در بسته بندی های نیمه هادی، آلودگی میکروسکوپی روی قاب های سربی چالش های شدیدی را در تولید ایجاد می کند. شما اغلب با عیوب مهمی مانند خرابی اتصال سیم، تخلیه قالب، و لایه لایه شدن ترکیبات قالب مواجه می شوید. این عیوب پنهان قابلیت اطمینان دستگاه نهایی را به خطر می اندازد و نرخ ضایعات را در سطح تولید به شدت افزایش می دهد. برای حل این مشکل فراگیر، مهندسان بلافاصله قبل از اتصال قالب و مراحل اتصال سیم، یک پلاسما پاک کننده خلاء را مستقر می کنند. این تجهیزات تخصصی سطح زیرلایه را از نظر شیمیایی و فیزیکی در سطح مولکولی تغییر می دهد.
به طور موثر باقی مانده های نامرئی را حذف می کند و سطوح فلزی را برای چسبندگی بهینه فعال می کند. در این مقاله، ما به طور عینی نحوه عملکرد این سیستم های خلاء را در شرایط تولید ارزیابی می کنیم. ما همچنین واقعیت‌های یکپارچه‌سازی را بررسی می‌کنیم و معیارهای انتخاب کلیدی را برای پردازش قاب اصلی بیان می‌کنیم. شما با تفاوت های مکانیکی مهم بین سیستم های خلاء و اتمسفر آشنا خواهید شد. ما همچنین شما را در انتخاب گازهای فرآیندی مناسب راهنمایی خواهیم کرد تا کاملاً با نیازهای متالورژیکی خاص شما مطابقت داشته باشد.
پاک کننده های پلاسما جاروبرقی سه عملکرد حیاتی را انجام می دهند: میکرو تمیز کردن باقی مانده های آلی، کاهش اکسیدهای فلزی و افزایش انرژی سطحی (ترشوندگی).
برخلاف سیستم‌های جوی، پلاسمای خلاء در هندسه‌های پیچیده سه‌بعدی و مجلات انباشته به صورت همسانگرد بدون ایجاد آسیب حرارتی نفوذ می‌کند.
خریداران باید طراحی محفظه، فرکانس ژنراتور RF و قابلیت‌های جابجایی خودکار را برای مطابقت با توان عملیاتی و بازدهی خاص خود ارزیابی کنند.
هزینه کل مالکیت (TCO) به شدت تحت تأثیر تعمیر و نگهداری پمپ خلاء، محدودیت های زمانی چرخه و مصرف گاز فرآیند خاص است.
فرآیندهای تولید نیمه هادی به طور اجتناب ناپذیری باقیمانده های میکروسکوپی مختلفی را پشت سر می گذارند. شما نمی توانید این آلودگی های ردیابی را تحت بازرسی معمولی ببینید. با این حال، آنها به شدت فرآیندهای پیوند و کپسولاسیون بعدی را مختل می کنند. یک پلاسما پاک کننده جاروبرقی این مشکلات چسبندگی پیچیده را از طریق سه مکانیسم اصلی برطرف می کند.
عملیات پردازش ویفر بالادست و قطعه قطعه کردن، مواد آلی ناخواسته را در فریم های سربی پراکنده می کند. شما اغلب با آلاینده های سرسخت مبتنی بر کربن و ردیابی باقی مانده های مقاوم در برابر نور مواجه خواهید شد. علاوه بر این، اپوکسی‌های خارج‌شده از مراحل پخت اولیه اغلب بر روی بستر می‌نشینند. تمیز کردن شیمیایی مرطوب سنتی برای حذف کامل این لایه‌های نازک تلاش می‌کند. لایه برداری شیمیایی در یک محفظه خلاء با موفقیت این لایه های آلی سرسخت را حذف می کند. رادیکال های گاز بسیار واکنش پذیر به اتم های کربنی که بر روی قاب سرب قرار دارند متصل می شوند. این واکنش شیمیایی مداوم محصولات فرعی مانند دی اکسید کربن و بخار آب ایجاد می کند. سپس پمپ خلاء یکپارچه به طور مداوم این گازهای بی ضرر را از محفظه خارج می کند. این استخراج شیمیایی دقیق یک ماده پایه فوق‌العاده تمیز را برای اتصال آماده می‌کند.
