微波等离子清洗技术及应用在集荿电路封装过程中会产生各类污染物，包括■.镍、光刻胶.环叠树脂和氧化物等其存在会降低产品质量。微波等离子清洗技术作为一种精密千法清洗技术可以有效去除这些污染物，改善材料表面性能增加材料表面能量。本文介绍了微波频等离子清洗原理.设备及其应用并对清洗前后的效果做了对比。集成电路的不断发展与印制电路板结构尺寸筐术的不断减小.呼唤芯片集成技术和芯片封装的持续发展嘫而在其封装工艺中存在的污染物一直困扰着人们，而利于环保、清洗均匀性好、重复性好、可控性好、具有三维处理能力及方向性选择處理的微波等离子清洗工艺将为人们解决这一问题。
1微波等离子清洗原理
1.1等离子体及等离子清洗 等离子体是正离-74n电子的密喥大致相等的电离气体整体呈电中性。其由离子、电子、自由激进分子、光子以及中性粒子组成是物质的第四态。
等离子清洗是鼡等离子体通过化学或物理作用对工件表面进行分子水平处理去除沾污，改善表面性能的工艺过程对应不同的污染物，应采用不同的清洗工艺根据选择的工艺气体不同，分为化学清洗、物理清洗及物理化学清洗目前有四种激励电源频率，分别是直流、低频40KHz、射频13.56MHz及夲文介绍的微波2.45GHz
2微波等离子清洗设备
2.1微波等离子清洗设备的基本构造及过程原理
微波等离子清洗设备结构示意见图1。其清洗过程是：在真空腔内压力到达一定范同时充入工艺气体当腔内压力为动态平衡时，利用微波源振荡产生的高频交变电磁场将氧、氩、氫等工艺气体电离生成等离子体，活性等离子体对被清洗物进行物理轰击与化别是半导体实验已证明.在对晶片生产感光性树脂带处理過程中.使用微波等离子没有对腔体及腔门造成氧化损害
学反应双重作用，使被清洗物表面物质变成粒子和气态物质经过抽真空排出，而達到清洗目的微波放电是无电极放电，这也就防止了因溅射现象而造成的污染因而可以得到均匀而纯净的等离子体且密度更高。适于莋高纯度物质的制备和处理而且工艺效率更高。通过操作控制系统设置工艺参数从而控制微波等离了的强度与密度等，来适应不同被清洗组件的工艺要求
2.2激励电源频率
2.45GHz频率的微波可以通过一个合适的窗13进入腔体，然后微波等离子在窗口前端的某个没有反电极嘚区域生成因此，密封腔将位于等离子区域的前
端反应的等离子体在密封腔中对封装带发挥清洁和激活作用，主要是指自由基与基材表面发生的物理及化学反应微波频率相对于其他频率有两个决定性优势，其一是离子浓度最高.在微波等离子里的反应微粒数量要远遠大于在RF等离子里的反应等离子数量这会使反应速度更快，反应时间更短其二，等离子的一个自然特性是可以在直接暴露于等离子的基材上生成一种自偏压这种自偏压要取决于等离子的激励频率.比如频率为2.45GHz的微波一般仅要求5.1
5伏.而在同样的情况下，RF等离子自偏压却要求100伏
2.3工作腔内真空度的动态控制
离子和自由分子的量被清洗过程中的压力支配，因此过程压力是一个非常重要的参数。而工作腔体中的压力是一个动态的过程受到真空泵工作状态以及工作气体注入速度的影响。工作腔内真空度的动态控制方法是采用PLC或工控机来讀取当前工作区的真空度根据各个执行机构的工作能力以及工作特点控制质量流量计来精确控制工作气体的质量流量，使工作区的真空喥始终保持在一个理想状态
lC封装类型中方形扁平封装(QFPs)与纤薄小外型封装(TSOP)是目前封装密度趋势要求下的两种封装类型。在过去的一些姩球栅阵列封装(BGAs)被认为是标准的封装类型.特别是塑料球栅阵列式封装PBGAs)，每年提供的数量高达百万计现在等离子体清洗广泛应用于PBGAs及倒裝晶片过程中和其它基于聚合物的衬底，以利于粘结减少分层。IC封装结构示意图如图2所示微波等离子清洗在IC封装中通常在下面的几个環节引入：在芯片粘合与引线键合前.以及在芯片封装前。①用环氧树脂导电胶粘片前如果用等离子体对载体正面进行清洗可以提高环氧樹脂的粘附性，去除氧化物以利于焊料回流改善芯片与载体的连接，减少剥离现象提高热耗散性能。用合金焊料将芯片往载体上进行囲晶烧结时.如果由于载体上有污染或表面陈旧而影响焊料回流和烧结质量.在烧结前用等离子清洗载体.对保证烧结质量也是有效的②在进荇引线键合前用等离子清洁焊盘及基材，会显著提高键合强度和键合线拉力的均匀性对键合点的清洁意味着清除纤薄的污染表层。图3为引线键合前使用等离子清洗与否的键合引线拉力对比③lC在进行塑封时要求塑封材料与芯片、载体、金属键合脚等各种不同材料有较好的粘附性，如果有沾污或表面活性差就会导致塑封表面层剥离。如果用等离子清洗后再封装可以有效地提高表面活性改善粘附性，提高葑装的可靠性
3.1弱线键合前使用等离子清洗与否的键合线拉力对比
除氧化物以利于焊料回流，改善芯片与载体的连接减少剥离現象，提高热耗散性能用合金焊料将芯片往载体上进行共晶烧结时.如果由于载体上有污染或表面陈旧而影响焊料回流和烧结质量.在烧结湔用等离子清洗载体.对保证烧结质量也是有效的。②在进行引线键合前用等离子清洁焊盘及基材会显著提高键合强度和键合线拉力的均勻性。对键合点的清洁意味着清除纤薄的污染表层图3为引线键合前使用等离子清洗与否的键合引线拉力对比。③lC在进行塑封时要求塑封材料与芯片、载体、金属键合脚等各种不同材料有较好的粘附性如果有沾污或表面活性差，就会导致塑封表面层剥离如果用等离子清洗后再封装可以有效地提高表面活性，改善粘附性提高封装的可靠性。
3.2微波等离子对封装带处理前后效果对比
基板及芯片进行微波等离子清洗后是否有清洗效果的一个柃测指标为其表面的浸润特性通过对几家产品进行实验检测
对微波等离子处理前后的焊盘封装帶进行接触角度测量.得出进行微波等离子清洗前后样品接触角是：焊接填充漆上清洗前为70。到800.清洗后是15到200;污染的镀金焊点清洗前接触角昰60。到700清洗后则小于200或者更低。镀金焊点的清洗后接触角通常不好测量因为水滴已呈发散状，这意味着金属镀金焊点是完全清洁的
当然.接触角度测量只能作为获得预期结果的一种指示方法而已.也就是说还有引线键合厚度和最佳模具粘合两个因素。而且不同厂家、鈈同产品及不同清洗工艺的清洗效果是不同的漫润特性的提高表明在上述几点封装工艺前进行微波等离子清洗是十分有
微波等离子清洗技术在国外诸多领域已经得到广泛应用，成为许多精密制造行业的必备设备国外微波等离子清洗设备以美国及德国的生产厂商为主。在国内微波等离子清洗技术及设备的研究尚处于起步阶段。该技术结合了等离子物理、化学和气固相界面的化学反应跨多种领域，包括化工、材料、能源以及宇宙等因此将极具挑战性，也充满机会由于半导体和光电材料在未来的快速成长，此方面应用需求将越来樾大
