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)一定范同時充入工藝氣體。當(dāng)腔內(nèi)壓力為動態(tài)平衡時，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。實驗已證明.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，這也就防止了因濺射現(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激勵電源頻率

　　2.45GHz頻率的微波可以通過一個合適的窗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)時間更短。其二，等離子的一個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，過程壓力是一個非常重要的參數(shù)。而工作腔體中的壓力是一個動態(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)各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作能力以及工作特點控制質(zhì)量流量計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。現(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.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.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)行實驗檢測 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。鍍金焊點的清洗后接觸角通常不好測量，因為水滴已呈發(fā)散狀，這意味著金屬鍍金焊點是完全清潔的。

　　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