清洗通常是指在不破壞材料表面特性及電特性的前提下,有效地清除殘留在材料上的微塵、金屬離子及有機物雜質(zhì)。目前已廣泛應(yīng)用的物理化學(xué)清洗方法,大致可分為兩類:濕法清洗和干法清洗。微電子工業(yè)中的清洗也同樣是一個很廣的概念,包括任何與去除污染物有關(guān)的工藝。
濕法清洗在現(xiàn)階段的微電子清洗工藝中還占據(jù)主導(dǎo)地位。但是從對環(huán)境的影響、原材料的消耗及未來發(fā)展上看,干法清洗要明顯優(yōu)于濕法清洗。
干法清洗有等離子清洗、紫外光清洗、激光清洗、干冰清洗等等。其中發(fā)展較快、優(yōu)勢明顯的就是等離子體清洗技術(shù)。目前,等離子體清洗已逐步在半導(dǎo)體制造、微電子封裝、塑料和陶瓷等表面活化、精密機械等行業(yè)開始普遍應(yīng)用。其獨特的優(yōu)越性正逐步被國內(nèi)各行業(yè)所認可。
等離子體清洗的機理
等離子體是部分電離的氣體,是物質(zhì)常見的固體、液體、氣態(tài)以外的第四態(tài)。等離子體由電子、離子、自由基、光子以及其他中性粒子組成。由于等離子體中的電子、離子和自由基等活性粒子的存在,其本身很容易與固體表面發(fā)生反應(yīng)。
等離子體清洗的機理,主要是依靠等離子體中活性粒子的“活化作用”達到去除物體表面污漬的目的。就反應(yīng)機理來看,等離子體清洗通常包括以下過程:無機氣體被激發(fā)為等離子態(tài);氣相物質(zhì)被吸附在固體表面;被吸附基團與固體表面分子反應(yīng)生成產(chǎn)物分子;產(chǎn)物分子解析形成氣相;反應(yīng)殘余物脫離表面。
等離子體清洗技術(shù)的最大特點是不分處理對象的基材類型,均可進行處理,對金屬、半導(dǎo)體、氧化物和大多數(shù)高分子材料,如聚丙烯、聚脂、聚酞亞胺、聚氯乙烷、環(huán)氧、甚至聚四氟乙烯等都能很好地處理,并可實現(xiàn)整體和局部以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)的清洗。
在封裝工藝中的應(yīng)用舉例
在微電子封裝的生產(chǎn)過程中,由于指印、助焊劑、各種交叉污染、自然氧化等,器件和材料表面會形成各種沾污,包括有機物、環(huán)氧樹脂、光刻膠、焊料、金屬鹽等。這些沾污會明顯地影響封裝生產(chǎn)過程中的相關(guān)工藝質(zhì)量。使用等離子體清洗可以很容易清除掉生產(chǎn)過程中所形成的這些分子水平的污染,保證工件表面原子與即將附著材料的原子之間緊密接觸,從而有效地提高引線鍵合強度,改善芯片粘接質(zhì)量,減少封裝漏氣率,提高元器件的性能、成品率和可靠性。國內(nèi)某單位在鋁絲鍵合前采用等離子體清洗后,鍵合成品率提高10%,鍵合強度一致性也有提高。
濕法清洗雖然在現(xiàn)有的微電子封裝生產(chǎn)中占據(jù)主要地位,但是其帶來的環(huán)境以及原料消耗問題不容忽視。而作為干法清洗中最有發(fā)展?jié)摿Φ牡入x子體清洗,則具有不分材料類型均可進行清洗、清洗質(zhì)量好、對環(huán)境污染小等優(yōu)點。等離子體清洗技術(shù)在微電子封裝、半導(dǎo)體制造、光電行業(yè)、醫(yī)學(xué)行業(yè)等多領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用,主要用于去除表面污物和表面刻蝕等,工藝的選擇取決于后序工藝對材料表面的要求、材料表面的原有特征、化學(xué)組成以及表面污染物性質(zhì)。特別是將等離子體清洗引入微電子封裝中,能夠顯著改善封裝質(zhì)量和可靠性。但是采用不同的工藝,對鍵合特性、引線框架的性能等的影響有很大差異。例如,對鋁鍵合區(qū)采用氫氫等離子體清洗一段時間后,鍵合區(qū)的粘接性能有明顯提高,但是過長的時間也會對鈍化層造成損害;對焊盤采用物理反應(yīng)機制等離子體清洗會造成“二次污染”,反而降低了焊盤的表面特性;對銅引線框架采用兩種不同機制的等離子清洗,拉力測試的結(jié)果有很大差異。因此,選擇合適的清洗方式和清洗時間,對提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性至關(guān)重要。24608