Pemrosesan plasma pada kemasan semikonduktor menghilangkan kontaminan tingkat atom, meningkatkan energi permukaan, dan memperbaiki ikatan antarmuka di setiap langkah perakitan penting, mulai dari pembentukan TSV dan pengisian underfill hingga pemasangan bola solder BGA dan pengikatan kawat.
Mengapa Kemasan Canggih Memiliki Masalah Permukaan?
Seiring dengan penyusutan dan penumpukan perangkat semikonduktor, antarmuka antar material menjadi risiko keandalan utama. IC tiga dimensi, rakitan flip-chip, dan susunan bola grid berdensitas tinggi semuanya bergantung pada permukaan yang bersih dan berenergi tinggi agar tetap utuh di bawah siklus termal, tekanan mekanis, dan pengoperasian selama bertahun-tahun.
Ketika permukaan-permukaan tersebut terkontaminasi, konsekuensinya dapat diprediksi:
- Residu organik dan oksida alami mengurangi energi permukaan dan mencegah perekat menempel dengan benar.
- Rembesan epoksi menciptakan rongga pada antarmuka kritis.
- Residu di dalam fitur dengan rasio aspek tinggi menyebabkan delaminasi, kelelahan sambungan solder, dan penurunan hasil produksi yang muncul di tahap akhir proses perakitan.
Pembersihan kimia tradisional dapat mengatasi kontaminasi dalam jumlah besar tetapi tidak dapat menjangkau bagian dalam fitur dengan rasio aspek tinggi. Perawatan plasma menggantikannya dengan satu proses kering yang membersihkan, mengaktifkan, dan memodifikasi morfologi permukaan tanpa kontak, tanpa bahan kimia, dan tanpa merusak struktur yang halus.
Pembersihan Plasma TSV dan Pembersihan Rasio Aspek Tinggi
Lubang tembus silikon (through-silicon vias) merupakan salah satu tantangan pembersihan paling sulit dalam manufaktur semikonduktor. Proses etsa yang menciptakannya meninggalkan residu photoresist, lapisan pasivasi fluorokarbon, dan kontaminasi organik pada dinding sampingnya. Kimia cair tidak dapat menjangkau struktur ini secara seragam.
Pembersihan plasma TSV menghilangkan kontaminan organik dari dinding samping menggunakan campuran plasma oksigen atau hidrogen yang bereaksi dengan residu dan mengubahnya menjadi produk sampingan volatil yang dikeluarkan dari ruang vakum. Hasilnya adalah permukaan yang bersih dan aktif secara kimiawi yang memungkinkan lapisan penghalang dan lapisan benih menempel secara seragam selama pengendapan logam.
Pembersihan dengan rasio aspek tinggi mencegah pembersihan yang tidak sempurna yang menyebabkan arus bocor dan sirkuit terbuka, masalah hasil produksi yang semakin memburuk seiring meningkatnya kepadatan via pada arsitektur penumpukan 3D tingkat lanjut.
Daya Rekat Underfill dan Keandalan Flip-Chip
Lapisan pengisi kapiler melindungi sambungan solder flip-chip dari tekanan mekanis akibat siklus termal. Efektivitasnya bergantung pada seberapa baik lapisan tersebut membasahi dan mengalir di atas lapisan pasivasi chip dan permukaan substrat. Energi permukaan yang rendah memperlambat aliran, menciptakan rongga, dan meninggalkan area sambungan yang tidak terlindungi.
Perlakuan plasma sebelum pengisian celah meningkatkan energi permukaan dan menciptakan permukaan hidrofilik yang mempercepat aliran kapiler dan memastikan cakupan tanpa rongga. adhesi underfill Baik pada pasivasi chip maupun substrat, proses ini meningkat secara signifikan, dan keseragaman ketinggian fillet juga meningkat.
Untuk material dielektrik low-k, yang sangat rentan terhadap delaminasi di bawah tekanan termal, adhesi underfill yang diaktifkan plasma adalah perbedaan antara kemasan yang lolos kualifikasi siklus termal dan yang tidak.
Persiapan Permukaan Rangka Timbal dan Pengikatan Kawat
Pada kemasan berbasis lead frame, permukaan tembaga dan nikel mengakumulasi oksidasi dan residu organik selama penanganan dan penyimpanan. Hal ini melemahkan ikatan kawat, mengganggu adhesi senyawa cetakan, dan menciptakan jalur untuk korosi.
