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芯片封装等离子清洗机|键合与分层失效改善工艺

芯片封装等离子清洗机|键合与分层失效改善工艺

芯片封装过程中,键合失效与分层异常占整体封装异常的80%,等离子清洗可以有效清除键合区域的污染物,提高键合区表面化学能及浸润性,降低键合的失效率,提高产品的长期可靠性。

在芯片封装过程中,键合失效和分层异常加起来占到整体封装异常的大部分。这两个失效模式的共同点,是都发生在材料的界面上;而界面出问题的原因,多半又指向同一个源头:表面不干净、表面能不够。等离子清洗能做的就是清除键合区域的污染物,提高键合区的表面化学能和浸润性,把这两类失效的发生率降下去。

工艺特点

芯片封装等离子清洗广泛应用于引线框架封装、球栅阵列(BGA)、倒装(Flip Chip)、系统级封装(SiP)等形式的键合、塑封与固晶前处理。

先看分层是怎么来的。分层(Delamination)指的是封装材料与芯片、基板、引脚之间脱开,形成一层微观空隙。它带来的问题不只是机械强度下降——空隙是水汽的通道,水汽沿着空隙进来,遇到后续的高温工序(比如回流焊)会急剧汽化膨胀,把封装体顶开,这就是业内常说的"爆米花效应"(Popcorn)。分层的源头常见有三个:表面污染(脱模剂、有机物、颗粒物)、表面氧化(金属焊盘和引线框架)、以及表面能不足导致的浸润不良,这三者都让塑封料(Molding Compound)无法和表面形成紧密的结合。

再看键合失效。引线键合(Wire Bonding)是把芯片的焊盘和基板或引线框架用细金属丝连起来,键合的本质是在压力和温度下让两种金属形成原子级的结合。如果焊盘表面有氧化层、有机污染或者加工残留,金属就"粘不上",表现为键合强度不足或者虚焊。这类缺陷在出厂测试时未必能全部筛出来,可能在使用中才暴露,属于可靠性隐患。

等离子在封装流程里的位置:一是固晶(Die Attach)前,清洁基板或引线框架,提高粘接强度;二是引线键合前,去除焊盘表面的氧化物和有机污染,这是最直接降低键合失效率的一步;三是塑封(Molding)前,清洁芯片和基板表面,提高塑封料的附着,减少分层;四是塑封后,有时还需要去除溢料(Deflash)或者清洗氧化,等离子同样可以用。

在芯片封装等离子清洗过程中,处理均匀性、功率与处理时间控制、真空环境下的渗透能力,是保证键合强度与界面不分层的工艺要点。

工艺上的控制点:处理要均匀,一批晶圆或者一片引线框架上有很多个器件,任何一个处理不到位就是潜在失效点;不能损伤器件,功率和处理时间要控制,过度处理可能损伤金属镀层或者钝化层;真空等离子在这个场景用得多,因为真空环境下活性粒子的渗透性好,能处理到键合区这种微小的开放区域。

先进封装往更高集成度、更细间距发展,对界面可靠性与处理均匀性的要求越来越严。

RM新时代官网网址在等离子表面处理设备上有多年经验,可提供真空与常压等离子处理方案,均匀性好、参数可调可追溯,能与固晶、键合、塑封设备在线衔接。

常见问题与处理

封装分层、爆米花失效:界面污染、氧化或浸润不良。

键合强度不足、虚焊:焊盘表面存在氧化层与有机污染。

处理不均匀导致个别器件失效:一片上器件多,任何一点不到位都是隐患。

过度处理损伤金属镀层或钝化层:功率与时间需控制。