芯片等離子清洗機(jī)清洗改善芯片粘接質(zhì)量和金絲鍵合質(zhì)量

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：2022-04-21

等離子清洗機(jī)結(jié)構(gòu)主要包括控制單元、真空腔體、真空泵三部分。等離子清洗機(jī)的工作流程為：腔體抽真空—充入工藝氣體—電離工藝氣體并清洗—腔體再次抽真空—充入保護(hù)氣體防止二次污染。清洗首先在真空腔體內(nèi)單種或者多種清洗所需氣體，一般為Ar、O2、N2等，外加射頻功率在平行電極之間形成交變電場(chǎng)，電子通過(guò)電場(chǎng)加速對(duì)工藝氣體進(jìn)行沖擊使氣體發(fā)生電離形成離子，作用在被清洗表面，電離產(chǎn)生的粒子與電子數(shù)量達(dá)到一定規(guī)模，便形成了等離子體。等離子體高速撞擊基板和芯片表面，與被清洗表面污染物發(fā)生理化反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)基板與芯片的清洗，并利用氣流將污染物排出腔體。等離子清洗通過(guò)去除表面污染物，提高了表面的粗糙度，有助于增加材料之間的結(jié)合力，對(duì)增加焊點(diǎn)可靠性有明顯改善，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長(zhǎng)使用壽命。

等離子清洗在芯片組件可靠性控制起重要作用，等離子清洗主要應(yīng)用在粘接前基板清洗以及金絲鍵合前基板清洗：

（1）粘接前基板清洗。在芯片粘接點(diǎn)膠前，如果電路基板上存在污染物，會(huì)嚴(yán)重影響基板的潤(rùn)濕性能，阻礙導(dǎo)電膠的平鋪、流動(dòng)。基板上表面張力過(guò)大，使膠滴呈圓球狀態(tài)，減小了相同膠量下基板與芯片的接觸面積，降低了剪切力。通過(guò)等離子清洗能夠大幅提升基板表面潤(rùn)濕性能，提高粘接強(qiáng)度。

（2）金絲鍵合前基板清洗。在芯片粘接固化完成后，金絲鍵合之前，電路基板或者芯片表面可能殘存一些微小顆粒等多余物，它們可能導(dǎo)致金絲與基板之間、金絲與芯片焊盤之間鍵合強(qiáng)度下降，還有可能嚴(yán)重影響電氣性能，造成產(chǎn)品失效。在金絲鍵合前對(duì)貼片后基板進(jìn)行等離子清洗，有助于防止多余物引入，提高鍵合質(zhì)量。

由于等離子清洗是分子級(jí)的，清洗效果很難通過(guò)肉眼觀察，所以清洗效果一般通過(guò)貼片、鍵合的強(qiáng)度提升或者使用專用設(shè)備對(duì)接觸角進(jìn)行測(cè)量的方法進(jìn)行效果檢查。為更加直觀觀察等離子清洗和不同工藝氣體對(duì)鍵合強(qiáng)度的影響，進(jìn)行了水滴實(shí)驗(yàn)和鍵合強(qiáng)度對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

（1）等離子清洗水滴對(duì)比實(shí)驗(yàn)
等離子清洗的目的是為了改善基板表面的潤(rùn)濕性，經(jīng)有關(guān)研究知大多數(shù)污染物和氧化物呈現(xiàn)憎水性，因此可以通過(guò)觀察潤(rùn)濕角判定基板潤(rùn)濕性能。等離子清洗的作用體現(xiàn)在水滴在基板上的潤(rùn)濕性、延展性，潤(rùn)濕性好的基板表面呈現(xiàn)親水性，潤(rùn)濕角為銳角；潤(rùn)濕性差的基板表面呈現(xiàn)憎水性，潤(rùn)濕角為鈍角。在進(jìn)行水滴實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了更加直觀的對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)不同實(shí)驗(yàn)條件的基板進(jìn)行了標(biāo)號(hào)，并對(duì)水滴進(jìn)行了上色處理。水滴實(shí)驗(yàn)潤(rùn)濕角實(shí)圖如圖所示。

潤(rùn)濕角檢查

經(jīng)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果觀察，1號(hào)基板在空氣中暴露時(shí)間較長(zhǎng)，并經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)氧化嚴(yán)重，水滴滴在基板上，聚集成球狀，潤(rùn)濕角為較大的鈍角；2號(hào)基板未經(jīng)過(guò)清洗，水滴滴在基板上，聚集成球狀，但弧度明顯小于氧化后的基板，潤(rùn)濕角成較小的鈍角；3號(hào)基板經(jīng)過(guò)等離子清洗，水滴滴在基板上，水滴平鋪，不呈球形，潤(rùn)濕角成銳角。通過(guò)水滴實(shí)驗(yàn)可以明顯觀察出等離子清洗后水滴在基板上接觸角的變化，經(jīng)過(guò)等離子清洗的基板的潤(rùn)濕性明顯得到改善，減小了潤(rùn)濕角。

通過(guò)水滴實(shí)驗(yàn)可以明顯觀察出等離子清洗后水滴在基板上接觸角的變化，經(jīng)過(guò)等離子清洗的基板的潤(rùn)濕性明顯得到改善，減小了潤(rùn)濕角。

（2）等離子清洗鍵合對(duì)比實(shí)驗(yàn)

金絲鍵合和拉力測(cè)試

經(jīng)等離子清洗后的鍍金陶瓷板金絲鍵合強(qiáng)度普遍增大。

等離子體是物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)，在一定空間內(nèi)對(duì)氣體施加足夠的能量，可以使氣體發(fā)生離化作用成為等離子狀態(tài)。等離子清洗原理是通過(guò)外加高能電子對(duì)清洗氣體分子進(jìn)行碰撞，將其激發(fā)至等離子狀態(tài)，期間會(huì)產(chǎn)生多種活性組分，一部分活性粒子轟擊在被清洗表面進(jìn)行物理清洗，另一部分活性粒子與被清洗表面接觸發(fā)生復(fù)雜的理化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)清洗。芯片通過(guò)等離子清洗機(jī)清洗可以有效清除被清洗表面污染物、改善表面狀態(tài)、增加材料的粘附性能、提高材料表面的浸潤(rùn)性能，明顯改善芯片粘接質(zhì)量和金絲鍵合質(zhì)量。