微波等離子清洗技術(shù)及應(yīng)用在集成電路封裝過程中，會產(chǎn)生各類污染物，包括■.鎳、光刻膠.環(huán)疊樹脂和氧化物等，其存在會降低產(chǎn)品質(zhì)量。微波等離子清洗技術(shù)作為一種精密千法清洗技術(shù)，可以有效去除這些污染物，改善材料表面性能，增加材料表面能量。本文介紹了微波頻等離子清洗原理.設(shè)備及其應(yīng)用。并對清洗前后的效果做了對比。集成電路的不斷發(fā)展與印制電路板結(jié)構(gòu)尺寸筐術(shù)的不斷減小.呼喚芯片集成技術(shù)和芯片封裝的持續(xù)發(fā)展。然而在其封裝工藝中存在的污染物一直困擾著人們，而利于環(huán)保、清洗均勻性好、重復(fù)性好、可控性好、具有三維處理能力及方向性選擇處理的微波等離子清洗工藝，將為人們解決這一問題。

　　1微波等離子清洗原理

　　1.1等離子體及等離子清洗　　等離子體是正離-74n電子的密度大致相等的電離氣體，整體呈電中性。其由離子、電子、自由激進(jìn)分子、光子以及中性粒子組成，是物質(zhì)的第四態(tài)。

　　等離子清洗是用等離子體通過化學(xué)或物理作用對工件表面進(jìn)行分子水平處理，去除沾污，改善表面性能的工藝過程。對應(yīng)不同的污染物，應(yīng)采用不同的清洗工藝。根據(jù)選擇的工藝氣體不同，分為化學(xué)清洗、物理清洗及物理化學(xué)清洗。目前有四種激勵(lì)電源頻率，分別是直流、低頻40KHz、射頻13.56MHz及本文介紹的微波2.45GHz。

　　2微波等離子清洗設(shè)備

　　2.1微波等離子清洗設(shè)備的基本構(gòu)造及過程原理

　　微波等離子清洗設(shè)備結(jié)構(gòu)示意見圖1。其清洗過程是：在真空腔內(nèi)壓力到達(dá)一定范同時(shí)充入工藝氣體。當(dāng)腔內(nèi)壓力為動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，利用微波源振蕩產(chǎn)生的高頻交變電磁場將氧、氬、氫等工藝氣體電離，生成等離子體，活性等離子體對被清洗物進(jìn)行物理轟擊與化別是半導(dǎo)體。實(shí)驗(yàn)已證明.在對晶片生產(chǎn)感光性樹脂帶處理過程中.使用微波等離子沒有對腔體及腔門造成氧化損害 學(xué)反應(yīng)雙重作用，使被清洗物表面物質(zhì)變成粒子和氣態(tài)物質(zhì)，經(jīng)過抽真空排出，而達(dá)到清洗目的。微波放電是無電極放電，這也就防止了因?yàn)R射現(xiàn)象而造成的污染，因而可以得到均勻而純凈的等離子體且密度更高。適于作高純度物質(zhì)的制備和處理，而且工藝效率更高。通過操作控制系統(tǒng)設(shè)置工藝參數(shù)，從而控制微波等離了的強(qiáng)度與密度等，來適應(yīng)不同被清洗組件的工藝要求。

　　2.2激勵(lì)電源頻率

　　2.45GHz頻率的微波可以通過一個(gè)合適的窗13進(jìn)入腔體，然后微波等離子在窗口前端的某個(gè)沒有反電極的區(qū)域生成。因此，密封腔將位于等離子區(qū)域的前

　　端，反應(yīng)的等離子體在密封腔中對封裝帶發(fā)揮清潔和激活作用，主要是指自由基與基材表面發(fā)生的物理及化學(xué)反應(yīng)。微波頻率相對于其他頻率有兩個(gè)決定性優(yōu)勢，其一是離子濃度最高.在微波等離子里的反應(yīng)微粒數(shù)量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在RF等離子里的反應(yīng)等離子數(shù)量，這會使反應(yīng)速度更快，反應(yīng)時(shí)間更短。其二，等離子的一個(gè)自然特性是可以在直接暴露于等離子的基材上生成一種自偏壓。這種自偏壓要取決于等離子的激勵(lì)頻率.比如頻率為2.45GHz的微波一般僅要求5.1 5伏.而在同樣的情況下，RF等離子自偏壓卻要求100伏。

