在电浆清洗工艺当中,会往密闭真空中充入少量Ar、H2、O2中的一种或几种气体,并利用RF power在平形板电极形成电场使电子来回震荡,在电子激发并电离气体产生了电浆,即我们所说的等离子体,使它撞击基板和芯片表面,与污染物产生物理或化学反应,利用气体流通将污染物去除。
一、SiP封装工艺中的Plasma Clean (电浆清洗Before WB)工艺
电浆清洗的工艺可以使表面微结构产生官能基或达到一定的粗糙度,增加不同材料之间的结合力,并增加焊点的可靠性以及基板与塑封材料之间的结合力,从而提高产品的可靠度、耐久性,从而达到提升使用寿命,提高产品质量的目的。
其中电浆清洗能赋予材料多种作用,我们介绍以下几种:
1、Argon Plasma(即刻蚀作用);纯物理作用、物理撞击可将表面高分子的键结打断,形成微结构粗糙面。
2、Oxygen Plasma(即改性作用):具有化学作用,可以氧化燃烧高分子聚合物,或者形成双键结构的官能子,可表面改性。
3、Hydrogen Plasma:具有还原性作用的气体,可以还原被氧化的金属表面层。
4、Mix Gas Plasma:组合上述气体种类,清洗过程中可达到特殊官能基的形成。Ar & H2的混合气体借由物理撞击可对表面的结构产生活化作用,并形成粗糙面增加结合力。Wire Bond工序前,采用此种清洗方式,可以增加焊点的结合力。O2& H2混合气,对金属面形成OH-基,Molding工序前,采用此种清洗,可以增加与Compound间的结合力。
二、SiP封装工艺中的Wire Bonding(WB)工艺
WB是封装工艺中最为关键的一步,主要目的是利用金线(Au)、铝线(Al)或铜线(Cu),把芯片上的Pad和基板上Finger通过焊接的方法连接起来。其中焊接方式有热压焊、超声键合和热超声焊等,这里主要介绍热超声焊。
热超声焊的主要材料为金线,成分为99.99%的高纯度金,线径一般为0.8mil,1.0mil,1.3mils,1.5mils和2.0mils等。它利用超声振动提供的能量,使金丝在金属焊区表面迅速摩擦生热,产生塑性变形,破坏金属层界面的氧化层,两个纯净的金属界面紧密接触,在钢嘴压力作用下,达到原子间紧密键合,形成牢固的焊接。
其中热超声焊的步骤主要有以下
1、打火杆在瓷嘴前打火,将金线烧熔成球;
2、第一焊点:金球在钢嘴施加的一定压力和超声的作用下,与芯片pad连接,形成焊球(Bond Ball);
3、第一焊点完成后,夹持金线的夹子松开,钢嘴牵引金线上升,并按程序设定的轨迹运动,从而形成一定的线型(Wire Loop)。
4、第二焊点:钢嘴运动到基板Finger上方,在超声作用下,下压到在基板的Finger上,形成鱼尾(Wedge)形的连接;
5、第二焊点完成后,钢嘴向上运动,拉出一定长度的金线(为下一步烧球做准备),夹子闭合,金线与Finger的连接被切断。
6、回到第一步程序,进入下一焊接循环。
在这类关乎WB的处理效果有四要素,分别是压力(Force)、超声功率(USG Power)、时间(Time)、温度(Temperature)。适当地调控好这些因素是提升处理效果的捷径。
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