等离子体是由正离子、负离子、自由电子等带电粒子和不带电的中性粒子如激发态分子以及自由基组成的部分电离的气体,由于其正负电荷总是相等的,所以称为等离子体。
等离子体清洗的最大特点是不分处理对象的基材类型均可进行处理,对金属、半导体、氧化物、有机物和大多数高分子材料也能进行很好的处理,只需要很低的气体流量,并可实现整体和局部以及复杂结构的清洗。在等离子体清洗工艺中,不使用任何化学溶剂,因此基本上无污染物,有利于环境保护。此外,其生产成本较低,清洗具有良好的均匀性和重复性、可控性,易实现批量生产。
在陶瓷封装生产中,等离子体清洗工艺的选择取决于后续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等。
在陶瓷封装工艺中,基板、基座与芯片之间有大量的引线键合,引线键合仍然是实现芯片焊盘与外引线连接的重要方式。
低压等离子清洗技术是一种有效的、低成本的清洁方法,能够有效地去除基材表面可能存在的污染物,例如氟化物、镍的氢氧化物、有机溶剂残留、环氧树脂的溢出物、材料的氧化层,等离子清洗一下再键合,会显著提高键合强度和键合引线拉力的均匀性,它对提高引线键合强度作用很大。
管座管帽若存放时间较长,表面会有陈迹且可能有污染,先对管座管帽进行等离子体清洗,去除污染,然后封帽,可显著提高封帽合格率。陶瓷封装通常使用金属浆料印制线作键合区、盖板密闭区。在这些材料的表面电镀Ni、Au前,采用等离子清洗,去掉有机物沾污,提高镀层质量。
高密度陶瓷封装外壳的涨金问题与装配和钎焊过程中引入的异质沾污有密切关联,这些沾污可能是有机物或石墨污染,并且C含量越高,其去除难度越高。镀覆前,先在200°C下对陶瓷件退火处理5~10min,以便将瓷件吸附或者装架钎焊过程中带来的污染物氧化,令污染物在后续的化学清洗过程中更容易被去除。
在退火后,增加O2和Ar气氛的等离子清洗,利用O2的氧化性同时对污染物进行物理轰击和进一步的化学氧化,继而利用Ar的大原子结构特性对污染物及生成的氧化物进行物理轰击,使得陶瓷件表面更加洁净。
文章部分来源:陈宇宁,解瑞,刘海,闫慧.高密度陶瓷封装外壳电镀涨金问题分析与解决
原文始发于微信公众号(艾邦陶瓷展):等离子清洗在陶瓷封装领域的应用