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由于微纳米器件容易受到外部环境的损害,如湿气、灰尘、机械振动等,需要对芯片后续进行封装,以提供连接和散热功能,并保护芯片免受外部因素的影响,其工艺流程如下:
图1 封装工艺流程
粘片是指将芯片牢固地连接到选定的封装结构,使得电连接、散热和机械支持等方面都能够正常运作。
粘片完成后,需要利用金属线将芯片上预留的焊盘与电路板连接,为芯片提供电信号的输入和输出,这一步被称为引线键合或者压焊。引线是影响器件可靠性稳定性的重要因素,合适的金属线材应该具有稳定的化学性质、很好的导电性及导电性、结合力强的特点。常用的引线材料有金和铝。
提高压焊工艺稳定性的一个重要方法是使用等离子清洗,在进行清洗去污的同时,还能改变材料本身的表面性能,如提高表面的润湿性能,改善不同材料间的附着力等,使结合面更加牢固。
(1)等离子清洗作用
等离子是正离子和电子密度大致相同的电离气体,等离子清洗机通过对氩气进行电离,产生的等离子体通过电磁场加速,击打在镀银层及芯片铝垫表面,可以有效的去除镀银层表面及铝垫表面的有机物、环氧树脂、氧化物、微颗粒物等沾污物,有效的提高镀银层表面及铝垫表面的活性,从而有利于压焊的键合。
(2)等离子清洗方法
采用Ar和H2的混合气体对引线框架表面进行等离子清洗,可以有效的去除表面的杂质沾污、氧化层等,从而提高银原子和铜原子活性,大幅提高焊线与引线框架的结合强度,提高产品良率,在实际生产中,等离子清洗已成为铜线工艺的必须工序。
(3)验证等离子清洗对压焊工艺的影响
如表1所示,我们在相同工艺条件下,一组在上芯固化后不进行等离子清洗,一组在上芯固化后采用Ar和H2的混合气体进行等离子清洗。焊线结束后,两组样品进行推球值测量,并得到一组对比数据。
表1等离子清洗对推球值的影响
表1测量结果显示,等离子清洗对提高焊点推球值影响力显著,其数值相比未清洗组提高了10%左右。测试结论意味着,等离子清洗能有效提高键合质量,提高封装良率。
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