Плазменная обработка полупроводниковых компонентов удаляет загрязнения на атомарном уровне, повышает поверхностную энергию и улучшает межфазное соединение на каждом критически важном этапе сборки, от формирования сквозных межсоединений и нанесения компаунда до припаивания шариков BGA и проволочного соединения.
Почему у современных упаковочных технологий есть проблемы с поверхностью?
По мере уменьшения размеров и многослойной компоновки полупроводниковых устройств, интерфейсы между материалами становятся основным фактором риска для надежности. Трехмерные интегральные схемы, сборки с перевернутым кристаллом и высокоплотные шариковые матричные матрицы зависят от чистых поверхностей с высокой энергией, которые должны сохранять целостность при термических циклах, механических нагрузках и многолетней эксплуатации.
Когда эти поверхности загрязняются, последствия предсказуемы:
- Органические остатки и природные оксиды снижают поверхностную энергию и препятствуют надлежащему сцеплению клея.
- Вытекание эпоксидной смолы приводит к образованию пустот в критически важных местах соединения.
- Остатки веществ внутри элементов с высоким соотношением сторон вызывают расслоение, усталость паяных соединений и снижение выхода годных изделий, что проявляется на поздних стадиях процесса сборки.
Традиционная химическая очистка справляется с основными загрязнениями, но не может проникнуть внутрь элементов с высоким соотношением сторон. Плазменная терапия Заменяет это единым сухим процессом, который очищает, активирует и изменяет морфологию поверхности бесконтактным способом, без химикатов и без повреждения деликатных структур.
Плазменная очистка TSV и очистка с высоким соотношением сторон
Сквозные кремниевые переходные отверстия являются одними из самых сложных в очистке в полупроводниковом производстве. Процесс травления, в результате которого они образуются, оставляет на боковых стенках остатки фоторезиста, фторуглеродные пассивирующие слои и органические загрязнения. Жидкие химические растворы не могут равномерно проникнуть в эти структуры.
Плазменная очистка TSV удаляет органические загрязнения с боковых стенок с помощью смесей кислородной или водородной плазмы, которые реагируют с остатками и превращают их в летучие побочные продукты, удаляемые из камеры. В результате получается чистая, химически активная поверхность, которая обеспечивает равномерное сцепление барьерного и затравочного слоев во время осаждения металла.
Очистка с высоким соотношением сторон предотвращает неполную очистку, которая приводит к току утечки и обрывам цепей, что является проблемой выхода годных изделий и усугубляется по мере увеличения плотности переходных отверстий в современных архитектурах с 3D-стекированием.
Адгезия заполнителя и надежность технологии флип-чип
Капиллярный компаунд защищает паяные соединения в системах с перевернутым кристаллом от механических напряжений, возникающих при термических циклах. Его эффективность зависит от того, насколько хорошо он смачивает и растекается по поверхности пассивации кристалла и подложки. Низкая поверхностная энергия замедляет растекание, создает пустоты и оставляет незащищенными участки соединения.
Плазменная обработка перед нанесением подложки повышает поверхностную энергию и создает гидрофильную поверхность, которая ускоряет капиллярный поток и обеспечивает покрытие без пустот. Адгезия подложки Это значительно улучшает как пассивацию чипа, так и подложку, а также повышает равномерность высоты скруглений.
Для диэлектрических материалов с низкой диэлектрической проницаемостью, которые особенно склонны к расслоению под воздействием термических нагрузок, адгезия заполнения зазоров, активируемая плазмой, является решающим фактором, определяющим, пройдет ли корпус квалификацию по термоциклированию или нет.
Подготовка поверхности выводов и проволочное соединение.
В корпусах с выводами медные и никелевые поверхности во время транспортировки и хранения накапливают окисление и органические остатки. Это ослабляет проволочные соединения, препятствует адгезии компаунда для литья и создает пути для коррозии.
Подготовка поверхности выводной рамки с помощью плазмы удаляет окисление за счет восстановления водородной плазмой и устраняет органические загрязнения за счет химической обработки кислородной плазмой. Полученная поверхность чистая и химически активная, без слабых металлических связей, вызывающих отказы проволочных соединений.
Это заметно повышает прочность соединения, уменьшает вытекание эпоксидной смолы и улучшает общую герметичность упаковки.
Надежность склеивания BGA и подготовка поверхности
В корпусах с шариковой матрицей (BPL) высокая плотность паяных соединений сосредоточена на небольшой площади, при этом каждое соединение подвергается термомеханическому напряжению при каждом нагреве и охлаждении устройства. Естественное оксидное покрытие на медных контактных площадках снижает смачиваемость, создает пустоты и ослабляет паяные соединения.
Надежность соединения BGA-компонентов повышается, когда плазменная очистка удаляет слой оксида непосредственно перед припаиванием шарика припоя, оставляя чистую медную поверхность, которая равномерно смачивается припоем. Плазменно обработанные подложки демонстрируют измеримое улучшение силы сдвига и характеристик термоциклирования. В некоторых конфигурациях плазменная обработка снижает зависимость от агрессивного флюса настолько, что позволяет полностью осуществлять сборку без флюса.
Надежность на разных этапах процесса: с плазмой и без нее.
| Этап процесса | Без плазмы | С плазмой |
| Предварительное заполнение TSV | Остатки фоторезиста вызывают образование пустот и обрывы цепей. | Чистые боковые стенки, равномерное нанесение металла, отсутствие пустот. |
| Недозаполнение | Низкая поверхностная энергия, плохая текучесть, образование пустот | Высокая поверхностная энергия, быстрый капиллярный поток, отсутствие пустот |
| Припаяние BGA | Естественное оксидное покрытие, плохая смачиваемость, слабые соединения. | Чистые медные контактные площадки, прочные и равномерные паяные соединения. |
| проволочное соединение | Окисление и остаточные явления ослабляют прочность связей. | Активная поверхность, более высокая прочность сцепления, меньшее вытекание. |
Системы атмосферной плазмы компании Keylink, включая ПЛ-5050 и ПЛ-5050П Благодаря ширине обработки до 110 мм и множеству конфигураций сопел, они хорошо подходят для поточной подготовки поверхности выводных рамок, подложек и BGA-компонентов. Для применений, связанных с упаковкой, ресурсы Keylink по Плазменная обработка поверхности полиэтиленовой упаковки иллюстрирует, как то же самое активация Эти принципы применимы ко всем типам материалов.
Почему ведущие производители упаковки используют плазменную обработку?
Плазменная обработка перестала быть необязательной мерой повышения эффективности процесса и стала обязательным требованием для квалификации на ведущих предприятиях по упаковке полупроводников. Компания Keylink поставляет системы ведущим отечественным производителям упаковки на всех этапах сборки, от подготовки пластин до окончательной пассивации упаковки.
Причины очевидны:
- Выход годных изделий повышается, поскольку более чистые поверхности приводят к меньшему количеству дефектов на каждом этапе склеивания.
- Надежность повышается, поскольку более прочные интерфейсы выдерживают больше термических циклов.
- Процессы сухой плазмы заменяют влажную химическую очистку, устраняя сложности с обращением с материалами, их утилизацией и соблюдением нормативных требований.
Возможность вертикальной интеграции, от автономных атмосферных систем до полностью автоматизированных поточных конфигураций, означает, что один и тот же поставщик может заниматься подготовкой поверхности на каждом этапе, вместо того чтобы требовать отдельных решений для каждого шага. Свяжитесь с Keylink, чтобы обсудить решения по плазменной обработке для ваших передовых задач в области упаковки.