　　2.3工作腔內(nèi)真空度的動(dòng)態(tài)控制

　　離子和自由分子的量被清洗過程中的壓力支配，因此，過程壓力是一個(gè)非常重要的參數(shù)。而工作腔體中的壓力是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，受到真空泵工作狀態(tài)以及工作氣體注入速度的影響。工作腔內(nèi)真空度的動(dòng)態(tài)控制方法是采用PLC或工控機(jī)來讀取當(dāng)前工作區(qū)的真空度，根據(jù)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作能力以及工作特點(diǎn)控制質(zhì)量流量計(jì)來精確控制工作氣體的質(zhì)量流量，使工作區(qū)的真空度始終保持在一個(gè)理想狀態(tài)。

　　lC封裝類型中方形扁平封裝(QFPs)與纖薄小外型封裝(TSOP)是目前封裝密度趨勢要求下的兩種封裝類型。在過去的一些年，球柵陣列封裝(BGAs)被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的封裝類型.特別是塑料球柵陣列式封裝PBGAs)，每年提供的數(shù)量高達(dá)百萬計(jì)?，F(xiàn)在等離子體清洗廣泛應(yīng)用于PBGAs及倒裝晶片過程中和其它基于聚合物的襯底，以利于粘結(jié)，減少分層。IC封裝結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。微波等離子清洗在IC封裝中通常在下面的幾個(gè)環(huán)節(jié)引入：在芯片粘合與引線鍵合前.以及在芯片封裝前。①用環(huán)氧樹脂導(dǎo)電膠粘片前如果用等離子體對載體正面進(jìn)行清洗，可以提高環(huán)氧樹脂的粘附性，去除氧化物以利于焊料回流，改善芯片與載體的連接，減少剝離現(xiàn)象，提高熱耗散性能。用合金焊料將芯片往載體上進(jìn)行共晶燒結(jié)時(shí).如果由于載體上有污染或表面陳舊而影響焊料回流和燒結(jié)質(zhì)量.在燒結(jié)前用等離子清洗載體.對保證燒結(jié)質(zhì)量也是有效的。②在進(jìn)行引線鍵合前用等離子清潔焊盤及基材，會顯著提高鍵合強(qiáng)度和鍵合線拉力的均勻性。對鍵合點(diǎn)的清潔意味著清除纖薄的污染表層。圖3為引線鍵合前使用等離子清洗與否的鍵合引線拉力對比。③lC在進(jìn)行塑封時(shí)要求塑封材料與芯片、載體、金屬鍵合腳等各種不同材料有較好的粘附性，如果有沾污或表面活性差，就會導(dǎo)致塑封表面層剝離。如果用等離子清洗后再封裝可以有效地提高表面活性，改善粘附性，提高封裝的可靠性。

　　3.1弱線鍵合前使用等離子清洗與否的鍵合線拉力對比

　　除氧化物以利于焊料回流，改善芯片與載體的連接，減少剝離現(xiàn)象，提高熱耗散性能。用合金焊料將芯片往載體上進(jìn)行共晶燒結(jié)時(shí).如果由于載體上有污染或表面陳舊而影響焊料回流和燒結(jié)質(zhì)量.在燒結(jié)前用等離子清洗載體.對保證燒結(jié)質(zhì)量也是有效的。②在進(jìn)行引線鍵合前用等離子清潔焊盤及基材，會顯著提高鍵合強(qiáng)度和鍵合線拉力的均勻性。對鍵合點(diǎn)的清潔意味著清除纖薄的污染表層。圖3為引線鍵合前使用等離子清洗與否的鍵合引線拉力對比。③lC在進(jìn)行塑封時(shí)要求塑封材料與芯片、載體、金屬鍵合腳等各種不同材料有較好的粘附性，如果有沾污或表面活性差，就會導(dǎo)致塑封表面層剝離。如果用等離子清洗后再封裝可以有效地提高表面活性，改善粘附性，提高封裝的可靠性。

　　3.2微波等離子對封裝帶處理前后效果對比

　　基板及芯片進(jìn)行微波等離子清洗后是否有清洗效果的一個(gè)柃測指標(biāo)為其表面的浸潤特性。通過對幾家產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測 對微波等離子處理前后的焊盤封裝帶進(jìn)行接觸角度測量.得出進(jìn)行微波等離子清洗前后樣品接觸角是：焊接填充漆上清洗前為70。到800.清洗后是15。到200;污染的鍍金焊點(diǎn)清洗前接觸角是60。到700，清洗后則小于200或者更低。鍍金焊點(diǎn)的清洗后接觸角通常不好測量，因?yàn)樗我殉拾l(fā)散狀，這意味著金屬鍍金焊點(diǎn)是完全清潔的。

　　當(dāng)然.接觸角度測量只能作為獲得預(yù)期結(jié)果的一種指示方法而已.也就是說還有引線鍵合厚度和最佳模具粘合兩個(gè)因素。而且不同廠家、不同產(chǎn)品及不同清洗工藝的清洗效果是不同的，漫潤特性的提高表明在上述幾點(diǎn)封裝工藝前進(jìn)行微波等離子清洗是十分有

　　4結(jié)語

　　微波等離子清洗技術(shù)在國外諸多領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，成為許多精密制造行業(yè)的必備設(shè)備。國外微波等離子清洗設(shè)備以美國及德國的生產(chǎn)廠商為主。在國內(nèi)，微波等離子清洗技術(shù)及設(shè)備的研究尚處于起步階段。該技術(shù)結(jié)合了等離子物理、化學(xué)和氣固相界面的化學(xué)反應(yīng)，跨多種領(lǐng)域，包括化工、材料、能源以及宇宙等，因此將極具挑戰(zhàn)性，也充滿機(jī)會。由于半導(dǎo)體和光電材料在未來的快速成長，此方面應(yīng)用需求將越來越大