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電子產品及系統向便攜式、小型化、高性能化方向發展,處理器芯片的內頻越來越高,功能越來越強,引腳數越來越多,芯片特征尺寸不斷變小,封裝的外形尺寸也在不斷改變。封裝已變得和芯片一樣重要,封裝質量的好壞直接影響到芯片性能的好壞和與之連接的PCB的設計和制造。

IC封裝器件長期使用的可靠性主要因素取決于芯片的互連技術,通過檢測分析,器件的失效約25%是由芯片互連較差導致的。芯片互連引起的失效主要表現為引線虛焊、分層、壓焊過重導致的引線變形及損傷、焊點間距過小而易于短路等,這些失效形式都與材料表面的污染物有關,主要包括微顆粒、氧化薄層及有機殘留等污染物。在線式等離子清洗技術為人們提供了一條環保有效的解決途徑,已變成高自動化的封裝工藝過程中不可缺少的關鍵設備和工藝。

IC封裝工藝中存在的問題

IC封裝形式千差萬別,且不斷發展變化,但其生產過程大致可分為晶圓切割、芯片置放裝架、內引線鍵合、密封固化等十幾個階段,只有封裝達到要求的才能投入實際應用,成為終端產品。IC封裝中存在的問題主要包括焊接分層、虛焊或打線強度不夠,導致這些問題的罪魁禍首就是引線框架及芯片表面存在的污染物,主要有微顆粒污染、氧化層、有機物殘留等,這些存在的污染物使銅引線在芯片和框架基板間的打線焊接不完全或存在虛焊。

通過對引線鍵合分層及虛焊進行試驗分析,發現大部分的零件都存在輕微的分層及部分虛焊,在測試過程中不會被發現,但在應用的過程中,會導致功能衰退現象的發生,給IC制造商造成了巨大的經濟損失。應用接觸角即表面張力能夠有效表示污染物的數量,通過對接觸角與封裝分層及虛焊對比關系的分析,分析表明隨著接觸角的不斷減小,分層及虛焊現象也逐漸減少,當接觸角小于15°后,分層及虛焊現象已經幾乎不再出現。其對比關系如表1。

在線式等離子清洗工藝在IC封裝工藝中的應用

等離子清洗主要通過活性等離子體對材料表面進行物理轟擊或化學反應等單一或雙重作用,從而實現材料表面分子水平的污染物去除或改性,應用在IC封裝工藝中能夠有效去除材料表面的有機殘留、微顆粒污染、氧化薄層等,提高工件表面活性,避免鍵合分層或虛焊等情況。

與傳統獨立式的等離子清洗設備相比,在線式等離子清洗設備具有自動化程度高、清洗效率高、設備潔凈度高、適應范圍廣等優點,適用于大規模全自動化生產。在線式等離子清洗工藝可以避免人為因素長時間接觸引線框架而導致的二次污染以及腔體式批量清洗時間長有可能造成的芯片損傷。