射頻等離子清洗在LED封裝工藝中的應(yīng)用

1、深圳rfj奧坤鑫科技有限公司SHENZHEN OKSUN T EC II OL()(； Y CO.tLTD射頻等離子清洗在LED封裝工藝中的應(yīng)用摘要：隨著人們對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光材料研究的不斷深入，各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進(jìn)展，使其成為最有可能取代傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈的新一代照明器具。LED封裝工藝過(guò)程中，芯片表面的氧化物及顆粒污染物會(huì)降低產(chǎn)品質(zhì)量，如果在封裝工藝過(guò)程中的點(diǎn)膠前、引線鍵合前及封裝固化前進(jìn)行射頻等離 子清洗，則可有效去除這些污染物。介紹了射頻等離子清洗原理及清洗設(shè)備，并對(duì)清洗前后的效果做0引言50年前人們已經(jīng)了解半導(dǎo)體材料可產(chǎn)生光線的基本知識(shí)，第一個(gè)商用二極管產(chǎn)生于1960年

2、。LED是英文light emitting diode （發(fā)光二極管）的縮寫(xiě)，是可直接將電能轉(zhuǎn)化為可見(jiàn)光的發(fā)光器件，它有著體積小、耗電量低、使用壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高、高亮度低熱量、環(huán)保、堅(jiān)固耐用及可控性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展突飛 猛進(jìn)，現(xiàn)已能批量生產(chǎn)整個(gè)可見(jiàn)光譜段各種顏色的高亮度、高性能產(chǎn)品。近幾年，LED的發(fā)光效率增長(zhǎng)100倍，成本下降10倍，并廣泛用于大面積圖文顯示全彩屏，狀態(tài)指示、標(biāo)志照明、信號(hào)顯示、液晶顯示器的 背光源，汽車(chē)組合尾燈及車(chē)內(nèi)照明等方面，被譽(yù)為21世紀(jì)新光源，有望成為繼白熾燈、熒光燈、高強(qiáng)度氣體放電燈之后的第四代光源。然而在其封裝工藝中存在的污染物一直是其快速發(fā)展道路上的一只攔路

3、虎， 如何能夠簡(jiǎn)單快速及無(wú)污染的解決掉這個(gè)問(wèn)題也一直困擾著人們。射頻等離子體清洗，一種無(wú)任何環(huán)境污 染的新型清洗方式，將為人們解決這一問(wèn)題。1射頻等離子清洗原理1.1概述定義：是正離子和電子密度大致相等的電離氣體。由離子、電子、自由激進(jìn)分子、光子以及中性粒子 組成，是物質(zhì)的第四態(tài)。人們普遍認(rèn)為的物質(zhì)有三態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。區(qū)分這三種狀態(tài)是靠物質(zhì)中所地址：深圳福永街道福海大道福海工業(yè)園B3區(qū)A棟三樓 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-814523992EfekQDZ深圳奧坤鑫科技有限公HlC J f S SHENZHEN OKSUN TECIINOL（）（； Y

4、CO.tLTD含能量的多少。給氣態(tài)物質(zhì)更多的能量，比如加熱，將會(huì)形成等離子體，在宇宙中99.99%的物質(zhì)處于等離子狀態(tài)。1.2特性利用等離子體活性物種（電子、離子、自由基、紫外線等）具有的高活性，可以實(shí)現(xiàn)一系列傳統(tǒng)化學(xué)和水系處理法所不能實(shí)現(xiàn)的新的反應(yīng)過(guò)程，其反應(yīng)具有鮮明特點(diǎn)： 速度快：氣體放電瞬間發(fā)生等離子體反應(yīng)，有時(shí)幾秒鐘就可改變表面的性質(zhì)； 溫度低：接近常溫，特別適于高分子材料； 能量高：等離子體是具有超?；瘜W(xué)活性的高能粒子，在不添加催化劑的溫和條件下即可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)熱化學(xué)反應(yīng)體系所不能實(shí)現(xiàn)的反應(yīng)（聚合反應(yīng)）； 廣適性：不分處理對(duì)象的基材類(lèi)型，均可進(jìn)行處理，如金屬、半導(dǎo)體、氧化物和大多數(shù)高分子

