干冰表面处理技术在系统级包装中的应用-行业动态

随着短，薄，轻的电子封装的发展，系统级封装（SiP）已迅速发展成为一种小型化和多功能封装的解决方案。然而，随着SiP体积的缩小和工作频率的增加，芯片对外部环境的电磁干扰越来越敏感，严重影响了芯片的正常工作。为了保护封装电路的正常工作，目前使用电磁屏​​蔽。涂覆技术形成法拉第笼[1-2]。影响电磁屏蔽性能的主要因素是屏蔽表面和不能直接穿透屏蔽层的导体的连续导电性，而电磁屏蔽涂层的附着力和完整性是确保屏蔽效果的前提条件[3]。屏蔽层先前的表面质量对涂层的附着力影响很大。在切割和分离封装的过程中，基板PCB中的Cu金属被能量激发，然后蒸发成气体。当沿着切割槽排放铜废气时，一部分铜不可避免地附着在包装侧壁的表面，难以擦拭，清洁等。去除后，铜颗粒会嵌入材料的分子结构中表面减小粗糙度，这减小了屏蔽层与封装之间的结合面积，从而减小了屏蔽层的结合力。在严重的情况下，它可能导致镀层脱落并导致电磁屏蔽功能失效。因此，提高包装材料在切割和分离后的表面质量是提高屏蔽膜可靠性的关键。目前，在半导体封装领域中常用的电镀预处理方法是热化学粗化和抛光，去离子水清洗和等离子抛光等[4-6]。热化学粗化和抛光的温度高，容易腐蚀产品，并且化学物质经过处理后会残留在表面上[7-9]。去离子水清洗效率低，水资源浪费严重，只能去除表面粉尘杂质，没有明显的去除切削分离过程中产生的Cu杂质的能力。等离子抛光的输入成本高，并且不能选择作用表面。本文提出了一种适用于半导体封装表面处理的新方法，即干冰处理技术。早在1945年，美国就开始研究CO2的综合利用，但到目前为止，干冰加工技术的应用仅限于某些大规模，低精度的工业领域，例如食品，机械工业，农业温室栽培和汽车在航空航天等大型制造业中，干冰加工技术发挥了巨大的应用价值[10-12]，关于半导体封装领域的应用研究的研究报道很少。小型化，高精度和对表面有更高的要求。 。表1列出了干冰处理方法与传统去离子水清洁方法之间的比较。可以看出，干冰处理技术在杂质去除效率，清洗效率，应用领域和成本上具有明显的优势，但是如何将干冰清洗技术应用于半导体表面处理领域是工业发展的巨大机遇。 。本文将干冰处理技术首次应用于半导体封装领域。通过表面粗糙度和Cu残留量来评估表面质量。干冰处理去除包装表面铜杂质的机理和干冰喷射的关键参数（喷射）压力，入射角和速度对样品侧壁表面质量的影响。通过比较干冰处理与传统等离子水处理的表面形态状态和电磁屏蔽膜水平，进一步验证了干冰技术在半导体封装件表面处理中的适用性。具有实用研究价值。 1实验1.1设备和材料实验中使用的干冰生产设备为：喷雾速度范围为0〜160mm / s，喷雾压力范围为0〜0.6MPa，喷雾角度范围为061616，〜9061616。图1图4是实验样品的示意性侧视图。塑料包装样品通过真空吸附固定。由于包装分离和分离过程仅在侧壁表面上喷射杂质，上表面基本不受影响，因此将包装侧设置为壁表面为干冰作用表面，并且干冰喷嘴以一定角度喷射干冰。根据给定的速度和路径与包装的角度。实验中使用的塑料密封胶的主要添加剂为二氧化硅，质量分数为80％，二氧化硅粒径约为2561549 m。在整个包装中，环氧树脂的厚度为82561549，m。样本印刷电路板PCB包含8层Cu布线，PCB的总厚度为0.32mm，每层铜的厚度为0.02mm。本实验中使用的系统级包装使用相同的切割条件进行分离，以确保在干冰处理之前包装的原始表面相同。使用KeyenceVR2000来测量包装的表面粗糙度，并使用HoribaEMAX分析EDX的成分以探讨杂质的去除。 1.2干冰处理切割侧壁测试塑料环氧树脂和印刷电路板（PCB）铜层之间的填充材料不含铜，但是在切割和切割过程中，含铜杂质会粘附在切割侧壁表面上。分离过程中，因此在实验中，Cu含量表示粘附在切割侧壁上的杂质含量。切开包装时，PCB的阻焊层中会出现细小裂纹。阻焊层受到外部冲击后，存在沿微裂纹方向开裂的风险。同时，我们还必须考虑对阻焊层的影响。阻焊膜的损坏程度与每单位时间到达表面的干冰量有关。影响干冰综合效果的关键参数是喷雾角度，清洁速度和喷雾压力[13-15]。为了探索干冰处理对杂质去除量和阻焊膜损伤的影响规律，并获得最佳处理效果，采用单变量方法验证了实验：每组测试样品为5件分别进行喷雾压力，喷雾角度和清洗速度的分析。喷射压力主要影响作用在侧壁上的干冰的速度和数量。在其余参数不变的情况下，将喷射压力更改为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 MPa，并以相同的初始状态处理侧壁表面，干冰的速度表示干冰喷嘴每移动一距离。