半導體封裝引線鍵合等離子清洗工藝參數如何選擇

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發表時間：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選擇的函數。工藝參數也決定工藝是否為物理的、化學的或者兩種機制的結合。當用于清潔鍵合焊盤時，每種工藝都有顯著的優點和缺點。工藝氣體的選擇、容室壓力、應用功率和工藝時間都決定清潔機制及其效果。實際上，在整個制造過程中，等離子清洗系統的關鍵控制要素包括過程溫度、射頻功率、氣體分配、真空度、電極設置、靜電保護等等。對系統和這些交互影響參數的控制對獲得良好的清潔效果是至關重要。

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

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等離子也有應用，它是有效去除環氧樹脂的除氣材料。不同的工藝氣體有不同的清洗機理，有物理的、化學的或物理/化學的，選擇何種工藝氣體應根據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、產品排氣率和泵速的函數。物理工藝一般要求比化學工藝有較低的壓力。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，已激勵的粒子和自由基團碰撞到基板表面。因此，壓力參數的設定是至關重要的，如果工藝壓力過高，已激勵的粒子和自由基團在到達鍵合焊盤之前將與其它粒子經過很多次的碰撞，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，或者說處在表面勢場的作用范圍內。一般物理吸附能在0.1～0.5eV，化學吸附能稍大一些，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，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，濃度的大小決定了粒子在碰撞之前所行程的距離，這個距離叫做粒子的平均自由路程，它與壓力成反比。因此，壓力的大小應選在使激活離子有足夠的平均自由程能到達清洗表面，并使碰撞沖擊能量大于固體對污染物的吸附能，同時，氣體要有合適的濃度，以獲得合理的清洗時間。

化學工藝依賴產生氣相輻射的等離子與基板表面的化學反應，并要求使用較高的壓力。在化學反應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有足夠的濃度。由于較高的壓力，化學工藝具有較快的清潔速度。但工藝壓力也不能過高。

因此，壓力參數是通過工藝氣體的選擇定義的，但是壓力大小的進一步細調節對優化清潔性能也是至關重要的。

3）等離子功率：等離子功率通過增加等離子內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組分的數量。增加離子密度將增加清潔速度，因為活性反應組分的濃度相對更大。離子能量定義活性反應組分進行物理工作的能力。

我們為引線接合的改善進行了等離子工藝功率的評估。增加功率對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得更好。可是，如果增加功率太多，可能對基板是有害的，這是因為等離子在去除污染物的同時，改變了表面的結構，使表面的粗造度增加。并且對工藝也是無效的。

4）時間：一般來說，目標是要使工藝時間最短，以達到最大的封裝生產線產量。工藝時間應該與功率、壓力和氣體類型平衡。對PCBs類基板作為引線鍵合強度函數的工藝壓力與功率進行優化，評估工藝時間，結果證明了工藝時間的重要性。當清洗工藝時間過短時，與未處理基板相比較，在引線接合強度上提高不大，當清洗工藝時間增加時，引線鍵合強度增加達20%以上。然而，較長的工藝運行時間不總是可以提供更好的鍵合強度的改善。達到可接受的鍵合抗拉強度所需要的清潔時間依賴其它的工藝參數。

另外，在等離子清洗工藝之后，應在一個合理的時間以內進行引線鍵合工藝，如果間隔時間過長，可能會造成二次污染。因此，建議在8小時以內進行引線鍵合工藝，或存放在N2氣室里。