فلزات به طور طبیعی با قرار گرفتن در معرض هوای کارخانه به مرور زمان اکسید می شوند. قاب های سربی مسی به ویژه در برابر اکسیداسیون سریع و کنترل نشده آسیب پذیر هستند. این لایه اکسید طبیعی به عنوان یک عایق الکتریکی سفت و سخت عمل می کند. این به طور فعال از اتصال بین فلزی قابل اعتماد در طول فازهای اتصال سیم حساس جلوگیری می کند. فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی پلاسما به طور موثر این لایه های اکسیداسیون مشکل ساز را از بین می برند. آنها با موفقیت فلز خالص و بدون آسیب را در زیر اکسیداسیون در معرض دید قرار می دهند. این فلز خالص در معرض برای ایجاد پیوندهای سیمی قوی و بسیار رسانا کاملاً حیاتی است. بدون حذف این اکسیدهای متراکم، در معرض خطر خرابی طولانی مدت دستگاه و کاهش شدید عملکرد در میدان هستید.
قاب های سربی اغلب در ابتدا انرژی سطحی بسیار کمی دارند. این انرژی کم سطح از پخش شدن یکنواخت چسب های مایع در سطح جلوگیری می کند. برای جریان یکنواخت بدون به دام انداختن حباب های هوا، به اپوکسی های دای اتچ و ترکیبات قالب گیری کپسوله نیاز دارید. فعال سازی سطحی این مشکل جریان را با افزایش چشمگیر انرژی سطح زیرلایه حل می کند. پلاسمای فعال گروه های عاملی قطبی را به لایه بالایی سطح فلز معرفی می کند. این تغییر شیمیایی ماده را از حالت آبگریز دفع کننده مایع به حالت آبدوست جاذب مایع تبدیل می کند. ترشوندگی افزایش یافته جریان چسب یکنواخت و چسبندگی جامد را در کل قاب سرب تضمین می کند. این به طور مستقیم از لایه برداری فاجعه آمیز بسته بندی در حین استفاده در مزرعه و چرخه حرارتی جلوگیری می کند.
مهندسان معمولاً هنگام راه‌اندازی خط، بین فناوری‌های خلاء و پلاسمای جوی بحث می‌کنند. هر فناوری نیازهای تولید متمایز را برآورده می کند و با طرح های مختلف تولید مطابقت دارد. با این حال، برنامه های بسته بندی معمولاً به دلایل فنی مهم از سیستم های خلاء استفاده می کنند.
سیستم های خلاء کل قاب سرب را از هر زاویه ممکن به طور یکنواخت پردازش می کنند. محیط کم فشار به گاز پلاسما فعال اجازه می دهد که به صورت همسانگرد در همه جهات منبسط شود. به راحتی در تلورانس های بسیار فشرده مجلات دسته ای نفوذ می کند. روی هر سطح میکروسکوپی هر جزء جداگانه، تمیز کردن بسیار ثابتی را دریافت می کنید. سیستم های جوی در عمل کاملاً متفاوت عمل می کنند. آنها دستگاه های کاملاً خط دید هستند که پلاسما را به سمت پایین پاشش می کنند. آنها فقط سطوحی را که مستقیماً در زیر نازل پلاسما فعال قرار دارند تمیز می کنند. آنها نمی توانند هندسه های پیچیده سه بعدی، برش های زیرین یا مجلات متراکم را به طور موثر تمیز کنند.
قاب های سربی بسیار نازک در برابر تاب خوردگی حرارتی ناگهانی بسیار حساس هستند. دماهای موضعی بالا باعث ایجاد استرس شدید می شود و از نظر فیزیکی چارچوب فلزی را منحرف می کند. یک پلاسما پاک کننده جاروبرقی در دمای کلی بسیار پایین تر عمل می کند. محیط منحصر به فرد کم فشار یک حالت پلاسمای سرد پایدار ایجاد می کند. این حالت خطر آسیب حرارتی ناگهانی به بسترهای نازک را کاهش می دهد. سیستم های جوی اغلب گرمای موضعی قابل توجهی را در طول عملیات تولید می کنند. آنها نیاز به تنظیم دقیق سرعت نوار نقاله و کنترل دقیق فاصله دارند تا از تاب برداشتن بسترهای ظریف جلوگیری شود.
