光模块封装金线键合前等离子清洗提高打线强度-Plasma cleaning

随着互联网和移动通信的快速发展,光模块(主要由发射器、接收器、光纤、封装、电路板及辅助组件组成)因其具有高端口密度、体积小、功耗低等特点成为光纤通信的核心器件,深受通信领域用户的青睐。目前,各个新兴领域不断涌现,对数据传输的及时性、稳定性的需求呈指数级增长,因此需要更高效、可靠、更高速率数据传输的光电子器件来满足行业的发展需求。而高速光模块即是满足这一需求的光电子器件,它主要作用于高速数据传输,数据中心和计算机等方面,广泛应用于通信、计算机、数据中心以及科学研究领域,如天文学、粒子物理和生命科学等。

当高速光模块印制电路板(PCB,printedcircuitboard)与光驱动芯片组合时,通常采用金丝键合的方式(也称Wire Bonding、绑定、丝焊),是指使用金属丝(金线、铝线等)进行绑定,再利用热压或超声能源,完成微电子器件中固态电路内部互连接线的连接,即光驱动芯片与速光模块印制电路板或引线框架之间的连接。在金丝键合过程中会出现印制电路板原因导致金丝键合可靠性失效的现象。

Wire Bonding目前存在的问题和影响Wire Bonding的主要因素

高速光模块邦定产品,WireBonding工序一般放在表面贴装后,也就是将PCB其它电阻,电容、小集成等功能元器件贴片完成后再做邦定。一旦出现邦定失效,会无法植上光驱动芯片,整个PCB将无法使用甚至会报废,此时不仅是PCB的加工成本,已贴片的电阻、电容等元器件也会面临报废,物料成本相当高。

从高速光模块的WireBonding要件进行解析,提炼出导致WireBonding失效的主要因素如表1所示。从影响邦定的主要因素看,邦定失效的原因包括PCB光板PAD尺寸,PAD镀层厚度,表面洁清度以及邦定参数,邦定方法等因素。

光模块封装等离子清洗应用概述

等离子清洗在芯片封装工艺中已经成为标准配置，而光模块产品在追求密度同时也在追求其封装体积，这和半导体行业发展路径是一样的。在体积缩小同时，封装形式会对工厂的焊接工艺提出更高要求。通过等离子清洗后，芯片在基板上的粘合强度更高，产品焊盘与金线结合力量更大，对产品生产效率和优良率都有极大提高。

等离子清洗是通过射频电源在一定的真空环境下，使工作气体电离产生等离子体。等离子体中包含大量的高能电子、离子、自由基等活性粒子。在光模块封装中，这些活性粒子与光模块的待封装表面发生物理和化学反应，能够去除表面的污染物和氧化层，提高表面浸润性能。

以下光模块封装产品都有用到等离子清洗技术:

等离子清洗效果

接触角测试

接触角(水滴角)测试是反应表面清洗情况的重要测试手段。角度越高说明表面力量较小造成液滴无法流动，角度越小说明表面力量增强，液滴可以完全附着。清洗后的产品可以看出明显改善了它表面的附着情况。键合表面的清洁度可以用表面润湿性,及其亲水性进行判定。

客户样品等离子清洗前后接触角变化

推拉力测试

使用推拉力测试可以检查打线力度。等离子清洗后的产品完全可以避免焊接不牢等情况的出现。可以极大改善焊线与焊盘之间的表面吸力，提高产品可靠性和稳定性。

金线和焊盘之间的焊接好坏可以通过线拉力测试出来。不清洗，和等离子清洗前后拉力明细变化如下。

等离子清洗前后拉力变化

在光模块封装金线键合(打线)前进行等离子清洗,可以有效清洁键合区域,提高键合区域表面能来提高键合强度和一致性,确保产品的长期可靠性。