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隨著互聯網和移動通信的快速發展,光模塊(主要由發射器、接收器、光纖、封裝、電路板及輔助組件組成)因其具有高端口密度、體積小、功耗低等特點成為光纖通信的核心器件,深受通信領域用戶的青睞。目前,各個新興領域不斷涌現,對數據傳輸的及時性、穩定性的需求呈指數級增長,因此需要更高效、可靠、更高速率數據傳輸的光電子器件來滿足行業的發展需求。而高速光模塊即是滿足這一需求的光電子器件,它主要作用于高速數據傳輸,數據中心和計算機等方面,廣泛應用于通信、計算機、數據中心以及科學研究領域,如天文學、粒子物理和生命科學等。

當高速光模塊印制電路板(PCB,printedcircuitboard)與光驅動芯片組合時,通常采用金絲鍵合的方式(也稱Wire Bonding、綁定、絲焊),是指使用金屬絲(金線、鋁線等)進行綁定,再利用熱壓或超聲能源,完成微電子器件中固態電路內部互連接線的連接,即光驅動芯片與速光模塊印制電路板或引線框架之間的連接。在金絲鍵合過程中會出現印制電路板原因導致金絲鍵合可靠性失效的現象。

Wire Bonding目前存在的問題和影響Wire Bonding的主要因素

高速光模塊邦定產品,WireBonding工序一般放在表面貼裝后,也就是將PCB其它電阻,電容、小集成等功能元器件貼片完成后再做邦定。一旦出現邦定失效,會無法植上光驅動芯片,整個PCB將無法使用甚至會報廢,此時不僅是PCB的加工成本,已貼片的電阻、電容等元器件也會面臨報廢,物料成本相當高。

從高速光模塊的WireBonding要件進行解析,提煉出導致WireBonding失效的主要因素如表1所示。從影響邦定的主要因素看,邦定失效的原因包括PCB光板PAD尺寸,PAD鍍層厚度,表面潔清度以及邦定參數,邦定方法等因素。

光模塊封裝等離子清洗應用概述

等離子清洗在芯片封裝工藝中已經成為標準配置，而光模塊產品在追求密度同時也在追求其封裝體積，這和半導體行業發展路徑是一樣的。在體積縮小同時，封裝形式會對工廠的焊接工藝提出更高要求。通過等離子清洗后，芯片在基板上的粘合強度更高，產品焊盤與金線結合力量更大，對產品生產效率和優良率都有極大提高。

等離子清洗是通過射頻電源在一定的真空環境下，使工作氣體電離產生等離子體。等離子體中包含大量的高能電子、離子、自由基等活性粒子。在光模塊封裝中，這些活性粒子與光模塊的待封裝表面發生物理和化學反應，能夠去除表面的污染物和氧化層，提高表面浸潤性能。

以下光模塊封裝產品都有用到等離子清洗技術:

等離子清洗效果

接觸角測試

接觸角(水滴角)測試是反應表面清洗情況的重要測試手段。角度越高說明表面力量較小造成液滴無法流動，角度越小說明表面力量增強，液滴可以完全附著。清洗后的產品可以看出明顯改善了它表面的附著情況。鍵合表面的清潔度可以用表面潤濕性,及其親水性進行判定。

客戶樣品等離子清洗前后接觸角變化

推拉力測試

使用推拉力測試可以檢查打線力度。等離子清洗后的產品完全可以避免焊接不牢等情況的出現。可以極大改善焊線與焊盤之間的表面吸力，提高產品可靠性和穩定性。

金線和焊盤之間的焊接好壞可以通過線拉力測試出來。不清洗，和等離子清洗前后拉力明細變化如下。

等離子清洗前后拉力變化

在光模塊封裝金線鍵合(打線)前進行等離子清洗,可以有效清潔鍵合區域,提高鍵合區域表面能來提高鍵合強度和一致性,確保產品的長期可靠性。