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IC封裝一方面起著安裝、固定、密封、保護芯片及增強電熱性能等方面的作用,另一方面它通過芯片上的接點用導線連接到封裝外殼的引腳上,這些引腳又通過印刷電路板上的導線與其他器件相連接,從而實現內部芯片與外部電路的連接。同時芯片必須與外界隔離,以防止空氣中的雜質對芯片電路的腐蝕而造成電氣性能下降。

IC封裝技術已經歷了好幾代的變遷,從DIP、QFP、PGA、BGA到CSP再到MCM,多達幾十種,適用頻率越來越高,耐溫性能越來越強,引腳數越來越多,引腳間距減小,重量減小,可靠性提高,技術指標一代比一代先進,包括芯片面積與封裝面積之比越來越接近于1,使用更加方便等等。IC封裝產品之一結構見圖1。

圖1 某IC封裝產品結構圖

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。

IC封裝等離子清洗設備原理及應用

等離子體

等離子體是由離子、電子、自由激進分子、光子以及中性粒子組成的正離子和電子密度大致相等的電離氣體,整體呈電中性。

等離子清洗設備原理

等離子清洗是等離子體對樣片的表面進行處理,使樣品表面的污染物被去除,還可以提高其表面活性。針對不同的污染物,可以采用不同的清洗工藝,根據所產生的等離子體種類不同,等離子清洗分為化學清洗、物理清洗及物理化學清洗。

放電形成的等離子體中包括電子、正離子、亞穩態的分子和原子等,當等離子體與被清洗的物體表面相互接觸時,一方面利用等離子或等離子激活的化學活性物質與材料表面污物進行化學反應,如用等離子體中的活性氧與材料表面的有機物進行氧化反應。圖2分別是氧等離子體和氫等離子體清洗過程原理圖,圖2(a)表示氧等離子體與材料表面有機污物作用,把有機污物分解為二氧化碳等。圖2(b)表示氫等離子與表面氧化物作用,把氧化物還原并生成水等。

圖2 等離子體化學清洗示意圖

另一方面利用等離子的高能粒子對污物轟擊等物理作用,如用活性氬等離子體清洗鋼鐵表面污物,轟擊使其形成揮發性污物被真空泵排出,如圖3所示。

圖3 氬等離子體清洗物理作用示意圖

等離子體清洗工藝在IC封裝行業中的應用主要在以下幾個方面:

1) 點膠裝片前

工件上如果存在污染物,在工件上點的銀膠就生成圓球狀,大大降低與芯片的粘結性,采用等離子清洗可以增加工件表面的親水性,可以提高點膠的成功率,同時還能夠節省銀膠使用量,降低了生產成本。

2) 引線鍵合前

封裝芯片在引線框架工件上粘貼后,必須要經過高溫固化。假如工件上面存在污染物,這些污染物會導致引線與芯片及工件之間焊接效果差或黏附性差,影響工件的鍵合強度。等離子體清洗工藝運用在引線鍵合前,會明顯提高其表面活性,從而提高工件的鍵合強度及鍵合引線的拉力均勻性。

3）底部填充前

等離子清洗的主要目的是改善基板表面的粗糙度,清除污染和雜質,為底部填充過程提供一個干凈的環境,同時隨著基板表面粗糙度的改善,膠液的流動性會更好。

隨著國內封裝芯片集成度的不斷增加，芯片引腳數持續增多，引腳間距持續減小，芯片與基板上的有機和無機污染物必將制約著IC封裝行業的發展，而現有的清洗均勻、一致性好、可操控性強及具有方向性選擇處理的等離子清洗工藝應用于IC封裝工藝中,能夠有效解決封裝過程中由于污染物存在所導致的各種問題，提高封裝質量及產品性能。