等离子清洗在引线框架封装工艺中的应用

      随着ＩＣ制造技术的发展，传统的封装形式已经 不能够满足现阶段集成电路对于高性能、高集成度、 高可靠性的要求［１］ 。随着电路框架结构尺寸的逐 渐缩小，芯片集成与封装工艺的不断提高，对于高质 量芯片的需求也在不断提高，然而在整个封装工艺 过程中存在的污染物一直困扰着科研人员，从利于 环保，清洁均匀性等因素方面考虑可采用单片的在 线式等离子清洗工艺［２］ 。同时近几年随着国家对 于芯片自主可控的重视，芯片质量、可靠性等关键因 素显的格外重要。 

１ 等离子清洗 

１． １ 等离子清洗原理 

本文以射频电容耦合所产生的等离子体为基 础，通过外部施加的高频电场产生加速作用引起气 体电离。辉光放电所形成的等离子体中有电子、正 离子、亚稳态的分子和原子等［３］ 。当等离子体与被清洗物体表面相互作用时，一 方面利用等离子体或者是等离子激活的化学活性物 质与材料表面污物进行化学反应，如用等离子体中 的活性氧与材料表面的有机物进行氧化反应［４］ 。等离子体与材料表面有机污物作用，把有机污物解为二氧化碳、水等排出。另一方面利用等离子的高能粒子对污物轰击等 物理作用，如用活性氩等离子体清洗物件表面污物， 轰击使其形成挥发性污物被真空泵排出。在实际生产中使用化学和物理方法同时进行清 洗，其清洗速率通常比单独使用物理清洗或化学清 洗快。在引线框架封装工艺中，可采用氩气与氢气 混合的物理化学清洗方法，但考虑到氢气的易爆性， 需严格控制混合气体中氢气的含量［５］ 。

１． ２ 在线等离子清洗机 

本研究中采用在线式等离子清洗设备进行工艺 试验。该设备为低温低压射频等离子清洗设备，其 原理是基于真空状态下，利用射频源激发形成的高 压交变电场将工艺气体震荡成等离子体，与有机污 染物及微颗粒污染物反应或者碰撞，从而形成挥发 性物质，最后由真空泵将这些挥发性物质排出去，从 而达到表面清洁活化的目的。最大特点是可实现整 体和局部以及复杂结构的清洗，同时该设备实现了 引线框架的自动传输清洗，两托盘相互交换接送料 又提高了生产效率，单个引线框架清洗实现了对整 体及局部位置的剥离式清洗，又无废液，污染源产 生［６］ 。在线式等离子清洗设备结构如图１ 所示，在 线等离子清洗工艺流程如图２所示。

２ 引线框架封装工艺

在封装行业的整个产业链中，封装与测试芯片 是走向市场化的最后一个工艺环节，因此封装与测 试工艺的好坏直接决定了芯片质量可靠性及使用寿 命，也对产品的市场占有率有很大的影响。从某种 意义上讲封装是制造产业与市场需求之间的纽带， 只有封装好才能成为终端产品。经过多年来封装行 业的不断研究与发展，引线框架的封装工艺也发生 了很大的变化，但其大致可分为以下几个步骤。 

１）晶圆制造、切割：制造所需的晶圆，将加工完 成的晶圆上一颗颗晶粒切割分离。 

２）点胶，黏晶：在晶粒座预定粘结晶粒的位置 上点上银胶，经过切割的晶圆上的晶粒一颗颗的放 在已点银胶的晶座上。 

３）焊线：目的是将晶粒上的接点以极细的金线 连接到导线架上引脚。

４）封胶、检测：给芯片包覆外壳。

５）印字：注明产品规格，制造者。 

６）剪切成型。封装工艺直接影响引线框架芯片产品的成品 率，而在整个封装工艺环节中出现问题的最大来源 就是芯片与引线框架上的颗粒污染物、氧化物及环 氧树脂等污染物。如何去除这些污染物一直是人们关注的问题。等离子清洗工艺为这些问题提供了经 济有效且无环境污染的解决方案，针对这些不同污 染物出现环节的不同，在不同的工序前可增加不同 的等离子清洗工艺，因可能会导致产品报废，所以选 择合适的等离子清洗工艺在引线框架封装中是非常 重要的，其应用一般分布在点胶前，引线键合前，塑 封前等［７］ 。 

３ 等离子清洗实验 

３． １ 实验材料 采用封装领域广泛使用的引线框架为试验材 料，如图３所示。

３． ２ 清洗实验 

本次试验采用芬兰产的ＴＨＥＴＡ型号接触角测 试仪对实验材料进行水滴角的测量。１）在材料未进行等离子清洗前，对材料表面进 行水滴角的测量，测得的接触角为８８ 度左右，材料 表面滴水测得角度如图４所示

２）在线等离子清洗机实验时候采用的功率为 ３００Ｗ，真空度为１００ Ｐａ，工艺气体选择氩氢混合气， 流量为１０ ｍｌ ／ ｍｉｎ，清洗时间为２０ ｓ。材料经过等离 子清洗后，测得的接触角为２０度以下。清洗后材料表面滴水测得的角度如题５所示

通过接触角实验清洗前后测试结果可知，经过 在线式等离子机清洗后，引线框架上的接触角由未 清洗前的８８ 度降低到了清洗后的２０ 度以下，这说 明通过在线等离子机清洗能够有效去除框架表面的 各种污染物，从而提高焊线的强度，去除封装芯片时 候出现的分层现象。

４ 结语 

通过对在线式等离子清洗机以及引线框架封装 工艺的分析研究，得到在线等离子清洗机可实现单 片式引线框架的干净清洗；通过对等离子清洗前后 引线框架水滴角对比试验的分析与研究，清洗后的引线框架水滴角会发生明显的减小，能有效地去除 其表面的污染物及颗粒物，对于提高引线键合的强 度和降低封装时候的分层现象有明显的效果，从而 对于提高芯片本身的质量和使用寿命提供了相应的 参考依据，可推动封装产业更加快速的发展。

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