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半导体封装工艺中等离子清洗机的应用

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  随着光电产业的迅猛发展,半导体等微电子产业迎来了黄金发展期,促使产品的性能和质量成为微电子技术产业公司的追求。高精度、高性能以及高质量是众多高科技领域的行业标准和企业产品检验的标准。在整个半导体封装工艺生产流程中,半导体器件产品表面会附着各种微粒等沾污杂质。这些沾污杂质的存在会严重影响微电子器件的可靠性和工作寿命。因为干法清洗方式能够不破坏芯片表面材料特性和导电特性就可去除污染物,所以在众多清洗方式中具有明显优势,其中等离子体清洗优势明显,具有操作简单、精密可控、无需加热处理、整个工艺过程无污染以及安全可靠等特点,在半导体封装领域中获得了大规模的推广应用。

  微电子产品的制造生产中,从芯片开始的设计到其后的制造,再到最后的封装和测试,每一道工序约占其总成本的33.3%。从传统的各个元件分别封装,变成一个个集成系统的封装,微电子封装起着不可替代的重要地位,关系着产品从器件到系统的整体链接,以及微电子产品的质量好坏和市场竞争力。半导体封装工艺通常可以分为前段操作和后段操作两大步,并以塑料封装成型作为前后段操作的分界点。通常情况下,芯片封装技术的基本工艺流程如下。第一步,硅片减薄,通过抛光、磨削、研磨以及腐蚀等达到减薄目的。第二步,晶圆切割,把制造的晶圆按设计要求分切成所需要的尺寸。第三步,芯片贴装,完成不同位置及各个型号尺寸芯片的贴片工艺。第四步,芯片互联,将芯片与各个引脚、I/O以及基板上布焊区等位置相连接,保证信号传输的流畅性和稳定性。第五步,成型技术,塑料封装,给芯片包覆外衣。第六步,去飞边毛刺,使外观更美观。第七步,切筋成型,按设计要求设计尺寸,将产品完成冲切分离,引脚打完成型,为后续工序提供半成品。第八步,上焊锡打码工序,注明产品规格和制造商等,注明其身份信息。

  在现阶段半导体封装技术的基本工艺流程中,硅片的减薄技术主要有磨削、研磨、化学机械抛光、干式抛光、电化学腐蚀、等离子增强化学腐蚀、湿法腐蚀以及常压等离子腐蚀等。芯片贴装的方式主要有共晶贴片、导电胶贴片、焊接贴片以及玻璃胶贴片4种。芯片互连常见的方法主要有打线键合、载在自动键合(TapeAutomateBonding,TAB)以及倒装芯片键合。

  封装工艺的好坏直接影响微电子产品的良品率,而在整个封装工艺环节中的最大问题是产品表面附着的污染物。针对污染物出现环节的不同,等离子清洗可应用于各个工序前边。它一般分布于粘片前、引线键合前以及塑封前等。等离子清洗在整个半导体封装工艺过程中的作用主要有防止包封分层、提高焊线质量、增加键合强度、提高可靠性以及提高良品率节约成本等。

  等离子体是在胶体内包括足够多的正负电荷数量,且正负电荷数目相当的带电粒子的物质堆积状态,或者是由大量带电粒子组成的非凝聚系统。等离子体中包括正负电荷和亚稳态的分子和原子等。一方面,当各种活性粒子与被清洗物体表面彼此碰触时,各种活性粒子与物体表面杂质污物会发生化学反应,形成易挥发性的气体等物质,随后易挥发性的物质会被真空泵吸走。例如,活性氧等离子体与材料表面的有机物发生氧化反应。它的优点是清洗过程相对较快、选择性相对好以及清除污染物的效果非常好,缺点是产品外表面发生氧化产生氧化物,附着在产品表面。

  另一方面,各种活性粒子会轰击清洗材料表面,使得材料表面的沾污杂质会随气流被真空泵吸走。这种清洗方式本身不存在化学反应,在被清洁材料表面没有留下任何氧化物,因此可以很好地保全被清洗物的纯净性,保障材料的各向异性。

  例如,用活性氩等离子体清洗物件表面微粒污染物,活性氩等离子体轰击被清洗件表面后产生的挥发性污染物会被真空泵排出。在实际生产中可使用化学方法和物理方法同时进行清洗。它的清洗速率通常比单独使用物理清洗或化学清洗快。但考虑到一些气体的易爆性能,需严格控制混合气体中各气体的占比,使其含量搭配合理。

  在封装行业的整个产业链中,封装与测试芯片是走向市场的最后一个工艺环节,因此封装与测试工艺的好坏直接决定了芯片质量可靠性及使用寿命,也对产品的市场占有率有很大的影响。从某种意义上讲封装是制造产业与市场需求之间的纽带,只有封装好才能成为终端产品。

  在半导体封装行业中,使用等离子清洗技术,目的是增强焊线/焊球的焊接质量及芯片与环氧树脂塑封料之间的粘结强度。为了更好地达到等离子清洗的效果,需要了解设备的工作原理与构造,根据封装工艺,设计可行的等离子清洗料盒及工艺。

  封装工艺直接影响引线框架芯片产品的成品率,而在整个封装工艺环节中出现问题的最大来源就是芯片与引线框架上的颗粒污染物、氧化物及环氧树脂等污染物。针对这些不同污染物出现环节的不同,在不同的工序前可增加不同的等离子清洗工艺,其应用一般分布在点胶前、引线键合前、塑封前等。

  封装点银胶前:使工件表面粗糙度及亲水性大大提高,有利于银胶平铺及芯片粘贴,同时可大大节省银胶的使用量,降低成本。压焊前清洗:清洁焊盘,改善焊接条件,提高焊线可靠性及良率。塑封:提高塑封料与产品粘结的可靠性,减少分层风险。

  BGA、PFC基板清洗:在贴装前对基板上的焊盘进行等离子体表面处理,可使焊盘表面达到清洁、粗化和活化的效果,极大地提高了贴装的一次成功率。

  引线框架清洗:经等离子体处理可达到引线框架表面超净化和活化的效果,提高芯片的粘接质量。

  通过等离子清洗机清洗后的引线框架水滴角会有明显的减小,能有效地去除其表面的污染物及颗粒物,有利于提高引线键合的强度和降低封装过程中芯片分层的发生,这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,为提高封装产品的可靠性提供了一定的借鉴。将在线式等离子清洗机应用到半导体封装工艺中,必将推动半导体封装行业更加快速地发展。返回搜狐,查看更多

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