Die Plasmareinigung von Gehäusen entfernt mikroskopische Verunreinigungen, die zu Ausfällen von Halbleiterbauelementen führen können. Bei 2,5D- und 3D-IC-Gehäusen können selbst kleinste Rückstände elektrische Verbindungen schwächen oder die Haftfestigkeit verringern.
Die Plasmabehandlung wird in wichtigen Schritten des Verpackungsprozesses eingesetzt. Dazu gehören die Oberflächenvorbereitung vor dem Verkleben und die Verkapselung.
Dieser Artikel erklärt, wie die Plasma-Oberflächenbehandlung die Ausbeute verbessert, Chiplet- und FOWLP-Technologien unterstützt und die Zuverlässigkeit der Verbindungen erhöht.
Plasmareinigung in der Halbleiterverpackung verstehen
Was ist Plasmareinigung und wozu wird sie eingesetzt?
Die Plasmareinigung ist ein Trockenverfahren zur Entfernung von Verunreinigungen auf Materialoberflächen. Dabei wird ionisiertes Gas eingesetzt, um organische Rückstände und Oxidschichten aufzubrechen.
Bei diesem Verfahren werden keine Chemikalien verwendet. Stattdessen werden energiereiche Partikel eingesetzt, um Oberflächen zu reinigen, ohne empfindliche Bauteile zu beschädigen.
Drei wichtige Erkenntnisse
- Entfernt Verunreinigungen auf mikroskopischer Ebene
- Verbessert die Haftfestigkeit und die Oberflächenenergie
- Unterstützt fortschrittliche Halbleiter-Verpackungsprozesse
Plasma ist der vierte Aggregatzustand. Es enthält freie Elektronen und Ionen, die mit Oberflächenverunreinigungen reagieren.
Bewältigung von Kontaminationsproblemen in 2,5D- und 3D-ICs
Warum Kontamination zu einem kritischen Problem wird
Mit zunehmender Komplexität der Gehäuse werden die Oberflächen kleiner und empfindlicher. Bei 3D-IC- und Chiplet-Designs erhöht sich die Verbindungsdichte.
Selbst geringste Verunreinigungen innerhalb von TSV-Strukturen oder Bondpads können zu Ausfällen führen.
Bei TSV-Strukturen mit Tiefen über 50 µm gestaltet sich die Entfernung von Verunreinigungen mittels Nassreinigung schwierig. Plasma ermöglicht eine gleichmäßige Reinigung innerhalb der Durchkontaktierungen ohne Flüssigkeitsansammlung.
Diese Probleme beeinträchtigen die elektrische Leistungsfähigkeit und die Langzeitstabilität unmittelbar.
Warum herkömmliche Reinigungsmethoden nicht ausreichen
Die nasschemische Reinigung kann tiefe Strukturen wie TSV-Durchkontaktierungen oder feine Verbindungen nicht erreichen. Sie kann außerdem Rückstände hinterlassen oder Materialien beschädigen.
Plasmabehandlung für Elektronik löst dieses Problem durch das Erreichen komplexer Geometrien und eine gleichmäßige Reinigung.
Verbesserung von Ertrag und Zuverlässigkeit durch Oberflächenbehandlung
Wie Plasma die Leistung von Verbindungsleitungen verbessert
Die Zuverlässigkeit von Verbindungen hängt von sauberen Oberflächen ab. Bei Verunreinigungen wird die Verbindung schwach oder instabil.
Die Plasma-Oberflächenbehandlung erhöht die Oberflächenenergie. Dies verbessert die Haftung zwischen Materialien beim Verbinden oder Verpacken.
Es bereitet außerdem Oberflächen für Prozesse wie beispielsweise Drahtbonden, Flip-Chip-Montage, Underfill und Verkapselung
Ertragsverbesserung bei fortschrittlichen Verpackungen
Ertrag Verluste entstehen häufig durch versteckte Verunreinigungen. Die Plasmareinigung entfernt organische Spurenverunreinigungen aus tiefen TSV-Poren und reduziert so die Ausfallraten elektrischer Verbindungen.
TSV (Through-Silicon Via) ist eine vertikale elektrische Verbindung, die in der 3D-IC-Gehäusetechnik verwendet wird.
