等離子清洗機(jī)提高陶瓷基板浸潤性改善共晶焊接性能

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2022-12-15

共晶是指在相對(duì)較低的溫度下共晶焊料發(fā)生共晶物熔合的現(xiàn)象，共晶合金直接從固態(tài)變到液態(tài)，而不經(jīng)過塑性階段。其熔化溫度即為共晶溫度。真空共晶焊就是在真空的環(huán)境下采用保護(hù)氣體，加熱使共晶焊料共晶達(dá)到芯片與基板、管殼互連的目的。

圖1.1 陶瓷基板焊接示意圖

影響裸芯片與基板真空共晶焊接的主要因素包括：焊接物本身質(zhì)量、載體成分、焊料成分、保護(hù)氣氛、焊接溫度、真空度、焊接夾具、焊接工件的鍍層及潔凈度。下面將對(duì)焊接潔凈度進(jìn)行分析和研究。

焊接潔凈度

共晶焊中焊接工件及焊料片的潔凈度也會(huì)影響焊接質(zhì)量。若共晶焊時(shí)焊接工件、焊料片被污染或受到氧化，導(dǎo)致焊接時(shí)浸潤能力降低。因此只有通過對(duì)焊接工件、焊料片在焊接前進(jìn)行清洗來保證焊接質(zhì)量。現(xiàn)有的清洗方法有手工清洗、水清洗、超聲波清洗和等離子清洗。陶瓷基板的焊接，經(jīng)過相關(guān)工藝試驗(yàn)，陶瓷基板一般采用超聲波清洗，通過超聲將基板上的油脂、多余物清洗干凈，焊料片及裸芯片則采用等離子清洗機(jī)在焊接前進(jìn)行，通過等離子清洗，增加了焊料片及裸芯片表面的潔凈度。

等離子清洗方式：

等離子清洗機(jī)通過設(shè)備產(chǎn)生的離子元素與被清潔工件上的污染物進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到清潔焊接工件表面的作用。其原理是將被清洗的器件放置在一個(gè)已被抽真空的箱體內(nèi)，通入工藝氣體，輸入能量將氣體電離為包含正離子、負(fù)離子、自由離子等帶電粒子和不帶電中性粒子的正負(fù)電荷相等的等離子狀態(tài)，這些等離子體通過化學(xué)或者物理的作用對(duì)被清洗器件的表面進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)分子水平的污漬、沾污去除作用。

等離子清潔的反應(yīng)氣體及作用：

等離子清潔可選擇的工藝氣體有氫氣（H2）、氧氣（O2），或者是兩種氣體的混合氣體。

氧氣清洗屬于化學(xué)清洗，是采用氧離子與被清洗工件上的污染物（主要是有機(jī)污染物）發(fā)生氧化反應(yīng)，生成CO2和水被真空泵抽走排出，從而達(dá)到清洗的目的；

氫氣清洗也是化學(xué)清洗，是采用氫離子與被清洗件上的污染物（主要是氧化物）發(fā)生還原反應(yīng)，將氧化物還原成水后被真空泵抽走排出。

氧氣清洗容易造成二次氧化，工藝控制難度大，氫氣是易燃易爆氣體，安全性方面需要注意和防范，一般使用的是氮?dú)浠旌蠚怏w，或者氬氫混合氣體。

等離子清潔工藝驗(yàn)證：

等離子清洗后的工件，是否達(dá)到清洗的效果，需要進(jìn)行檢定。水滴角的測(cè)試就是一種檢定工件是否清洗干凈的方法。水滴角是將水滴在物體表面，通過測(cè)算水滴在表面鋪開的角度來評(píng)判物體表面親水性能的一種方法。

將裸芯片分為A、B、C三組，A組未進(jìn)行任何清洗處理，B組進(jìn)行無水乙醇清洗，C組進(jìn)行等離子清洗，將三組樣品進(jìn)行水滴角測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見圖2.10、圖2.11、圖2.12。

圖 2.10 A 組樣品（未清洗）水滴角

圖 2.11 B 組樣品（無水乙醇清洗）

圖2 .12 C 組樣品（等離子清洗）水滴角

通過上述試驗(yàn)證明，等離子清洗能夠?qū)噶掀奥阈酒砻嫫鸬角鍧嵶饔?。采用等離子清洗方式對(duì)焊接工件及焊料片進(jìn)行清洗，即達(dá)到了清洗的效果，也保護(hù)了焊料片及焊接工件的外觀。等離子清洗能有效增強(qiáng)基板的浸潤性，降低芯片和基板共晶焊界面的孔隙率，同時(shí)也能清除元件表面的氧化物薄膜和有機(jī)物沾污，經(jīng)過等離子清洗，其鍵合焊接強(qiáng)度和合金熔封密封性都得到提高。