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等离子清洗机
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等离子清洗光电产业半导体TO封装应用

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。在整个微电子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。

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。

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,在先进封装领域中获得了大规模的推广应用。

等离子清洗原理

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。

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。

TO(TransistorOutline),即晶体管外形。早期晶体管大都采用同轴封装,后来被借用到光通信中,叫做TO封装,即同轴封装。目前来说同轴器件因为易于制造和成本优势,基本霸占了主流的光器件市场应用。

在光电器件的开发生产中,封装往往占其成本的60%~90%,其中80%的制造成本又来自组装和封装工艺,因此封装在降低成本上扮演举足轻重的角色,逐渐成为研究的热门话题。

TO封装中存在的问题主要包括焊接分层、虚焊或打线强度不够,导致这些问题的罪魁祸首就是引线框架及芯片表面存在的污染物,主要有微颗粒污染、氧化层、有机物残留等,这些存在的污染物使铜引线在芯片和框架基板间的打线焊接不完全或存在虚焊,如何解决封装过程中存在的微颗粒、氧化层等污染物,提高封装质量变得尤为重要。

光电产业半导体TO封装等离子清洗应用

等离子清洗主要通过活性等离子体对材料表面进行物理轰击或化学反应等单一或双重作用,从而实现材料表面分子水平的污染物去除或改性,应用在封装工艺中能够有效去除材料表面的有机残留、微颗粒污染、氧化薄层等,提高工件表面活性,避免键合分层或虚焊等情况。

等离子清洗,既能大大提高粘接及键合强度等性能的同时,又能避免人为因素长时间接触引线框架而导致的二次污染。

在等离子清洗后,想测试产品处理的结果,通常用水滴角或达因值来衡量,下图为某企业硅光敏三极管进行等离子清洗前后水滴角对比。

光电产业半导体TO封装等离子清洗应用

通过实验清洗前后的测试数据结果可知,材料经过等离子清洗机清洗后,产品表面的接触角由未清洗前的97.363°下降到清洗后的10°以下,说明通过等离子机清洗的方式能够有效去除产品表面的各种杂质和污染物,从而提高材料键合打线的强度,有效去除后续芯片封装时会出现的分层现象。

等离子清洗最大的优点是可实现各种尺寸和各种结构产品的干净清洗,无废液、无污染源产生。

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