芯片封装引线键合plasma等离子体清洗技术原理

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2023-09-18

芯片与封装互连的方式主要有：引线键合（BW-WireBonding）、载带自动键合（TAB-TapeAutomatedBonding）和倒装芯片键合技术（FCT-FlipChipTechnology）等。引线键合（WB）技术是用金属丝将集成电路芯片上的电极引线与集成电路底座外引线连接在一起的过程，通常采用热压、热超声和超声方法进行。

尽管芯片互连有多种工艺形式，但目前引线键合工艺仍然是芯片互连的主要技术。如何提高引线键合强度，仍是需要进行研究的问题。

清洗工艺对提高引线键合强度至关重要。在引线接合之前，从键合焊盘表面清除所有的污染物显得特别重要。目前清洁焊盘的工艺方法有等离子体清洗、超声清洗、紫外光清洗等，其中，使用射频驱动的低压等离子清洗技术（plasmacleaning）是一种有效的、低成本的方法。

plasma等离子体清洗技术原理

等离子清洗技术（plasma）是微电子工艺干法化研究的成果之一。与湿法清洗不同，等离子清洗的机理是依靠处于“等离子态”的物质的“活化作用”达到去除物体表面污渍的目的。等离子清洗技术能有效的清除金属、陶瓷、塑料表面的有机污染物，可以显著增加物体的表面能，提高浸润性和粘合性，达到提高焊接强度的效果。从目前各类清洗方法来看，等离子体清洗也是所有清洗方法中最为彻底的剥离式的清洗。典型的等离子的组成是，电子、离子、自由基和质子。气体被激发成等离子态有多种方式，如激光、微波、电晕放电、热电离、弧光放电等多种方式，首选方法是使用射频激励。给一组电极施以射频电压（频率约为13.56MHz。），电极之间形成高频交变电场，区域内气体在交变电场的激荡下，形成等离子体，活性等离子对被清洗物进行物理轰击与化学反应双重作用，使被清洗物表面物质变成粒子和气态物质，经过抽真空排出，而达到清洗目的。

等离子体清洗通常包括以下过程：1）无机气体被激发为等离子态；2）气相物质被吸附在固体表面；3）被吸附基团与固体表面分子反应，并产生反应物分子；4）反应产物分子解析形成气相；5）反应残余物脱离表面。

在一个物理清洁过程中，通常称为等离子体物理清洁或溅射清洁，如在氩等离子体清洁中，氩离子以足够的能量辐射到被清洁物的表面，去掉表面污物。正离子的氩原子将被吸引到在等离子室的负向充电的电极板上。这个电性吸引强制地将离子吸引到电极。由于离子撞击键合焊盘的表面，撞击力足以去除表面上的任何污垢。然后将这些污物通过真空泵排出。物理清洁工艺的优点是它不是一个化学反应，它能清理零件表面上的各种污染物，包括有机物、特别是非挥发的金属离子（如Pb、Fe、Cr、Cu、Ni、Ag等）以及其它不容易通过化学工艺去掉的无机污染物，且不留下任何氧化物。离子是清除污物的重要元素，最终的产品是一个完全由基板材料构成的表面。这工艺方法的缺点包括有机基板材料的可能过量腐蚀或污染物重新积聚在其它不希望的区域造成二次污染。当然，这些缺点一般通过细调工艺参数进行控制。

化学清洁工艺是使用产生气相辐射的等离子如O2或H2来与样品表面上的化合物发生化学反应，通过随后从等离子系统泵出的产品形成气相。例如，有机污染物可以有效地用O2等离子去掉，这里氧气辐射与污染物反应，产生二氧化碳、一氧化碳和水。清洁速度和更大的腐蚀选择性是等离子中化学清洗的优点，一般地说，化学反应清除有机污染物比清除金属污染物效果更好，在引线键合工艺应用中，氧化物是最不希望出现的物质。化学工艺的主要缺点是氧化物可能在基板上再次形成。正如在物理工艺过程中一样，这些缺点是可以通过适当选择工艺参数进行控制的。

Ar气和O2气等离子在混合器件封装工艺中常用作清洁气体。O2等离子清洁所使用的化学清洁过程，在这个过程中氧根离子与有机污染物发生的氧化反应：
O2+e→O·+O·+e→CO2+H2O+e

Ar气等离子的清洁过程是一个物理过程。Ar气被电离之后，电离的等离子使用机械的方法将基板上的有机污染物驱走：
Ar+e-→Ar⁺+2e

比较O2等离子和Ar气等离子，在清洁混合光电子器件封装基板工艺中，尽管Ar气等离子清洁过程稍慢一些，但其明显的优点是运行温度低，不会对暴露的金属元件和填充的银浆（填充有银粒子的环氧树脂）产生氧化。另外，在其清洁过程中对混合光电子器件和PCBs的物理损坏也很小。