5、材料等都能很好地處理； 功能強(qiáng)：僅涉及高分子材料淺表面，可在保持材料自身特性的同時(shí)，賦予其一種及以上新的功能； 環(huán)保型：等離子體作用過(guò)程是氣 一固相干式反應(yīng)，不消耗水資源、無(wú)需添加化學(xué)試劑，對(duì)環(huán)境無(wú)殘留物，具有綠色環(huán)保特征； 低成本：裝置簡(jiǎn)單，易操作維修，可連續(xù)運(yùn)行。因此，采用等離子體高分子材料改性技術(shù)可能克服傳統(tǒng)方法使用中的缺陷，使高分子材料表面加工更符合環(huán)保原則； 由于等離子體清洗是在高真空下進(jìn)行的，所以等離子體中的各種活性離子的自由程很長(zhǎng)，他們的穿透和滲透能力很強(qiáng)，可以進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的處理，包括夾層、細(xì)管和盲孔。1.3應(yīng)用深圳幣奧坤鑫科技有限公司SH i:ZHEN OKSUN TEC 11

6、Y CO.tLTD等離子技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，現(xiàn)多被人們所認(rèn)知的應(yīng)用有電弧焊接、放電加工、等離子噴涂、材料表面 改性、刻蝕及清洗、等離子化學(xué)氣相沉積、濺射、離子注入、離子束加工等。1.4射頻等離子清洗原理通過(guò)化學(xué)或物理作用對(duì)工件表面進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)分子水平的污染物去除（一般厚度為330nm），從而提高工件表面活性。被清除的污染物可能有有機(jī)物、環(huán)氧樹(shù)脂、光刻膠、氧化物、微顆粒污染物等，所 以射頻等離子清洗是一種高精密清洗。對(duì)應(yīng)不同的污染物，應(yīng)采用不同的清洗工藝。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)選擇 的工藝氣體不同，射頻等離子清洗分為化學(xué)清洗、物理清洗及物理化學(xué)清洗。通過(guò)以下幾個(gè)反應(yīng)式及圖1、圖2及圖3對(duì)清洗方式做詳細(xì)說(shuō)

7、明：化學(xué)清洗：表面反應(yīng)以化學(xué)反應(yīng)為主的等離子體清洗，又稱(chēng)PE例 1: 02+ e t 20* +e0 +有機(jī)物t CQ+H2O有機(jī)污卯用置性遽行聲謂子址理地址：深圳福永街道福海大道福海工業(yè)園B3區(qū)A棟三樓 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-814523995地址：深圳福永街道福海大道福海工業(yè)園B3區(qū)A棟三樓 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-81452399#用子社霆圖i氧等離子體去除有機(jī)物從反應(yīng)式可見(jiàn)，氧等離子體通過(guò)化學(xué)反應(yīng)可使非揮發(fā)性有機(jī)物變成易揮發(fā)的h2O和C02例2: H2+e-T2H* +eH* +非揮發(fā)性金屬氧化物t金屬+

8、 出0I子?jì)In地址：深圳福永街道福海大道福海工業(yè)園B3區(qū)A棟三樓 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-81452399#深圳 幣奧坤蘇科技仃限公 同SHENZHEN OKSUN TEC 11 OL()(； Y C().tLTD圖2氫等離子體去除氧化層從反應(yīng)式可見(jiàn)，氫等離子體通過(guò)化學(xué)反應(yīng)可以去除金屬表面氧化層，清潔金屬表面。物理清洗：表面反應(yīng)以物理反應(yīng)為主的等離子體清洗，也叫濺射腐蝕（SPE例：Ar+ e-T Ar+2e-Ar+沾污宀揮發(fā)性沾污清洗后清洗前圖3氬等離子體表面能活化Ar+在自偏壓或外加偏壓作用下被加速產(chǎn)生動(dòng)能，然后轟擊在放在負(fù)電極上的被清洗工件表面，一般

9、用 于去除氧化物、環(huán)氧樹(shù)脂溢岀或是微顆粒污染物，同時(shí)進(jìn)行表面能活化。物理化學(xué)清洗：表面反應(yīng)中物理反應(yīng)與化學(xué)反應(yīng)均起重要作用2射頻等離子清洗設(shè)備射頻等離子清洗設(shè)備的原理是在真空狀態(tài)下，壓力越來(lái)越小，分子間間距越來(lái)越大，分子間力越來(lái)越 小，利用射頻源產(chǎn)生的高壓交變電場(chǎng)將氧、氬、氫等工藝氣體震蕩成具有高反應(yīng)活性或高能量的離子，然 后與有機(jī)污染物及微顆粒污染物反應(yīng)或碰撞形成揮發(fā)性物質(zhì)，然后由工作氣體流及真空泵將這些揮發(fā)性物 質(zhì)清除岀去，從而達(dá)到表面清潔活化的目的。是清洗方法中最為徹底的剝離式清洗，其最大優(yōu)勢(shì)在于清洗 后無(wú)廢液，最大特點(diǎn)是對(duì)金屬、半導(dǎo)體、氧化物和大多數(shù)高分子材料等都能很好地處理，可實(shí)現(xiàn)整