محفظه های خلاء دقت کاملی را در مورد کنترل محیطی ارائه می دهند. شما می توانید دقیقاً گازهای تخصصی متناسب با نیازهای متالورژیکی را با هم مخلوط کنید. مخلوط های تخصصی معمولی شامل نسبت های مختلف آرگون، اکسیژن و هیدروژن است. شما می توانید این نسبت های گاز را به خوبی تنظیم کنید تا بمباران فیزیکی و تمیز کردن شیمیایی را متعادل کنید. سیستم های جوی به شدت فاقد این کنترل دقیق محیطی هستند. آنها در درجه اول به هوای فشرده استاندارد یا گازهای بی اثر خالص مانند نیتروژن متکی هستند. به دلیل خطرات انفجار شدید در محیط های باز، آنها نمی توانند با خیال راحت مخلوط های واکنشی حاوی هیدروژن را مدیریت کنند.
مقایسه فناوری های پلاسما
ویژگی |
پلاسمای خلاء |
پلاسمای جوی |
|---|---|---|
نفوذ |
ایزوتروپیک (پوشش سه بعدی کامل) |
خط دید (فقط سطح دو بعدی) |
تاثیر حرارتی |
کم (پلاسمای سرد) |
متوسط تا زیاد |
انعطاف پذیری گاز |
بالا (آرگون، اکسیژن، هیدروژن) |
کم (هوای فشرده، نیتروژن) |
پردازش دسته ای |
برای مجلات متراکم عالی است |
ضعیف (بهترین برای واحدهای تک خطی) |
شما باید قبل از خرید نیازهای خط تولید خاص خود را ارزیابی کنید. سیستم‌های خلاء را برای یکنواختی با چگالی بالا و سطح دسته‌ای انتخاب کنید که در آن دقت بیشترین اهمیت را دارد. هنگامی که شما با مواد حساس و هندسه های بسیار پیچیده کار می کنید، آنها عالی هستند. برعکس، سیستم های جوی را برای پردازش درون خطی با سرعت بالا انتخاب کنید. آنها برای هندسه های مسطح و از نظر ساختاری ساده که به سرعت روی یک تسمه نقاله پیوسته حرکت می کنند بهترین کار را دارند.
انتخاب گاز به شدت بر عملکرد و قابلیت اطمینان فرآیند کلی شما تأثیر می گذارد. گازهای مختلف واکنش های شیمیایی و فیزیکی کاملا متفاوتی را در داخل محفظه ایجاد می کنند. شما باید دستور گاز انتخابی را به دقت با مواد قاب سربی خاص خود مطابقت دهید.
آرگون یک گاز سنگین و کاملاً نجیب است. این لایه ها را منحصراً از طریق فرسایش فیزیکی تمیز می کند که در صنعت به نام کندوپاش نیز شناخته می شود. میدان RF با فرکانس بالا به سرعت یون های سنگین آرگون را به سمت بستر زمین شتاب می دهد. آنها با حمل انرژی جنبشی بسیار به سطح آلوده برخورد می کنند. این ضربه فیزیکی شدید به معنای واقعی کلمه آلاینده های جامد را از چارچوب فلزی جدا می کند. آرگون در طول کل فرآیند کاملا بی اثر باقی می ماند. از نظر شیمیایی واکنش نمی دهد و یا به طور تصادفی فلز را اکسید نمی کند. این کاملاً برای از بین بردن آلودگی های سنگین و سرسخت از طریق ضربه جنبشی بی رحم بهترین است.
اکسیژن یک محیط پلاسمایی شیمیایی بسیار واکنش پذیر ایجاد می کند. در فرآیندی که به عنوان خاکستر شیمیایی شناخته می شود، به خوبی برتری دارد. رادیکال های آزاد اکسیژن به شدت به بقایای آلی پیچیده حمله کرده و آنها را تجزیه می کنند. آنها به طور موثر آلاینده های مبتنی بر کربن جامد را به حالت بخار به راحتی تبدیل می کنند. با این حال، استفاده از اکسیژن خالص خطرات قابل توجهی برای برخی فلزات حساس دارد. می تواند به سرعت و عمیقاً قاب های سربی با روکش مسی یا نقره ای را اکسید کند. برای جلوگیری از تخریب قابلیت لحیم کاری آنها باید با احتیاط از آن روی این مواد خاص استفاده کنید.