Persiapan permukaan rangka timah dengan plasma menghilangkan oksidasi melalui reduksi plasma hidrogen dan menghilangkan kontaminasi organik melalui kimia plasma oksigen. Permukaan yang dihasilkan bersih dan aktif secara kimia, bebas dari ikatan logam lemah yang menyebabkan kegagalan ikatan kawat.
Hal ini secara signifikan meningkatkan kekuatan ikatan, mengurangi rembesan epoksi, dan meningkatkan kekedapan keseluruhan kemasan.
Keandalan Pengikatan BGA dan Persiapan Permukaan
Kemasan ball grid array memusatkan kepadatan sambungan solder yang tinggi ke area kecil, yang masing-masing mengalami tekanan termomekanis setiap kali perangkat memanas dan mendingin. Oksida alami pada bantalan tembaga mengurangi kemampuan pembasahan, menciptakan rongga, dan melemahkan sambungan solder.
Keandalan pengikatan BGA meningkat ketika pembersihan plasma menghilangkan lapisan oksida tersebut tepat sebelum pemasangan bola solder, sehingga meninggalkan permukaan tembaga yang bersih yang dapat dibasahi solder secara seragam. Substrat yang diberi perlakuan plasma menunjukkan peningkatan yang terukur dalam gaya tarik geser dan kinerja siklus termal. Dalam beberapa konfigurasi, perlakuan plasma mengurangi ketergantungan pada kimia fluks yang agresif sehingga memungkinkan perakitan tanpa fluks sama sekali.
Keandalan Lintas Proses: Dengan dan Tanpa Plasma
| Langkah Proses | Tanpa Plasma | Dengan Plasma |
| TSV pra-isi | Residu photoresist menyebabkan rongga dan sirkuit terbuka. | Dinding samping bersih, pengendapan logam seragam, tanpa rongga. |
| Pengisian bawah | Energi permukaan rendah, aliran buruk, pembentukan rongga | Energi permukaan tinggi, aliran kapiler cepat, bebas rongga. |
| Lampiran solder BGA | Oksida alami, daya basah yang buruk, sambungan yang lemah | Bantalan tembaga yang bersih, sambungan solder yang kuat dan seragam. |
| Pengikatan kawat | Oksidasi dan residu melemahkan kekuatan ikatan. | Permukaan aktif, kekuatan ikatan lebih tinggi, rembesan lebih sedikit. |
Sistem plasma atmosfer Keylink, termasuk PL-5050 Dan PL-5050P Dengan lebar pemrosesan hingga 110mm dan konfigurasi nozzle ganda, sangat cocok untuk persiapan permukaan lead frame, substrat, dan BGA secara inline. Untuk aplikasi yang berkaitan dengan pengemasan, sumber daya Keylink tentang Perawatan permukaan plasma untuk kemasan PE menggambarkan bagaimana hal yang sama pengaktifan Prinsip-prinsip tersebut berlaku untuk semua jenis material.
Mengapa Produsen Kemasan Terkemuka Menggunakan Plasma?
Perlakuan plasma telah beralih dari peningkatan proses opsional menjadi persyaratan kualifikasi di fasilitas pengemasan semikonduktor terkemuka. Keylink telah memasok sistem ke produsen pengemasan domestik terkemuka di seluruh alur perakitan, mulai dari persiapan tingkat wafer hingga pasivasi kemasan akhir.
Alasannya sangat jelas:
- Hasil produksi meningkat karena permukaan yang lebih bersih menghasilkan lebih sedikit cacat pada setiap langkah pengikatan.
- Keandalan meningkat karena antarmuka yang lebih kuat mampu bertahan lebih banyak siklus termal.
- Proses plasma kering menggantikan pembersihan kimia basah, menghilangkan penanganan, pembuangan, dan beban regulasi.
Kemampuan integrasi vertikal, mulai dari sistem atmosfer mandiri hingga konfigurasi inline yang sepenuhnya otomatis, berarti pemasok yang sama dapat menangani persiapan permukaan di setiap tahap, alih-alih memerlukan solusi terpisah untuk setiap langkah. Hubungi Keylink untuk membahas solusi perawatan plasma untuk aplikasi pengemasan canggih Anda.
