等離子清洗簡稱干法清洗，是設(shè)備利用射頻等離子源的激發(fā)，使工藝氣體激發(fā)成為離子態(tài)，與清洗材質(zhì)表面的污染物發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)，通過真空泵將反應(yīng)產(chǎn)生的污染物排走，達(dá)到清洗效果。等離子清洗的效果影響產(chǎn)品的成品率。等離子清洗可應(yīng)用于半導(dǎo)體行業(yè)、薄膜電路、元器件封裝前、連接器粘接等行業(yè)的二次精密清洗。

等離子清洗的原理等離子清洗可分為化學(xué)清洗、物理清洗及兩種混合清洗（如圖1所示）。針對不同行業(yè)的清洗產(chǎn)品可選擇相對應(yīng)的工藝氣體進(jìn)行等離子表面處理。

等離子清洗原理示意圖

1.1化學(xué)等離子清洗

清洗反應(yīng)是以化學(xué)反應(yīng)為主的等離子體清洗。可用氧氣等離子體經(jīng)過化學(xué)的反應(yīng)可以使非揮發(fā)性的有機(jī)物生成易揮發(fā)的H₂O和CO₂，化學(xué)式為：

O₂＋e^–＝2O※+e^–

O※＋非揮發(fā)性的有機(jī)物＝H₂O+CO₂

也可用氫氣等離子體可以通過化學(xué)的反應(yīng)去除金屬表面的氧化層，清潔金屬的表面，化學(xué)式為：H₂+e^–＝2H^※+e^–

H^※+非揮發(fā)性的金屬氧化物＝金屬＋H₂O

1.2物理等離子清洗

清洗反應(yīng)是以物理反應(yīng)為主的等離子體清洗。

Ar＋e^–＝Ar++2e^{– ?}

Ar+沾污＝揮發(fā)性的沾污

氬氣離子在等離子產(chǎn)生的自偏壓環(huán)境下被加速從而帶有動能，然后離子轟擊清洗工件表面，用于去除氧化物和環(huán)氧樹脂的溢出物。

等離子清洗工藝在芯片鍵合前的應(yīng)用

2.1等離子清洗工藝在IC封裝行業(yè)中的應(yīng)用

IC封裝產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖2所示，國內(nèi)目前的IC封裝工藝主要劃分為前段、中段及后段工藝，只有封裝質(zhì)量好的產(chǎn)品才能成為終端產(chǎn)品，從而投入行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用，前段工藝步驟為：

貼片：使用保護(hù)膜及金屬框架將硅片固定；

劃片：將硅片切割成為單個(gè)芯片并對芯片進(jìn)行檢測，篩選檢測合格的芯片；

裝片：將引線框架相應(yīng)位置點(diǎn)上銀膠或者絕緣膠，從劃片貼膜上將切割好的芯片取下，并將芯片粘接在引線框架的固定位置上；

鍵合：利用金線將芯片上引線孔以及框架上的引腳連接，使芯片與外部電路導(dǎo)通連接；

塑封：塑封元器件的線路，保護(hù)元器件不受外力損壞，加強(qiáng)元器件的物理特性；

后固化：對塑封材料進(jìn)行固化，使其具有足夠的強(qiáng)度以滿足整個(gè)封裝過程。

某IC封裝產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

引線框架是芯片的載體，是一種利用鍵合金絲達(dá)到芯片內(nèi)部電路的引出端與外引線的導(dǎo)通連接，形成電氣回路的重要結(jié)構(gòu)件，起到了與外部導(dǎo)線相接的橋梁作用。引線框架應(yīng)用在很多的半導(dǎo)體集成塊上，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中重要的基礎(chǔ)材料。IC封裝行業(yè)工藝必須在引線框架上完成。在封裝工藝中存在的污染物是制約其發(fā)展的重要因素。

等離子清洗工藝是唯一無任何環(huán)境污染的干法清洗方式。真空狀態(tài)下的等離子作用能夠基本去除材料表面的無機(jī)/有機(jī)污染，提高材料的表面活性，增加引線的鍵合能力，防止封裝的分層。等離子體清洗工藝在IC封裝行業(yè)中的應(yīng)用主要在以下幾個(gè)方面：

點(diǎn)膠裝片前工件上如果存在污染物，在工件上點(diǎn)的銀膠就生成圓球狀，大大降低與芯片的粘結(jié)性，采用等離子清洗可以增加工件表面的親水性，可以提高點(diǎn)膠的成功率，同時(shí)還能夠節(jié)省銀膠使用量，降低了生產(chǎn)成本。

引線鍵合前封裝芯片在引線框架工件上粘貼后，必須要經(jīng)過高溫固化。假如工件上面存在污染物，這些污染物會導(dǎo)致引線與芯片及工件之間焊接效果差或黏附性差，影響工件的鍵合強(qiáng)度。等離子體清洗工藝運(yùn)用在引線鍵合前，會明顯提高其表面活性，從而提高工件的鍵合強(qiáng)度及鍵合引線的拉力均勻性（如圖3所示）。

圖3 IC封裝工藝流程圖

等離子清洗對芯片鍵合前清洗效果的影響經(jīng)過等離子清洗后，對工件芯片進(jìn)行接觸角測試，試驗(yàn)檢測得出：未進(jìn)行等離子體清洗的工件樣品接觸角大約在45°~58°；對已經(jīng)進(jìn)行過化學(xué)等離子體清洗的工件芯片的接觸角大約在12°~19°；對工件芯片進(jìn)行物理等離子體清洗過后其接觸角在15°~24°。試驗(yàn)說明等離子體清洗對封裝中芯片的表面處理是有一定效果的。圖5為銅引線框架在等離子體清洗前后使用接觸角檢測儀進(jìn)行測量的接觸角對比，清洗前接觸角在49°~60°，清洗后接觸角在10°~20°，滿足了工件表面處理需求。

圖5 等離子清洗前后接觸角對比

國內(nèi)封裝工藝水平極速發(fā)展，半導(dǎo)體制造技術(shù)極限受到挑戰(zhàn)并持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)在成為先進(jìn)的前沿制造技術(shù)，這是關(guān)系國家安全和衡量國家制造水平的首要標(biāo)準(zhǔn)。隨著國內(nèi)封裝芯片集成度的不斷增加，芯片引腳數(shù)持續(xù)增多，引腳間距持續(xù)減小，芯片與基板上的有機(jī)和無機(jī)污染物必將制約著IC封裝行業(yè)的發(fā)展，而現(xiàn)有的清洗均勻、一致性好、可操控性強(qiáng)及具有方向性選擇處理的等離子清洗體清洗工藝應(yīng)用于IC封裝工藝中，勢必將推動IC封裝行業(yè)更加極速的發(fā)展。