گاز شکل دهی از نظر ساختاری، مخلوطی از آرگون و هیدروژن غیر قابل انفجار و ایمن است. کاهش شیمیایی حیاتی را روی سطوح فلزی به شدت اکسید شده انجام می دهد. این مخلوط خاص، استاندارد صنعتی بلامنازع برای پردازش قاب های سربی مسی لخت است. رادیکال های هیدروژن به طور فعال مولکول های اکسیژن را از سطح اکسیدهای فلزی دور می کنند. آنها به طور جادویی اکسید مس مقاوم را به مس خالص و رسانا تبدیل می کنند. آنها به این شاهکار چشمگیر دست می یابند بدون اینکه هیچ گونه باقیمانده آلی جدیدی را پشت سر بگذارند. آرگون اضافه شده به تثبیت تولید کلی پلاسما کمک می کند و تمیز کردن فیزیکی ملایم و مکمل را فراهم می کند.
سیستم‌های بسته‌بندی مدرن به ندرت بر یک نوع گاز جدا شده تکیه می‌کنند. مهندسان پیشرفته از دستور العمل های چند مرحله ای و چند مرحله ای برای به حداکثر رساندن بازده و کارایی استفاده می کنند. یک رویکرد بسیار رایج شامل اجرای یک مرحله کوتاه و اولیه اکسیژن است. این به سرعت بقایای آلی غلیظی را که از نوارهای خرد شده باقی می ماند، از بین می برد. مرحله بعدی آرگون/هیدروژن بلافاصله فاز اکسیژن را دنبال می کند. این مرحله دوم به سرعت هر اکسید تازه ای را که در طول فاز خشن اکسیژن تشکیل شده است حذف می کند. این فرآیند دو مرحله‌ای هوشمند، سرعت تمیز کردن ارگانیک تهاجمی را در کنار پیشگیری از اکسیدهای حیاتی کاملاً متعادل می‌کند.
انتخاب تجهیزات وکیوم مناسب نیاز به ارزیابی فنی بسیار دقیق دارد. شما نمی توانید به سادگی واحدهای خارج از قفسه را بدون ارزیابی پارامترهای خود خریداری کنید. شما باید کاملاً مشخصات دستگاه را مستقیماً با نیازهای محصول خود هماهنگ کنید. هنگام بررسی پیشنهادات فروشنده، معیارهای حیاتی زیر را در نظر بگیرید.
پیکربندی الکترود (مستقیم در مقابل پایین دست): قرار دادن الکترود اساساً سطح تهاجمی کلی پلاسما را تعیین می کند. سیستم های پلاسمای مستقیم قاب سرب را درست بین دو الکترود فعال قرار می دهند. این پیکربندی امکان تمیز کردن فیزیکی بسیار تهاجمی را از طریق بمباران مستقیم یونی فراهم می کند. برای زیرلایه های مستحکم فاقد اجزای ظریف بسیار خوب عمل می کند. پلاسما در پایین دست یا دور، منطقه تولید اصلی را به طور کامل ایزوله می کند. فقط رادیکال های واکنشی را به یک محفظه پردازش کاملا مجزا منتقل می کند. این پیکربندی به شدت از IC های فعال حساس در برابر بمباران مستقیم یونی محافظت می کند. همچنین عملاً هرگونه خطر آسیب ناشی از تخلیه الکترواستاتیک فاجعه بار (ESD) را از بین می برد.
فرکانس ژنراتور RF: فرکانس ژنراتور به شدت رفتار فیزیکی یون های برانگیخته را دیکته می کند. فرکانس 13.56 مگاهرتز یک پلاسمای متراکم، بسیار واکنش پذیر و یکنواخت ایجاد می کند. این کاملاً نرخ واکنش شیمیایی و قدرت تمیز کنندگی فیزیکی را متعادل می کند و به عنوان یک انتخاب استاندارد مطلق برای اکثر کاربردهای نیمه هادی مدرن عمل می کند. از طرف دیگر، فرکانس 40 کیلوهرتز به یون‌های منفرد اجازه می‌دهد تا انرژی جنبشی بسیار بیشتری کسب کنند. این بمباران یونی بسیار سنگین تر و تهاجمی را به سطح می رساند. این به ویژه برای برنامه های حکاکی فیزیکی تهاجمی مفید است. با این حال، خطر آسیب بسیار بیشتری را برای سازه های سطحی ظریف ارائه می دهد.