单位时间，这主要影响每单位时间作用在切割侧壁上的干冰量。移动速度（10〜100mm / s）分为10组，喷射角度会影响干冰的侧壁冲击。对于力的方向和大小，喷射角度（1061616，〜9061616，）分为9组进行测试。测量干冰处理后每组实验样品的表面杂质含量和粗糙度，并计算阻焊层损坏的次数。通过SEM形貌分析了各参数对表面处理的影响机理。 1.3清洁侧壁上的电磁屏蔽膜的质量检查实验主要采用胶带法确定涂层与环氧树脂表面之间的结合力，参照ASTMD3359-78中的划痕附着力测试法，以及工件侧壁的尺寸小，仅使用。对压敏胶粘带进行粘合性测试，并通过计算粘着的电镀面积的比例来判断粘合强度水平。有6种水平的结合力，5B是，4B以下是不合格的[16]。 2结果与分析2.1清洁前产品侧壁的状态。该实验样品中使用的分离方法是激光切割。当激光切割包装时，激光会产生在高温下蒸发环氧树脂和PCB材料以形成切割槽。 PCB中的主要金属元素Cu在切割过程中蒸发成Cu蒸气，并喷在样品的侧壁表面上。经过防溅处理高温后，很容易脱落，并且铜杂质颗粒嵌入塑料密封胶的表面。在结构空隙中，降低了切割侧壁的粗糙度。切割和分离后，模塑料的粗糙度Ra和封装侧壁上的PCB面积分别为7.9261549，m和8.9361549，m。经过EDX测试，塑料化合物区域和PCB区域的初始铜杂质含量（质量分数）分别为1.22％和30％，如图2所示。2.2干冰注入压力对表面质量的影响干冰处理技术是：通过压缩空气的流动，干冰颗粒被加速以高速撞击物料表面的杂质。由于突然的温度下降，杂质变脆，并且极低温度的干冰气体进入裂缝。在杂质层内部，干冰由于升华而迅速扩大其体积，并从物体表面清除破碎的污染物。喷射压力通过影响干冰的爆炸力和材料所承受的瞬时冲击力，对材料的表面处理效果产生重要影响。喷涂压力越大，单位面积上对材料表面的瞬时影响越大，表面上附着的杂质的去除效率越强。但是，当PCB的影响太大时，会引起微裂纹通过切割过程会立即沿喷涂方向膨胀甚至脱落。在严重的情况下，PCB的内部电路结构将裸露，从而导致产品报废。图3a显示了不同的注射压力对塑料包装区域和PCB区域中杂质的去除效果。可以看出，随着注射压力的增加，Cu杂质含量逐渐降低，但是随着压力的不断增加，当压力大于0.2 MPa时，模塑料区域中的杂质含量不会显着降低，压力大于0.3 MPa后，PCB区域的杂质含量基本保持稳定。从Cu杂质含量降低程度的分析可以看出，干冰处理主要具有明显的去除PCB区域杂质的作用。在0.4 MPa的压力下，PCB区域中的Cu杂质含量从最初的30％降低到2.06％。 PCB表面的杂质基本上已清除。图3b是喷涂压力对阻焊层影响的结果。结果表明，当压力小于0.4MPa时，干冰对焊接层的影响几乎可以忽略不计，但是当干冰压力超过0.3MPa时，有缺陷的阻焊层的比例会受到损害。随着压力的增加，它将迅速上升。可以得出结论，喷射压力在0.2〜0.4MPa之间，可以在阻焊层的损坏和杂质去除之间达到平衡。图4a是干冰处理之前PCB区域表面的SEM照片。可以看出，表面上附着有灰白色杂质层，并且严重区域中的杂质为块状。这种组织将严重影响电磁屏蔽层和基材之间的结合力。图4b是在干冰作用下使用0.3MPa的喷射压力后侧壁的PCB表面的SEM显微照片。灰白色杂质层已基本去除，露出了PCB基板的微晶结构。 2.3干冰作用速度对表面质量的影响干冰作用速度表示干冰喷嘴每单位时间相对于固定包装移动的距离，该作用速度主要通过影响干冰颗粒的数量来影响加工效果。每单位时间到达切削侧壁表面的功率和操作效率会产生重要影响。动作速度越小，在冲浪上每单位面积和时间的干冰颗粒数量越多因此，所形成的颗粒的喷砂力越强，则越容易通过剥离除去表面杂质。但是，速度过小不仅会降低工作效率，还会严重损害阻焊层。因此，控制干冰的速度对干冰表面处理技术在系统级包装中的应用具有重要意义。在其余参数不变的情况下，实验获得了干冰速度对处理效果的影响规律。从图2可以看出。从图5a可知，与注入压力的影响相反，随着动作速度的增加，塑料封装区域和PCB区域中的杂质含量逐渐增加。如图5b所示，阻焊层的损坏率随着速度的增加而逐渐减小。当速度大于40mm / s时，阻焊层的损伤率下降速度变慢，基本稳定在0％的水平，表明速度为40mm / s或更大时，干燥的冲击力材料表面的冰很小，不足以进一步损坏PCB的微裂纹。获得了材料表面上的铜杂质残留量和PCB上阻焊层的破损率。最佳的干冰动作速度为40〜50mm / s。图5干冰清洁速度对杂质含量和阻焊层的影响。图5干冰清洁速度对杂质和阻焊层崩裂的影响喷雾角越小，微裂纹的方向和冲击方向越垂直，阻焊层越容易沿其形成大裂纹微裂纹的方向，导致脱落，以及