Typisch Plasmareinigung Dabei wird Sauerstoff- oder Argongas unter niedrigem Druck (10–500 mTorr) verwendet. Hochfrequenzleistung (üblicherweise 13,56 MHz) erzeugt reaktive Spezies, die organische Rückstände entfernen und Oberflächen aktivieren.
Laut Branchenangaben verbessert dieses Verfahren die Konsistenz der Verbindung und reduziert die Fehlerraten.
Unterstützung moderner Verpackungstechnologien
Ermöglichung der 3D-IC- und Chiplet-Integration
3D-IC- und Chiplet-Designs basieren auf vertikaler Stapelung und dichten Verbindungen.
Die Plasmabehandlung gewährleistet, dass jede Grenzfläche vor dem Verbinden sauber ist. Dadurch werden Defekte reduziert und die elektrischen Eigenschaften verbessert.
Ermöglichung von FOWLP und Wafer-Level Packaging
Fan-Out Wafer-Level Packaging (FOWLP) erfordert gleichmäßige Oberflächenbedingungen über große Flächen.
Die Plasmabehandlung gewährleistet eine gleichmäßige Entfernung von Verunreinigungen auf dem gesamten Wafer. Dies verbessert die Prozessstabilität und reduziert Nacharbeiten.
Den Plasmareinigungsprozess verstehen
So funktioniert es Schritt für Schritt
Plasmareinigung legt Oberflächen frei zu ionisiert Gas unter kontrollierten Bedingungen.
Der Prozess umfasst:
- Gasionisierung mittels Energiezufuhr
- Erzeugung reaktiver Spezies
- Wechselwirkung mit Oberflächenverunreinigungen
- Entfernung durch chemische Reaktion oder Sputtern
Dieses Verfahren ist berührungslos und beschädigt keine empfindlichen Materialien.
Verwendete Arten von Plasmasystemen
| Systemtyp | Anwendung |
| Atmosphärisches Plasma | Inline-Oberflächenaktivierung |
| Vakuumplasma | Tiefenreinigung von TSVs und komplexen Strukturen |
| Automatisierte Systeme | Halbleiterverarbeitung in großen Stückzahlen |
Vakuumplasma Die Systeme eignen sich für die gleichmäßige Behandlung von 3D-Strukturen.
Technische Vorteile in Produktionsumgebungen
Kontinuierlicher Betrieb und Systemstabilität
Das System verwendet importierte Kernkomponenten, um eine stabile Leistung und einen kontinuierlichen 24/7-Betrieb zu gewährleisten.
Automatisierungsfunktionen wie SPS-Steuerung und Roboterintegration ermöglichen eine konsistente Verarbeitung über alle Produktionslinien hinweg.
Prozesseffizienz und Umweltvorteile
Die Plasmareinigung ist ein Trockenverfahren. Dadurch entfällt der Einsatz chemischer Lösungsmittel und der Abfall wird reduziert.
Zudem senkt es die Betriebskosten und verbessert die Prozesskontrolle in der Halbleiterfertigung.
Abschluss
Die Halbleiterfertigung entwickelt sich hin zu kleineren Strukturgrößen und höherer Integrationsdichte. Die Oberflächenvorbereitung gewinnt dadurch zunehmend an Bedeutung.
Die Plasmareinigung von Verpackungen trägt zur Verbesserung der Ausbeute und zur Reduzierung von Defekten bei. Sie verringert außerdem die Widerstandsschwankungen in den Verbindungen und Probleme bei der Verklebung.
KeyLink-Technologie bietet Plasmasysteme für die industrielle Produktion an. Das Unternehmen verfolgt folgende Ziele: ISO-Normen und bedient Branchen wie die Elektronik-, Automobil- und Medizintechnikindustrie.
Wenn Sie eine stärkere Haftung und weniger Defekte wünschen, können Sie sich die Plasma-Oberflächenbehandlungssysteme von KeyLink Technology ansehen.
Häufig gestellte Fragen
Wie verbessert Plasma die Haftung?
Es erhöht Oberflächenenergie, wodurch sich Materialien effektiver verbinden können.
Kann Plasma tiefe Strukturen wie TSV reinigen?
Ja. Es kann kleine und schwer zugängliche Stellen reinigen, die mit einem Nassreiniger nicht erreichbar sind.
Ist Plasmareinigung besser als Nassreinigung?
Es vermeidet chemische Rückstände und sorgt für eine gleichmäßige Reinigung auch bei komplexen Geometrien.
