使用電漿機進行引線接合、覆晶接合封裝前的清潔

勀傑科技團隊編譯

引線接合和晶片封裝之前的電漿清潔可去除表面上的有機物、氧化物和氟化物污染物，促進引線接合和晶片封裝更好的界面黏合力，減少焊盤不黏、接合翹起和底部填充空洞問題。

IC晶片封裝中的污染

為了實現可靠的晶片封裝，所有內部接口的表面必須清潔，以保證良好的附著力。 IC 晶片和封裝上的污染物可以是有機污染物，也可以是無機污染物。無機污染物可以是在焊盤上形成的金屬氧化物或氟化物。IC封裝的污染源有很多種。

1) 污染可能來自於處理膠帶、塑料存儲袋、助焊劑以及晶片貼裝過程中滲出的黏合劑上存在的許多有機材料。有機化合物可能具有較高的脫氣率。有機蒸氣可以直接覆蓋新鮮表面。

2) 含氟氣體經常在半導體工廠中用作強蝕刻劑。氟與Al發生輕微反應，在焊盤表面形成[AlFx](x-3)-（例如[AlF6]3-）或化合物AlxFyOz。這些化合物不容易從 EKC 和去離子水清洗過程中洗掉。因此，在焊盤上檢測到一定比例的氟是正常的。

3) 在製造和組裝過程中也會產生一定程度的污染，例如未蝕刻的玻璃、矽晶片上殘留的光刻膠、矽鋸末或背面研磨或模切過程中殘留的膠帶。

4) 環境空氣中存在大量碳氫化合物污染。一旦焊盤或引線框架暴露在環境空氣中，很快就會塗上一層有機碳氫化合物。對於活性金屬，表面會形成一層薄薄的金屬氧化物。

污染物對引線接合技術的影響

超音波引線接合是主要的封裝技術之一，特別在於航空航天和汽車行業。如上面文章所述，氟化物、氧化物、有機碳氫化合物等污染物會降低黏合的介面品質。在引線接合技術中，它可能會導致焊盤不黏 (NSOP) 和接合翹起等問題。焊盤不黏是指表面污染降低了表面可焊性，導致導線無法黏附到焊盤上。接合翹起是指接合線從其位置脫離的問題，導致接合線和焊盤之間的電氣和機械連接丟失或退化。接合焊盤表面上的污染物可以變成屏障並阻止金屬間化合物的形成，因此黏合常常無法通過拉力測試。

如何利用電漿清洗提高引線接合和覆晶接合的可靠性和成功率

電漿是一種電離的氣相物質，由離子、電子、中性原子或保持電荷中性的分子組成。為了點燃電漿，自由移動的電子將被外部電場加速，並獲得足夠的能量來電離路徑上的中性原子或分子。如果使用氧氣或氫氣產生電漿，則高能電子可以離解氧/氫分子並產生原子氧/氫、臭氧或其他類型的自由基。除了自由基外，電漿還可以產生高能離子。電漿與樣品相互作用有兩種主要機制。第一個是與活性自由基的化學反應。第二種是物理高能離子濺射。這兩種機制在去除引線接合和覆晶接合技術的表面污染方面都發揮著重要作用。

電漿清洗可去除引線接合和覆晶接合技術的有機污染物

有機污染物是許多引線接合和覆晶接合技術中的主要污染源。但是氧或氫自由基可以快速與表面有機污染物發生反應，例如碳氫化合物、光刻膠殘留物、助焊劑殘留物、膠帶黏合劑殘留物等。電漿清洗因其可以精確去除材料汙染物而廣泛應用於IC製造技術中在奈米尺度上。焊盤表面的大部分污染物的厚度為奈米級到幾微米級。這些污染物可以通過電漿清洗過程在幾分鐘內快速去除。如果助焊劑、膠帶和黏合劑的殘留厚度超過幾微米，則應在電漿清洗步驟之前先進行溶劑清洗過程。

如果有機污染物的厚度在幾個奈米量級，純氬電漿清洗技術也可以通過物理氬離子濺射技術有效去除表面污染物。如果晶片、PCB 或引線框架含有銀、銅或鋁等容易氧化的活性金屬，應使用純氬電漿或與氫氣混合的氬氣。對於金焊盤，氬氣、氧氣或氫氣電漿都可以達到良好的效果。

氬氣、氬+氫電漿去除焊盤上的表面氧化物和氟化物

當晶片、引線框架存放在周圍環境中時，許多金屬焊盤很容易被氧化。銀墊很容易失去光澤是一個常見問題。當然，氟化物腐蝕是許多過早黏合失效的另一個主要原因。氬離子電漿清潔可以有效去除金屬焊盤表面的一薄層氧化物和氟化物。將氬氣與氫氣混合產生電漿也可以通過氫還原反應去除氧化物。但並非所有金屬氧化物都能在室溫下被氫離子還原。例如，氫氣所產生的電漿在室溫下不能化學還原氧化鋁。氫離子的質量不足以濺射掉表面氧化物或氟化物。重要的是在電漿中添加較重的氬氣，以便高能氬離子可以通過物理離子濺射過程去除表面氧化物和氮化物。

氧化的銀焊盤在電漿清洗前看起來暗淡無光；經過3分鐘的氬氣電漿清洗後，焊盤顯著變得更亮更有光澤。

在上面的照片中，氬氣電漿清洗使失去光澤的銀表面在去除表面有機污染物和氧化銀層後看起來更加明亮和閃亮。下面的數據表明，經過 3 分鐘的純氬電漿清洗後，引線接合的拉力顯著提高。

電漿清洗可以增加表面能並減少底部填充空隙

水滴接觸角測量方法已經廣泛運用作為評估樣品表面有機污染物厚度的方法。有機污染物會排斥水，從而增加接觸角。清潔的表面將顯著減小接觸角。當然，低接觸角意味著更高的表面能。在覆晶接合底部填充應用中，高表面能可以顯著提高晶片反應速度、減少底部填充空隙並形成均勻的接觸角高度。

Tergeo 電漿清洗機可自由切換直接浸潤/溫和清潔兩種模式

電漿清洗機可用於引線接合和晶片封裝前的清潔，然而，不同材料和結構的樣品對等離子清潔的耐受程度不同。若樣品長時間暴露於高能等離子體中，可能造成樣品損壞；但如果暴露時間不夠，又可能會有表面處理不均勻、清洗效果有限等問題。

Tergeo Plasma 電漿清洗機擁有雙等離子源體設計的機型，可選擇進階系統的溫和清潔模式。溫和模式主要是從次要腔體擴散出的中性光子的表面化學反應，不會直接在主要樣品腔產生電漿，而由於樣品沒有直接浸入產生電漿的腔體中，因此可以最大限度地減少表面離子閃射、光子輻射和電荷累積的情形。直接模式電漿清洗通常比溫和模式電漿清洗更快，但溫和模式比直接模式更不容易對產品產生直接性破壞。由於在溫和模式清洗中，產品不會遭受到電漿的物理離子直接的衝擊射流。