اتوماسیون و ردپای: شما باید به طور انتقادی ارزیابی کنید که تجهیزات چگونه با جریان کلی کارخانه شما مطابقت دارند. سیستم های دسته ای مستقل می توانند چندین مجله بارگذاری شده را به طور همزمان پردازش کنند. با این حال، آنها به اپراتورهای اختصاصی برای عملیات بارگیری و تخلیه دستی نیاز دارند. سیستم‌های کنترل خودکار درون خطی که به عنوان کنترل کننده نوار شناخته می‌شوند، اتوماسیون واقعی مجله به مجله را ارائه می‌دهند. آنها نوارهای جداگانه را به طور خودکار از طریق نمایه سازی رباتیک از طریق محفظه تغذیه می کنند. برای جلوگیری از تنگناهای پرهزینه در زمان چرخه، باید اهداف توان عملیاتی روزانه خود را به دقت تجزیه و تحلیل کنید.
مواد و طراحی محفظه: تولیدکنندگان معمولاً محفظه های خلاء را با استفاده از آلومینیوم یا فولاد ضد زنگ می سازند. آلومینیوم یکنواختی حرارتی عالی ارائه می دهد و به طور طبیعی در برابر برخی از گازهای هالوژن خورنده مقاومت می کند. فولاد ضد زنگ دوام طولانی مدت بی نظیر و تمیزی ذرات فوق العاده بالا را ارائه می دهد. همچنین باید تنظیمات قفسه داخلی را از نزدیک بررسی کنید. طراحی های کارآمد قفسه ظرفیت مجله را بدون به خطر انداختن یکنواختی پلاسما به حداکثر می رساند.
ادغام فناوری پلاسما به طور اجتناب ناپذیری چالش های تولیدی و عملیاتی خاصی را معرفی می کند. شما نمی توانید به سادگی دستگاه را نصب کنید و فیزیک فرآیند را نادیده بگیرید. شما باید به طور فعال این خطرات فنی را مدیریت کنید تا به طور مداوم بازدهی بالا را حفظ کنید.
سیستم های خلاء ذاتاً زمان قابل توجهی را برای تکمیل یک چرخه کامل نیاز دارند. شما باید زمان تخلیه مکانیکی پمپ خلاء را به دقت در نظر بگیرید. شما همچنین باید به شدت برای دنباله های تخلیه آهسته پس از پایان پردازش حساب کنید. این مراحل مکانیکی لازم به طور قابل توجهی کل زمان چرخه را در مقایسه با روش های جوی افزایش می دهد. شما باید این زمان ها را به طور دقیق محاسبه و شبیه سازی کنید. عدم انجام این کار باعث گرسنگی شدید تجهیزات اتصال پایین دست شما می شود.
پمپ خلاء خارجی به عنوان قلب تپنده کل سیستم عمل می کند. با قرار گرفتن مداوم و روزانه در معرض گازهای فرآیندی بسیار واکنش پذیر قرار دارد. همچنین به طور منظم محصولات جانبی ذرات را که به طور فیزیکی از قاب های سربی حذف شده اند می بلعد. برای جلوگیری از خرابی های مکانیکی فاجعه بار باید تعمیر و نگهداری منظم را برنامه ریزی و اجرا کنید. این روال سختگیرانه شامل تعویض مکرر روغن پمپ یا سرویس سیل پمپ خشک می شود. بی توجهی به تعمیر و نگهداری پمپ به طور مستقیم به سطوح فشار ناسازگار محفظه و در نهایت نتایج ضعیف در تمیز کردن منجر می شود.
قرار گرفتن بیشتر در معرض پلاسما مطمئناً همیشه برای محصول شما بهتر نیست. زمان پردازش بیش از حد می تواند به طور غیر قابل برگشتی به محصول حساس شما آسیب برساند. سطوح توان بالا باعث زبری شدید سطح در چارچوب فلزی می شود. این زبری میکروسکوپی ممکن است مستقیماً با مویرگهای اتصال سیم دقیق تداخل ایجاد کند. شما همچنین خطر رسوب مجدد خطرناک مواد پاشیده شده بر روی بستر تمیز شده را دارید. علاوه بر این، پردازش بیش از حد می تواند باعث تخریب حرارتی اپوکسی های موجود در قالب شود. شما باید پنجره های فرآیندی دقیق و معتبر را ایجاد و قفل کنید.
