LED支架封裝等離子清洗

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-04-03

等離子清洗工藝具有效果明顯、操作簡單的優(yōu)點，在電子封裝（包括半導(dǎo)體封裝、LED封裝等）中得到了廣泛的應(yīng)用。LED封裝工藝過程中,芯片表面的氧化物及顆粒污染物會降低產(chǎn)品質(zhì)量,如果在封裝工藝過程中的點膠前、引線鍵合前及封裝固化前進(jìn)行等離子清洗,則可有效去除這些污染物。

LED封裝工藝在LED產(chǎn)業(yè)鏈中,上游為襯底晶片生產(chǎn),中游為芯片設(shè)計及制造生產(chǎn),下游為封裝與測試。研發(fā)低熱阻、優(yōu)異光學(xué)特性、高可靠的封裝技術(shù)是新型LED走向?qū)嵱?、走向市場的必?jīng)之路,從某種意義上講封裝是連接產(chǎn)業(yè)與市場之間的紐帶,只有封裝好才能成為終端產(chǎn)品,從而投入實際應(yīng)用。LED封裝技術(shù)大都是在分立器件封裝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展與演變而來的,但卻與一般分立器件不同,它具有很強的特殊性,不但完成輸出電信號、保護(hù)管芯正常工作及輸出可見光的功能,還要有電參數(shù)及光參數(shù)的設(shè)計及技術(shù)要求,所以無法簡單地將分立器件的封裝用于LED。

LED封裝中等離子清洗的運用

LED的封裝工藝主要有固晶、焊線、熒光粉涂覆、制作透鏡、切割、測試和包裝等環(huán)節(jié)，參考圖一。其中固晶前、焊線前都需要做等離子清洗；部分產(chǎn)品在熒光粉涂覆后還需要做等離子清洗。

圖一 LED 封裝工藝流程

等離子清洗機清洗原理

等離子體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)中所含能量的多少。給氣態(tài)物質(zhì)更多的能量,比如加熱,將會形成等離子體,在宇宙中99.99％的物質(zhì)處于等離子狀態(tài)。

等離子清洗原理

通過化學(xué)或物理作用對工件表面進(jìn)行處理,實現(xiàn)分子水平的污染物去除(一般厚度為3nm～30nm),從而提高工件表面活性。被清除的污染物可能為有機物、環(huán)氧樹脂、光刻膠、氧化物、微顆粒污染物等。對應(yīng)不同的污染物,應(yīng)采用不同的清洗工藝,根據(jù)選擇的工藝氣體不同,等離子清洗分為化學(xué)清洗、物理清洗及物理化學(xué)清洗。

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PE。
例1:O2＋e－→2O※+e－O※＋有機物→CO2+H2O。
從反應(yīng)式可見,氧等離子體通過化學(xué)反應(yīng)可使非揮發(fā)性有機物變成易揮發(fā)的H2O和CO2。
例2:H2+e-→2H※+e-H※+非揮發(fā)性金屬氧化物→金屬＋H2O。
從反應(yīng)式可見,氫等離子體通過化學(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3:Ar＋e-→Ar++2e-Ar++沾污→揮發(fā)性沾污。
Ar+在自偏壓或外加偏壓作用下被加速產(chǎn)生動能,然后轟擊在放在負(fù)電極上的被清洗工件表面,一般用于去除氧化物、環(huán)氧樹脂溢出或是微顆粒污染物,同時進(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。

等離子清洗在LED封裝工藝中的應(yīng)用

LED封裝等離子清洗前后對比

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)問題的罪魁禍?zhǔn)?9%來源于芯片與基板上的顆粒污染物、氧化物及環(huán)氧樹脂等污染物,如何去除這些污染物一直是人們關(guān)注的問題,等離子清洗作為最近幾年發(fā)展起來的清洗工藝為這些問題提供了經(jīng)濟(jì)有效且無環(huán)境污染的解決方案。針對這些不同污染物并根據(jù)基板及芯片材料的不同,采用不同的清洗工藝可以得到理想的效果,但是錯誤的工藝使用則可能會導(dǎo)致產(chǎn)品報廢,例如銀材料的芯片采用氧等離子工藝則會被氧化發(fā)黑甚至報廢。所以選擇合適的等離子清洗工藝在LED封裝中是非常重要的,而熟知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％H2+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除有機物,而銀材料芯片則不可以。選擇合適的等離子清洗工藝在LED封裝中的應(yīng)用大致分為以下幾個方面。

(1)點銀膠前:基板上的污染物會導(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損傷,使用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,同時可大大節(jié)省銀膠的使用量,降低成本。

(2) 引線鍵合前:芯片粘貼到基板上后,經(jīng)過高溫固化,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,造成鍵合強度不夠。在引線鍵合前進(jìn)行等離子清洗,會顯著提高其表面活性,從而提高鍵合強度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,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。

(3) LED封膠前:在LED注環(huán)氧膠過程中,污染物會導(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,避免封膠過程中形成氣泡同樣是人們關(guān)注的問題。通過等離子清洗后,芯片與基板會更加緊密的和膠體相結(jié)合,氣泡的形成將大大減少,同時也將顯著提高散熱率及光的出射率。

通過以上幾點可以看出材料表面活化、氧化物及微顆粒污染物的去除可以通過材料表面鍵合引線的拉力強度及侵潤特性直接表現(xiàn)出來。

等離子體清洗屬于干法清洗，有利于環(huán)保、清洗均勻性好、重復(fù)性好、可控性強。具有三維處理能力及方向性選擇處理的等離子清洗工藝應(yīng)用到LED封裝工藝中,必將推動LED產(chǎn)業(yè)更加快速的發(fā)展。