì)會(huì )隨氣流被真空泵吸走。這種清洗方式本身不存在化學(xué)反應,在被清潔材料表面沒(méi)有留下任何氧化物,因此可以很好地保全被清洗物的純凈性,保障材料的各向異性。

  TO(TransistorOutline),即晶體管外形。早期晶體管大都采用同軸封裝,后來(lái)被借用到光通信中,叫做TO封裝,即同軸封裝。目前來(lái)說(shuō)同軸器件因為易于制造和成本優(yōu)勢,基本霸占了主流的光器件市場(chǎng)應用。

  在光電器件的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)中,封裝往往占其成本的60%~90%,其中80%的制造成本又來(lái)自組裝和封裝工藝,因此封裝在降低成本上扮演舉足輕重的角色,逐漸成為研究的熱門(mén)話(huà)題。

  TO封裝中存在的問(wèn)題主要包括焊接分層、虛焊或打線(xiàn)強度不夠,導致這些問(wèn)題的罪魁禍首就是引線(xiàn)框架及芯片表面存在的污染物,主要有微顆粒污染、氧化層、有機物殘留等,這些存在的污染物使銅引線(xiàn)在芯片和框架基板間的打線(xiàn)焊接不完全或存在虛焊,如何解決封裝過(guò)程中存在的微顆粒、氧化層等污染物,提高封裝質(zhì)量變得尤為重要。

  等離子清洗主要通過(guò)活性等離子體對材料表面進(jìn)行物理轟擊或化學(xué)反應等單一或雙重作用,從而實(shí)現材料表面分子水平的污染物去除或改性,應用在封裝工藝中能夠有效去除材料表面的有機殘留、微顆粒污染、氧化薄層等,提高工件表面活性,避免鍵合分層或虛焊等情況。

  等離子清洗,既能大大提高粘接及鍵合強度等性能的同時(shí),又能避免人為因素長(cháng)時(shí)間接觸引線(xiàn)框架而導致的二次污染。

TO封裝等離子處理

  在等離子清洗后,想測試產(chǎn)品處理的結果,通常用水滴角或達因值來(lái)衡量,下圖為某企業(yè)硅光敏三極管進(jìn)行等離子清洗前后水滴角對比。

  通過(guò)實(shí)驗清洗前后的測試數據結果可知,材料經(jīng)過(guò)等離子清洗機清洗后,產(chǎn)品表面的接觸角由未清洗前的97.363°下降到清洗后的10°以下,說(shuō)明通過(guò)等離子機清洗的方式能夠有效去除產(chǎn)品表面的各種雜質(zhì)和污染物,從而提高材料鍵合打線(xiàn)的強度,有效去除后續芯片封裝時(shí)會(huì )出現的分層現象。

  等離子清洗最大的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現各種尺寸和各種結構產(chǎn)品的干凈清洗,無(wú)廢液、無(wú)污染源產(chǎn)生。