10、體和局 部以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)的清洗。射頻等離子清洗設(shè)備結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 4。反應(yīng)腔體設(shè)計(jì)為平板式結(jié)構(gòu)，采用前端進(jìn)氣后端抽氣的模式，有利 于等離子體的均勻分布。腔體后部安裝有兩個(gè)與射頻源連接的銅電極，電極擱板的設(shè)計(jì)采用活動(dòng)式設(shè)置， 根據(jù)電極擱板安裝位置的不同而成為陰極、陽(yáng)極或懸浮極，這樣可以使得組件既能根據(jù)對(duì)等離子體的敏感地址：深圳福永街道福海大道福海工業(yè)園B3區(qū)A棟三樓 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-814523996深圳甬奧坤鑫科技有限公司Sil l-ZHEM OKSUN TEC 11 OLOC； Y C：().tLTD程度的不同而放置不同的位置，還可以根據(jù)不同的組件尺寸

11、來(lái)調(diào)整反應(yīng)區(qū)域的大小。通過(guò)操作控制系統(tǒng)設(shè)置工藝參數(shù)，從而控制射頻等離子的強(qiáng)度與密度等，來(lái)適應(yīng)不同被清洗組件的工藝要求。圖4等離子清洗設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖1-反應(yīng)腔室；2-電控系統(tǒng)；3-供氣系統(tǒng)；4-射頻電源；5-真空系統(tǒng)；6-操作控制系統(tǒng)。3射頻等離子清洗在LED封裝工藝中的應(yīng)用LED封裝工藝直接影響LED產(chǎn)品的成品率，而封裝工藝中出現(xiàn)問(wèn)題的罪魁禍?zhǔn)?9%來(lái)源于芯片與基板上的顆粒污染物、氧化物及環(huán)氧樹(shù)脂等污染物，如何去除這些污染物一直是人們關(guān)注的問(wèn)題，射頻等離子 清洗作為最近幾年發(fā)展起來(lái)的清洗工藝為這些問(wèn)題提供了經(jīng)濟(jì)有效且無(wú)環(huán)境污染的解決方案。針對(duì)這些不 同污染物并根據(jù)基板及芯片材料的不同，采用不同

12、的清洗工藝可以得到理想的效果，但是錯(cuò)誤的工藝使用 則可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，例如銀材料的芯片采用氧等離子工藝則會(huì)被氧化發(fā)黑甚至報(bào)廢。所以選擇合適的 射頻等離子清洗工藝在 LED封裝中是非常重要的，而熟知射頻等離子清洗原理更是重中之重。一般情況下，顆粒污染物及氧化物采用 5% H,+95%Ar的混合氣體進(jìn)行等離子清洗，鍍金材料芯片可以采用氧等離子體去地址：深圳福永街道福海大道福海工業(yè)園B3區(qū)A棟三樓 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-814523997深圳rfj奧坤鑫科技有限公司SHENZHEN OKSUN T EC II OL()(； Y CO.tLTD除有機(jī)物，而銀

13、材料芯片則不可以，銀芯片表面的有機(jī)物需要六氟化硫等離子進(jìn)行清洗。選擇合適的射頻 等離子清洗工藝在LED封裝中的應(yīng)用大致分為以下幾個(gè)方面：點(diǎn)銀膠前：基板上的污染物會(huì)導(dǎo)致銀膠呈圓球狀，不利于芯片粘貼，而且容易造成芯片手工刺片時(shí)損傷， 使用射頻等離子清洗可以使工件表面粗糙度及親水性大大提高，有利于銀膠平鋪及芯片粘貼，同時(shí)可大大 節(jié)省銀膠的使用量，降低成本。引線鍵合前：芯片粘貼到基板上后，經(jīng)過(guò)高溫固化，其上存在的污染物可能包含有微顆粒及氧化物等，這些污染物從物理和化學(xué)反應(yīng)使引線與芯片及基板之間焊接不完全或粘附性差，造成鍵合強(qiáng)度不夠。在引線鍵合前進(jìn)行射頻等離子清洗，會(huì)顯著提高其表面活性，從而提高鍵合強(qiáng)度

14、及鍵合引線的拉力均勻性。鍵合刀頭的壓力可以較低（有污染物時(shí)，鍵合頭要穿透污染物，需要較大的壓力），有些情況下，鍵合的溫度也可以降低，因而提高產(chǎn)量，降低成本。LED封膠前：在LED注環(huán)氧膠過(guò)程中，污染物會(huì)導(dǎo)致氣泡的成泡率偏高，從而導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量及使用壽命低下，所以，避免封膠過(guò)程中形成氣泡同樣是人們關(guān)注的問(wèn)題。通過(guò)射頻等離子清洗后，芯片與基板會(huì)更加 緊密的和膠體相結(jié)合，氣泡的形成將大大減少，同時(shí)也將顯著提高散熱率及光的岀射率。通過(guò)以上幾點(diǎn)可以看岀材料表面活化、氧化物及微顆粒污染物的去除可以通過(guò)材料表面鍵合引線的拉力強(qiáng)度及親水性直接表現(xiàn)岀來(lái)。對(duì)某幾家LED廠家產(chǎn)品封裝工藝中以上幾點(diǎn)工藝前添加射頻等離子

