IC封装等离子清洗的工艺优化

IC封装等离子清洗的工艺优化

辛强强

天水华天科技股份有限公司 甘肃 天水 741000

摘要：

适用于框架、基板的全自动等离子清洗，它使用等离子物理清洗，能可靠地去除各种类型的金属盒基板上的各种污染物，提高压焊的拉力和剪切力，并提高塑封时的粘着力及增加未填满时的润湿性。本文对IC封装工艺Wire Bonding站点等离子清洗的工艺优化进行分析，以供参考。

关键词：IC封装工艺；等离子清洗；工艺优化；水滴角

引言：

封装的IC器件的长期可靠性取决于芯片互连技术，封装质量直接影响到芯片的性能，以及与芯片相连的电路板的设计和生产。通过检测和分析，大约25%的器件故障是由芯片互联不良造成的。芯片连接引起的故障主要表现为虚焊、断丝、球形不良以及PAD crack导致。这些破坏主要与材料表面的污染物有关，包括小颗粒、薄氧化物层和有机残留物。等离子体清洗技术在线为人们提供了环保高效的解决方案，已经成为半导体封装过程中不可或缺的关键工艺。

1 IC封装等离子清洗工艺基本原理

电路保护在包装的电路中起着很大的保护作用，通过安装、固定、密封等，对防止电加热起着很大作用，可用于保护整个芯片不受电加热炉的影响。为了防止空气中的污染物进入内部芯片，芯片必须与外部世界分离，这些芯片表面的污染物将大大降低产品质量。在包装过程中，我们必须清洁装载和引线等技术原则，以便完全有效地清除这些污染物。等离子体用于清理物体表面的灰尘。等离子清洗是设备利用射频等离子源的激发，使工艺气体激发成为离子态，与清洗材质表面的污染物发生物理和化学反应，通过真空泵将反应产生的污染物排走，达到清洗效果。等离子清洗的效果影响产品的可靠性和成品率。

        Plasma                          等离子清洗原理

等离子清洗过程发生的化学反应为：

Ar+e-=Ar++2e-       Ar++沾污=挥发性沾污

等离子体净化所需气体主要为氩气、氮气等组成。实验证明，等离子体清洗工艺可以有效地解决芯片及引脚表层聚集的污染物，清洗后拉力/剪切力试验有10%～20%提升率，且产品不会发生变色发黄及损伤产品品质等现象。无论从未来产品封装工艺可靠性的以及产品生产过程稳定性来看，都有必要引入等离子清洗、高科技清洗技术来解决上述问题，提高生产工艺和产品质量。

2在线片式等离子清洗的工艺优化

2.1实验数据采集及处理

1)实验目标和要求:调查在线等离子体精炼过程中射频功率、工艺气体消耗和精炼时间等参数对清洗效果的影响，逐步优化工艺参数。2)实验指标:清洁框架后，表面水滴的角度越小越好。3)实验选项和数据处理:清洁Callout框架后，影响表面水滴角度的主要因素有三个:射频功率、过程气体流量和清洗时间，从三个因素来看，三个阶段的射频功率分别为200W、300W、400W、三个级别的过程气体流量分别为10SCM、20 SCM、30SCM。

经行等离子清洗后的产品，要求水滴角≤20°。

等离子清洗前                            等离子清洗后

进行等离子清洗后的产品在装片后使用SAT扫描确认无分层等产品可靠性隐患；对比未进行等离子清洗产品在SAT扫描存在分层异常，加工产品影响产品封装气密性以及可靠性，如下为进行等离子清洗后进行可靠性实验数据；

未进行等离子清洗产品在进行Precon（MSL3）+TCT1000/HTST500/PCT96+FT存在OS失效异常，SAT扫描存在分层异常，OS失效样品FT表现Open，对失效脚位做切片后存在虚焊问题。

                                SAT扫描存在分层现象

实验后1st出现虚焊现象                   实验后2nd出现虚焊现象

使用等离子清洗后产品进行Precon（MSL3）+TCT1000/HTST500/PCT96+FT后无失效，SAT扫描无异常，切片后无虚焊问题。

SAT扫描无分层现象

     实验后1st无虚焊现象                 实验后2nd无虚焊现象

2.2等离子清洗设备

等离子清洗设备和其他设备的主要区别在于，净化强度相对较大，相对清洁和环保，且不会产生废水和废物残渣的重复。当提到等离子体时，大多数人大概会想到化学，但是等离子体冲洗设备的一些原理与物理有关。等离子体清洗设备的操作条件与真空环境下的压缩条件相同。随着压力的增加，分子之间的距离也会减小，甚至趋向于为零。此后，射频源发出的高压交流振动电场被用于通过某些暴力活动，如高温挤压，将氧气、铝和氢气等各种工艺气体转化为各种化学活性状态。只有在这种状态下，污染物之间才能产生一定的吸引力，并且污染物可以通过污染物之间的相互摩擦和吸引转化为高挥发性材料。最后，所有这些高挥发性化学物质都是人工运输的，因此具有一定的净化效果。

3单片式等离子清洗的应用优化

随着现代科学技术的飞速发展和工艺的不断优化，在线设备和等离子清洗工艺将越来越多地应用于微电子封装领域。由于其优良的特性，它将成为半导体封装领域的关键制造设备，也将成为提高大规模生产过程中产品产量和可靠性的重要技术措施，这在未来将是不可缺少的。在线等离子清洗技术也将继续发展和扩大应用领域。等离子清洗普遍应用到消费级、工业级、汽车电子等高端电器行业。展望未来，在线等离子清洗技术可以为微电子产业技术的快速发展做出巨大贡献，发展前景无限光明。

4箱式等离子清洗的应用优化

随着微电子领域的发展，部分微电子产品应用到工业电子、车载电子、航天电子等领域，对电子封装产品可靠性要求越来越高，部分产品需要在Wire Bond站点后进行等离子清洗，以降低产品在不同环境下适应状态，提升产品可靠性，需要在Molding站点前进行等离子清洗。已经进行Wire Bond产品使用片式等离子清洗产品可靠性无法保证，故此，箱式等离子清洗进入了封装行业视线，并得以广泛应用。

结束语

近年来，随着光纤电路板生产技术的快速发展和不断发展，通过对在线式等离子清洗机以及引线框架封装工艺的分析研究，得到在线等离子清洗机可实现单片式和箱式引线框架的清洗；通过对等离子清洗前后引线框架水滴角对比试验的分析与研究，清洗后的引线框架水滴角会发生明显的减小，能有效地去除其表面的污染物及颗粒物，对于提高引线键合的强度和降低封装时候的分层现象有明显的效果，从而对于提高芯片本身的质量和使用寿命提供了相应的参考依据，可推动封装产业更加快速的发展。

参考文献

[1]李菁萱,刘沛,练滨浩,林鹏荣,黄颖卓.陶瓷表面状态对底部填充胶流动性影响研究[J].电子与封装,2018,18(03):1-4.

[2]曾玉梅,王康,李宏艳.提高基板键合可靠性的等离子清洗工艺研究[J].电子与封装,2017,17(07):40-42.

[3]胡珂珂,王俊,曾平,谭小林.PI表面改性剂和等离子清洗在FPCB组装中的应用[J].印制电路信息,2017,25(02):7-10.

[4]马世杰,任云星,王大伟.集成电路封装中低压等离子清洗及其应用[J].山西电子技术,2019(03):44-46.

[5]于海,赵雪莹,孟桂珍,田辉,高晶.等离子清洗技术对铝合金阳极氧化膜层耐蚀性的影响[J].电镀与精饰,2020,37(07):30-32.