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干冰表面处理技术在系统级包装中的应用-行业动态

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-02-14 21:55:19 * 浏览: 0
随着短而薄的电子封装的发展,系统级封装(SiP)迅速发展成为一种小型化和多功能封装的解决方案。但是,随着SiP体积的减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,严重时会影响芯片的正常工作。为了保护封装电路的正常运行,目前使用电磁屏​​蔽。电镀技术形成法拉第笼[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体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[3]。正面质量对涂层的附着力影响很大。在封装的切割和分离过程中,基板PCB中的Cu金属被能量激发并蒸发成气体。当沿着切割槽排放Cu废气时,一部分Cu不可避免地附着在封装侧壁的表面上,并且难以利用诸如擦拭和清洁的外力。去除后,Cu颗粒嵌入材料表面的分子结构中以降低粗糙度,减小屏蔽层与封装体之间的结合面积,从而降低屏蔽层的结合力,在严重的情况下,可能导致镀层脱落,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,在半导体封装领域常用的涂层预处理方法有热化学粗抛光,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较高,容易腐蚀产品,处理后化学物质会残留在表面上[7-9]。去离子水清洗效率低,严重浪费水资源,只能去除表面粉尘杂质,对切削分离过程中产生的Cu杂质去除能力不明显。等离子抛光具有高投资成本,并且不可能选择活性表面。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,农业温室种植和汽车。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],但在小型化,高精度,高精密度的半导体封装领域的应用研究却很少。表面上的要求。 。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,应用领域和成本方面具有明显的优势,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化的巨大机遇。发展。本文首次将干冰处理技术应用于半导体封装领域。包装的表面质量通过表面粗糙度和残留的铜残留物进行评估。干冰处理去除包装表面铜杂质的机理以及干冰喷射的关键参数(喷射)压力,入射角和作用速度对样品侧壁表面质量的影响。通过将干冰处理后的电磁屏蔽膜的表面形态和水平与传统等离子水处理进行比较,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,具有很大的应用前景。实用研究价值。 1实验1.1设备和材料所使用的干冰产生设备为: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为示意图实验样品的侧视图。塑料包装样品通过真空吸附固定。因为包装被切割和分离,所以杂质被喷射在侧壁的表面上,并且上表面基本上不受影响。因此,设置包装侧。壁表面是干冰表面,并且干冰喷嘴和包装按照给定的速度和路径以一定角度喷射干冰。实验包装塑料包装材料的主要添加剂是二氧化硅,其质量分数为80%,二氧化硅的粒径约为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表面的原始状态相同。使用KeyenceVR2000测量包装的表面粗糙度,并使用HoribaEMAX分析EDX组成以研究杂质的去除。 1.2干冰处理切割侧壁试验在塑料密封环氧树脂和印刷电路板(PCB)铜层之间的填充材料不含铜,但是在切割和分离过程中,含铜杂质会粘附在切割侧壁的表面,因此使用Cu含量表示粘附在切削侧壁上的杂质含量。切开包装时,PCB的阻焊层中会出现微裂纹。在阻焊剂层受到外力影响后,存在在微裂纹方向上破裂和断裂的风险。因此,该实验正在研究干冰去除包装侧壁表面上的杂质的能力。同时,还必须考虑对阻焊层的影响。阻焊剂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]。为了研究干冰处理对去除的杂质量和阻焊层损坏的影响,并获得最佳的处理效果,通过单变量方法验证了该实验:每组的样本量为5件,并且喷雾压力,喷雾角度和清洁速度分析。喷射压力主要影响作用在侧壁上的干冰的速度和数量。在不改变其余参数的条件下,将喷射压力改变为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 MPa,并处理处于相同初始状态的侧壁表面。 ,干冰动作速度表示干冰喷嘴每单位时间移动的距离,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,喷雾角度会影响干冰作用侧壁的冲击。力的方向和大小分为9组,用于测试喷雾角度(1061616,〜9061616,)。测量干冰处理后每组实验样品的表面杂质含量和粗糙度,并计算损坏的阻焊剂层的数量。通过SEM形貌分析了各参数对表面处理的影响机理。 1.3清洁侧壁电磁屏蔽膜的质量测试实验主要采用胶带法测量涂层与环氧树脂表面之间的结合力。请参阅ASTM D3359-78中的划痕测试方法,并使用工件的小侧壁表面尺寸。对压敏胶带进行粘着测试,并通过计算粘着的镀层的面积比来判断粘合力水平。有6种水平的结合力,5B低于4B是不合格的[16]。 2结果与分析2.1切边状态清洁前将产品的壁。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,激光会立即产生高温,以蒸发环氧树脂和PCB材料以形成切割槽。 PCB中的主要金属元素Cu在切割过程中会蒸发成Cu蒸气,然后喷到样品的侧壁上。在溅射屏蔽工艺之后经受高温之后,其容易脱落,并且Cu杂质颗粒嵌入在模塑料的表面上。在结构空隙中,切割的侧壁的粗糙度减小。切割之后,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EDX检测后,塑料包装区域和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干冰喷雾压力对表面质量的影响原理干冰加工技术的特点是:通过压缩空气的流动,干冰颗粒被高速撞击到材料表面,并且由于突然的温度下降而使杂质变脆。在杂质层内部,由于升华,干冰的体积迅速膨胀,破碎的污染物被带离物体表面。喷射压力通过影响干冰喷射力和对材料的即时冲击力,对材料的表面处理产生重要影响。喷涂压力越大,材料表面每单位面积的瞬时冲击越大,表面附着杂质的去除效率越强。但是,当PCB受到过大的冲击时,由切割过程引起的微裂纹会立即沿着喷涂方向膨胀甚至脱落。在严重的情况下,PCB的内部电路结构会裸露,从而导致产品报废。图3a显示了不同的注射压力对塑料封装区域和PCB区域中去除的杂质数量的影响。可以看出,随着注入压力的增加,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,塑料密封材料区域的杂质含量当压力大于0.3 MPa后,PCB区域的杂质含量基本没有变化。从对铜杂质含量减少的分析来看,干冰处理对去除PCB区域中的杂质具有显着影响。当压力为0.4 MPa时,PCB区域中的Cu杂质含量从最初的30%降低到2.06%,并且PCB表面的杂质基本被去除。图3b显示了阻焊膜对喷涂压力的影响。结果表明,当压力小于0.4 MPa时,干冰对焊点的影响可忽略不计,但当干冰压力超过0.3 MPa时,不良的阻焊层比例将受到损害。随着压力的增加,它将迅速上升。可以得出结论,如果喷射压力在0.2和0.4MPa之间,则可以在阻焊层的损坏和杂质去除之间获得平衡。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,并且在严重区域中的杂质是块状的。该组织将严重影响电磁屏蔽层与基材的结合力。图4b是在0.3MPa的压力下使用干冰后侧壁PCB表面的SEM显微图像。灰白色杂质层已基本去除,露出了PCB基板的微小颗粒结构。 2.3干冰作用速度对表面质量的影响干冰作用速度表示每单位时间干冰喷嘴相对于固定包装移动的距离。作用速度主要通过影响每单位时间到达切割侧壁表面的干冰颗粒的数量和操作效率来影响加工效果。产生重大影响。动作速度越小,单位面积和单位时间的干冰颗粒数量越多在表面上,所形成的颗粒的喷砂力越强,通过剥离作用就越容易除去表面杂质。但是,过低的速度不仅会降低工作效率,还会严重损害阻焊剂。因此,控制干冰的速度对半导体封装Vol.1中干冰表面处理技术的应用具有重要意义。 46 No.3 No.3隋春飞等。在其他参数不变的情况下,通过实验得出了干冰速度对处理效果的影响规律。从图2可以看出。由图5a可知,与喷射压力的作用相反,塑料包装区域和PCB区域的杂质含量随着作用速度的增加而逐渐增加。如图5b所示,阻焊层损坏率随着速度的增加而逐渐减小。当速度大于40mm / s时,阻焊膜损坏率的下降率减慢并且基本稳定在0%,表明速度为40mm。 / s或更大,干冰对材料表面的影响很小,不足以进一步损坏PCB的微裂纹。结合材料表面的铜杂质残留量和PCB阻焊层的损坏率,最佳干冰作用速度为40〜50mm / s。图5干冰清洗速度对杂质含量和阻焊层的影响。图5干燥剂清洁速度对冲击和阻焊层崩落的影响喷雾角度越小,微裂纹方向和冲击方向越垂直,阻焊剂就更容易沿着微裂纹方向形成大的裂纹,因此掉下来,