شما نمی توانید به سادگی یک ماشین عمومی را وصل کنید و شروع به تولید قطعات قابل اعتماد کنید. شما باید به طور رسمی یک Proof of Concept (PoC) از فروشندگان بالقوه درخواست کنید. نوارهای قاب سرب دقیق خود را مستقیماً برای آزمایش واقع بینانه در اختیار آنها قرار دهید. سپس باید با استفاده از معیارهای کمی، نتایج تمیز کردن را به دقت بررسی کنید. برای اثبات قطعی ترشوندگی افزایش یافته، به شدت بر تست زاویه تماس تکیه کنید. برای تضمین بهبود چسبندگی مکانیکی، آزمایش های دقیق برش اتصال سیم را انجام دهید. اعتبارسنجی دقیق تضمین می کند که تجهیزات انتخابی واقعاً نیازهای تولیدی خاص شما را برآورده می کند.
سیستم‌های پلاسمای خلاء به‌عنوان یک سرمایه‌گذاری حیاتی برای حفاظت از بازده برای عملیات‌های نیمه‌رسانای مدرن عمل می‌کنند. آنها بسیار بیشتر از یک مرحله تمیز کردن اولیه و اختیاری هستند. آنها به طور فعال سطح زیرلایه را در سطح اتمی مهندسی می کنند تا اتصال قابل اعتماد را تضمین کنند. با استفاده از این سیستم ها، آلاینده های آلی نامرئی را از بین می برید و اکسیدهای فلزی مشکل ساز را کاهش می دهید. همچنین ترشوندگی سطح را به طور چشمگیری افزایش می دهید، که برای جریان کپسولاسیون پایین دست ضروری است.
قبل از شروع هر گونه ارزیابی رسمی فروشنده، باید یک خط پایه از نرخ عیب فعلی خود ایجاد کنید. مسائل مربوط به لایه برداری موجود خود را با دقت کمیت کنید و بالابرهای باند سیم روزانه خود را ردیابی کنید. این داده های تاریخی به شما یک معیار واضح و غیرقابل انکار برای ردیابی پیشرفت های آینده می دهد.
در مرحله بعد، یک ماتریس جامع از نیازهای تولید خاص خود را تهیه کنید. مواد قاب سربی فعلی، محدودیت‌های خاص گاز، و بازده روزانه را هدف‌گیری کنید. برای جلوگیری از خرید تجهیزات بزرگ، به محدودیت های ردپای کارخانه خود به وضوح توجه کنید. از این داده های دقیق و دقیق برای درخواست آزمایش نمونه هدفمند از سازندگان تجهیزات معتبر استفاده کنید. برداشتن این گام‌های عمدی، یکپارچه‌سازی یکنواخت و بسیار موفق تجهیزات را تضمین می‌کند.
پاسخ: یک سیکل معمولی معمولاً 5 تا 15 دقیقه طول می کشد. این مدت در زمان پمپ کردن اولیه، فاز فعال پلاسمایی و دنباله تخلیه نهایی تأثیر می گذارد. زمان دقیق به شدت به عملکرد درمانی مورد نیاز شما بستگی دارد.
پاسخ: بله، می تواند. استفاده از گازهای فرآیندی نادرست، مانند اکسیژن خالص، آبکاری نقره را به سرعت اکسید می کند. علاوه بر این، قدرت RF بیش از حد باعث کندوپاش فیزیکی شدید می شود که به سطح ظریف آسیب می رساند. بهینه سازی دقیق دستور العمل و انتخاب مناسب گاز برای محافظت از این مواد حساس الزامی است.
پاسخ: می توانید از چندین روش کمی استاندارد استفاده کنید. گونومتری زاویه تماس آب انرژی سطح را مستقیماً اندازه گیری می کند. مایعات تست Dyne یک ارزیابی سریع بصری از ترشوندگی ارائه می دهند. در نهایت، آزمایش کشش و مقاومت برشی سیم پس از فرآیند، یکپارچگی مکانیکی واقعی پیوندهای حاصل را تأیید می کند.
