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| 3.2 等离子体清洗对基板焊盘的影响 引线键合是基板和芯片之间的主要连接方式之一，在微电子封装中，基板和芯片之间有大量的引线键合。除了引线丝质量、超声能量、时间、压力和温度对引线键合产生影响外，基板上焊盘的表面特性对其也有重要的影响。基板焊盘上的污染物（如氧化物和碳氢化合物）会降低表面质量和明显地降低引线键合的成功率，弥散于空间中的污染含量达到1g/m3就会极大地影响引线键合的强度。因此在引线键合前清洗焊盘表面是十分重要的。 现有的一些研究采用两种不同机制的等离子体清洗和不同的过程参数，对清洗前后的样品进行对比[4]。对焊盘进行表面清洗后，把接触角作为衡量表面质量的一个重要标准；采用焊球剪切力测试和引线拉力测试来评价等离子体清洗的效果；采用俄歇电子能谱（AES）对焊盘进行进一步分析。 接触角方法广泛应用于衡量表面的浸润特性，接触角小于90暗谋砻媸墙蟊砻妫笥?0暗谋砻媸遣唤蟊砻妗＞哂薪细弑砻婺艿墓烫迨乔姿模砻媸墙蟊砻妫环粗哂薪系捅砻婺艿墓烫灞砻媸遣唤蟊砻妗４蠖嗍谢廴疚锸窃魉模钥梢圆捎貌饬拷哟ソ亲魑饬亢概瘫砻媲褰喽鹊姆椒āＱ芯勘砻鳎唇泄壤胱忧逑吹难方哟ソ俏?8埃槐砻娼泄Х从频壤胱犹迩逑吹难返慕哟ソ俏?7白笥遥欢砻娼泄锢矸从频壤胱犹迩逑垂难返慕哟ソ俏?8癧4]。可知化学反应机制等离子体清洗的样品表面更加清洁一些。 焊球剪切力测试是评价焊球键合最直接的方法。研究表明，经过化学反应机制清洗（Ar/H2，激发频率为2.45GHz）的样品具有最大的焊球剪切强度。值得注意的是，经过物理反应机制等离子体清洗的焊盘的焊球剪切强度比未经过清洗的焊盘的强度要低。出现这种现象的原因是在清洗过程中溅射粒子再沉积在焊盘表面造成了“二次污染”[4]。 J.M.Nowful等人研究了物理反应机制等离子体清洗中的再沉积现象，对经过清洗但未引线键合的焊盘表面进行俄歇电子能谱（AES）分析。分析结果表明，经过等离子体清洗的样品都能够有效地去除有机污染物。但是在经过物理反应机制等离子体清洗的样品中，发现了新的污染物如Ag和Cu，这些元素是由从其他位置溅射出来的粒子沉积在焊盘表面形成的，从而降低了引线键合强度[4]。 3.3 等离子体清洗铜引线框架 引线框架封装仍是目前封装的主流，铜合金由于具有良好的导热性能、电性能、加工性能以及较低的价格被用作主要的引线框架材料。但是铜的氧化物和其他的一些污染物会造成模塑料与铜引线框架分层，降低器件的可靠性，进而影响到芯片粘接和引线键合的质量。因此保持引线框架的清洁是保证封装可靠性重要的一步。 研究表明[5]，采用氢氩混合气体（激发频率为13.56MHz），能够有效地去除引线框架金属层上的污染物。在清洗过程中氢等离子体能够去除氧化物，而氩通过离子化能够促进氢等离子体数量的增加。 为了对比清洗效果，J.H. Hsieh 把铜引线框架在175℃氧化后进行等离子体清洗，采用两种气体Ar和Ar/H2（1：4），清洗时间分别为2.5min和12min。检测结果表明，引线框架经过清洗后表面氧化物残余量很少。经过氩氢混合气体清洗后的引线框架氧的含量为0.1 at %，经过氩清洗的引线框架氧的含量为 0.3 at %。 试验结果表明，氧化时间的增长会降低拉力。氧化物厚度的增长也会降低引线键合区上键合丝的拉力。当引线框架经过预氧化和等离子体清洗后，拉力得到了大幅度的提高，尤其是经过Ar等离子体清洗2.5min的样品提高更加明显。上述结果的一个可能的解释是，氩等离子体溅射增加了表面的微小粗糙度，从而使机械性能增强和增大了化学反应的表面积。可用原子力显微镜（AFM）观察表明的形貌和微粗糙度。经过氩等离子体清洗，短时间清洗后表面非常明显地变粗糙了，长时间的清洗后表面变得光滑。而采用氩氢等离子体清洗，表面的形貌不发生变化，并且时间不对其产生影响，这可以解释为什么氩氢等离子体清洗对拉力没有显著的影响。 氩氢和氩等离子体清洗结果有这么大的差别是由于清洗机制的不同。当氩作为工作气体的时候，去除氧化物主要靠表面的溅射；而氢等离子体引入了氧和氢之间的化学反应，所以表面形貌变化不大。关于氩等离子体清洗后拉力的增强另一个可能的解释是由于残余的氧化物的影响，如果氧化物层的厚度小于25nm时可以增强模塑料与引线框架的粘附。实验表明薄氧化层对拉力的影响不是很大，对拉力影响最大的因素还是来源于氩离子溅射带来的微粗糙度的增加[5]。 3.4 陶瓷封装电镀前等离子体清洗 陶瓷封装中通常使用金属浆料印制线作键合区、盖板密封区。在这些材料的表面电镀Ni、Au前采用等离子体清洗，可去掉有机物沾污，明显提高镀层质量。 4 结论 湿法清洗虽然在现有的微电子封装生产中占据主要地位，但是其带来的环境以及原料消耗问题不容忽视。而作为干法清洗中最有发展潜力的等离子体清洗，则具有不分材料类型均可进行清洗、清洗质量好、对环境污染小等优点。等离子体清洗技术在微电子封装中具有广泛的应用，主要用于去除表面污物和表面刻蚀等，工艺的选择取决于后序工艺对材料表面的要求、材料表面的原有特征、化学组成以及表面污染物性质。将等离子体清洗引入微电子封装中，能够显著改善封装质量和可靠性。但是采用不同的工艺，对键合特性、引线框架的性能等的影响有很大差异。例如，对铝键合区采用氩氢等离子体清洗一段时间后，键合区的粘接性能有明显提高，但是过长的时间也会对钝化层造成损害；对焊盘采用物理反应机制等离子体清洗会造成“二次污染”，反而降低了焊盘的表面特性；对铜引线框架采用两种不同机制的等离子清洗，拉力测试的结果有很大差异。因此，选择合适的清洗方式和清洗时间，对提高封装质量和可靠性是十分重要的。 北京嘉润通力科技有限公司（德国迪纳等离子清洗机总代理）联系人：洛先生 010-62226192 |
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