倒裝芯片封裝等離子清洗陶瓷基板對底部填充膠流動性的影響

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發表時間：2023-03-27

倒裝焊封裝技術以倒裝芯片的凸點作為連接媒介，采用回流焊、熱壓焊等實現芯片與基板的電路互連，是高速、高密度的主流封裝技術之一。在倒裝焊封裝過程中，由于芯片與基板的熱膨脹系數不匹配，在溫度變化時會出現較大的熱應力，所以往往需要在芯片與基板之間填充底部填充膠來起到加固的作用。

底部填充的方式一般分為兩種:流動底部填充和非流動底部填充。前者是在凸點回流后將底部填充膠注到芯片邊緣，借助液體的毛細作用將芯片與基板之間填滿;而后者是先將底部填充膠涂在基板表面適當位置，再安裝倒裝芯片。由于流動底部填充對于設備的要求不高且操作簡單，被廣泛應用于倒裝焊封裝。

等離子清洗是半導體行業中常用的表面處理手段，等離子清洗是一種干法物理化學清洗技術，它是利用低真空狀態下高頻電場的作用，產生輝光放電，將工藝氣體電離成離子流，轟擊工件表面，達到清洗的目的。進行等離子清洗可直接改變陶瓷基板表面狀態，進而影響底部填充膠的流動性。

等離子清洗對陶瓷基板浸潤性的影響

為了確認不同表面處理的陶瓷基板表面的浸潤性，分別對未經等離子清洗和等離子清洗后的陶瓷基板進行接觸角測量實驗。圖1所示分別為未經等離子清洗和等離子清洗后，水和底部填充膠在陶瓷基板表面接觸瞬間的接觸角照片。可以看出未經等離子清洗時，水和底部填充膠在陶瓷基板表面的接觸角分別為81.1°和45.8°;在等離子清洗后，水和底部填充膠在陶瓷基板表面的接觸角均有所減小，分別變為26.8°和21.1°。這一方面是由于經等離子清洗后陶瓷基板表面的親水基增多、憎水基減少，另一方面是由于等離子清洗在一定程度上減少了陶瓷表面的殘留污染物，最終提高了水和底部填充膠在陶瓷表面的浸潤性。

由圖1可知等離子清洗可減小底部填充膠在陶瓷基板上的接觸角，所以等離子清洗之后可以獲得更大的壓力差，即底部填充膠獲得的推力變大，從而促進底部填充膠在芯片底部的流動，在同樣點膠軌跡下減少流動時間。而基板在未經等離子清洗時和等離子清洗后的不同點膠軌跡的流淌效果如圖2所示。

圖1 水和底部填充膠在陶瓷基板表面的接觸角

底部填充膠的流動性對比

從圖2中可以看出，在陶瓷基板進行等離子清洗之后，無論何種點膠軌跡，底部填充膠在陶瓷基板上的擴散寬度均偏大，這也是由于等離子清洗可減小底部填充膠在陶瓷基板上的接觸角導致。

圖2 不同點膠軌跡的底部填充膠流淌效果

超聲掃描結果對比

為了檢驗底部填充膠的填充效果，對基板在未經等離子清洗和等離子清洗后的不同點膠軌跡的芯片進行了超聲掃描檢測。超聲掃描采用反射模式(C掃描模式)，對芯片附近的底部填充層進行逐行掃描，得到超聲掃描照片如圖3所示。從圖3中可以看出，對于本文所采用的芯片，無論是否進行了等離子清洗，采用I形、L形和U形點膠軌跡的底部填充膠與芯片或陶瓷基板均未發生分層和孔洞缺陷。