15、清洗，測(cè)量鍵合引線的拉力強(qiáng)度，與未進(jìn)行射頻等離子清洗相比，鍵合引線拉力強(qiáng)度有明顯增加，但由于產(chǎn)品不同，所以增加的幅度也大小不等，有的只增加12%，有的卻可以增加80%，也有的廠家測(cè)量的數(shù)據(jù)反映平均拉力沒(méi)有明顯增加，但是最小鍵合拉力卻明顯提高，對(duì)于確保產(chǎn)品可靠性來(lái)說(shuō)，這仍然是十分有益的。圖5為某LED廠家一批氧化地址：深圳福永街道福海大道福海工業(yè)園B3區(qū)A棟三樓 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-814523998深圳 麗奧坤a科技有限公司SHENZHEN OKSUN TEC 11Y CO.tLTD的LED射頻等離子清洗前后對(duì)比，圖6為某LED廠家對(duì)一批LED引線鍵

16、合前使用過(guò)射頻等離子與未使用的鍵合引線拉力對(duì)比圖地址：深圳福永街道福海大道福海工業(yè)園B3區(qū)A棟三樓 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-814523999深圳 麗奧坤a科技有限公司SHENZHEN OKSUN TEC 11Y CO.tLTD地址：深圳福永街道福海大道福海工業(yè)園B3區(qū)A棟三樓 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-81452399#深圳 麗奧坤a科技有限公司SHENZHEN OKSUN TEC 11Y CO.tLTD圖5氧化進(jìn)行射頻等離子清洗前后對(duì)比I S 013 I? 21 IS 2913 IT 4|地址：深圳福永街道福海大

17、道福海工業(yè)園B3區(qū)A棟三樓 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-81452399#深圳 麗奧坤a科技有限公司SHENZHEN OKSUN TEC 11Y CO.tLTD地址：深圳福永街道福海大道福海工業(yè)園B3區(qū)A棟三樓 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-81452399#深圳 麗奧坤a科技有限公司SHENZHEN OKSUN TEC 11Y CO.tLTD未用需離子清洗 Ai優(yōu)化的t7禹（泊洗併再謹(jǐn)ftL圖6引線鍵合前使用等離子清洗與未使用的鍵合引線拉力對(duì)比反映基板及芯片進(jìn)行射頻等離子清洗后是否有清洗效果的另一個(gè)檢測(cè)指標(biāo)為其表面的浸潤(rùn)特

18、性，通過(guò)對(duì)幾家產(chǎn)品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測(cè)表明未進(jìn)行過(guò)射頻等離子清洗的樣品接觸角大約為40°68°表面進(jìn)行過(guò)化學(xué)反應(yīng)機(jī)制射頻等離子體清洗的樣品接觸角大約為10°17°而表面進(jìn)行過(guò)物理反應(yīng)機(jī)制射頻等離子體清洗過(guò)的樣品的接觸角為20°28°左右。不同廠家、不同產(chǎn)品及不同清洗工藝的清洗效果是不同的，浸潤(rùn)特性的提高表明在上述幾點(diǎn)封裝工藝前進(jìn)行射頻等離子清洗是十分有益的。圖7為射頻等離子清洗前后在某種LED工件表面滴落7微升純凈水并利用接觸角檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)的接觸角對(duì)比。地址：深圳福永街道福海大道福海工業(yè)園B3區(qū)A棟三樓 TEL:+86 755-814523

19、66 FAX:+86755-8145239910深圳rfj奧坤a科技有限公司SHENZHEN OKSUN TEC 11 OL()(； Y CO.tLTD地址：深圳福永街道福海大道福海工業(yè)園B3區(qū)A棟三樓 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-8145239911深圳rfj奧坤a科技有限公司SHENZHEN OKSUN TEC 11 OL()(； Y CO.tLTD地址：深圳福永街道福海大道福海工業(yè)園B3區(qū)A棟三樓 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-81452399#深圳rfj奧坤a科技有限公司SHENZHEN OKSUN TEC 11 OL()(； Y CO.tLTD港洗前涪洗后圖7射頻等離子清洗前后工件表面接觸角對(duì)比4結(jié)