Trattamento superficiale al plasma nel confezionamento dei semiconduttori
Il plasma pulisce e attiva le superfici in modo rapido e controllato. Nel settore del confezionamento dei semiconduttori, ciò favorisce un controllo del processo con un livello estremamente basso di particelle, contribuendo a ridurre gli scarti e a migliorare la qualità. Il trattamento superficiale può essere personalizzato in base all’applicazione specifica, utilizzando Openair-Plasma® a pressione atmosferica o AURORA-Plasma in un ambiente a bassa pressione. Una migliore adesione e bagnabilità possono contribuire a una maggiore stabilità del prodotto e aiutare a ridurre al minimo i difetti di interfaccia, quali l’Interface Delamination Mode (IDM) o il Cohesive Cracking Mode (CCM).
La qualità dell'interfaccia è fondamentale
Il plasma pulisce e attiva le superfici in linea, in modo rapido e controllato. Nell'industria dei semiconduttori, in particolare, ciò consente un controllo del processo altamente privo di particelle, che riduce gli scarti e aumenta la qualità. Oltre alla perfetta adesione e alla bagnabilità ottimale, ne beneficiano anche la durata e la stabilità del prodotto: i guasti dell'interfaccia come la delaminazione (IDM) o la fessurazione interna (CCM) possono essere significativamente ridotti al minimo attraverso un pretrattamento al plasma mirato.
I moderni prodotti a semiconduttori sono costituiti da sistemi complessi multimateriale, dal metallo/metallo al metallo/polimero a varie combinazioni di polimeri. La loro affidabilità dipende in modo cruciale dalla pulizia e dalla permanenza del legame delle interfacce dei materiali. Anche i più piccoli difetti in queste interfacce portano a delaminazione, crepe o guasti imprevisti.
Quattro fattori principali possono compromettere la qualità di questa interfaccia critica. Gli ossidi che si formano in aree indesiderate possono ostacolare il corretto legame e il contatto elettrico.
Una scarsa bagnabilità della superficie impedisce un'adesione uniforme e un flusso affidabile del materiale durante il processo di giunzione. Inoltre, la contaminazione da particelle o residui può creare difetti che indeboliscono la connessione o portano a guasti prematuri. Infine, le differenze nei coefficienti di espansione termica (CTE mismatch)possono causare stress meccanico e microfessurazioni durante i cambiamenti di temperatura, riducendo ulteriormente l'affidabilità a lungo termine dell'interfaccia.
Tutte queste sfide possono ora essere affrontate efficacemente con la tecnologia al plasma, senza l'uso di sostanze chimiche nocive, costose tecnologie sottovuoto o gas speciali.
Pulizia dei wafer – Soluzioni al plasma per superfici impeccabili
I dispositivi a semiconduttori avanzati nascono da superfici dei wafer estremamente pure, poiché ogni fase del processo dipende da esse. I wafer di silicio, i chip e i semiconduttori ad alte prestazioni sono estremamente sensibili: anche la più piccola contaminazione può influire sulle prestazioni e sulla resa. A seconda dell’applicazione e dei requisiti di processo, sia il plasma a pressione atmosferica che quello a bassa pressione offrono soluzioni efficaci per la pulizia e l’attivazione di queste superfici sensibili.
Per la lavorazione in linea, Openair-Plasma® consente la pulizia delle superfici direttamente a pressione atmosferica, eliminando la necessità di una fase aggiuntiva sotto vuoto e supportando i flussi di lavoro di produzione automatizzati. AURORA-Plasma amplia la gamma di opzioni di trattamento con plasma a bassa pressione controllato per il trattamento omogeneo di superfici più estese, geometrie complesse o componenti multipli.
I wafer possono passare direttamente dal taglio e dalla lucidatura al trattamento con Openair-Plasma®, dove la contaminazione organica e le particelle vengono rimosse in modo efficace. Il risultato: meno difetti, lavorazione efficiente e preparazione delle superfici riproducibile.
Laddove la lavorazione in camera sia più adatta all’applicazione, AURORA-Plasma garantisce un trattamento uniforme in condizioni definite di bassa pressione. Ciò offre ai produttori la flessibilità di selezionare il processo al plasma che meglio si adatta alla geometria del componente e alla configurazione di produzione.
Risultato: le superfici pulite e preparate in modo riproducibile costituiscono la base per i processi successivi quali il wire bonding, il die attach e l’incapsulamento.
Die attach e interconnessione
Un collegamento affidabile è fondamentale nel packaging dei semiconduttori. Superfici contaminate o preparate in modo inadeguato possono causare errori di incollaggio, delaminazione, “non-stick on pad” e guasti prematuri.
In processi quali il wire bonding, il die bonding (flip chip) e l’incollaggio adesivo, la qualità della superficie influisce direttamente sull’affidabilità e sulle prestazioni. Le superfici critiche, quali substrati, pad di incollaggio e chip/die, possono essere preparate con Openair-Plasma® in un processo in linea oppure trattate con AURORA-Plasma in condizioni controllate a bassa pressione. La pulizia e l’attivazione al plasma migliorano la bagnabilità e l’adesione delle superfici e creano condizioni ottimali per i successivi processi di incollaggio.
Lead Frame – Riduzione dell'ossido
Gli strati di ossido presenti sui frame di piombo metallici possono indebolire o impedire la realizzazione di connessioni solide e affidabili nei dispositivi a semiconduttori. Grazie alle tecnologie Openair-Plasma® e REDOX®, questi strati di ossido indesiderati vengono rimossi in linea, a secco e senza l’utilizzo di camere a vuoto, consentendo una perfetta integrazione nel processo produttivo. Il risultato è una migliore qualità dei collegamenti elettrici e meccanici, insieme a una maggiore resa produttiva, una riduzione degli scarti e condizioni superficiali costanti e ripetibili, a garanzia di processi affidabili.
Die Bonding: perché il plasma è indispensabile prima del processo di fissaggio dei die?
La qualità del processo di incollaggio dei chip è fondamentale per l’affidabilità e le prestazioni dei dispositivi a semiconduttori. Un incollaggio non uniforme, la presenza di vuoti o chip mal incollati possono compromettere la funzionalità e l’affidabilità a lungo termine.
La preparazione delle superfici può seguire diversi percorsi di processo. Openair-Plasma® pulisce e attiva chip e substrati in linea a pressione atmosferica, mentre AURORA-Plasma offre un trattamento in un ambiente controllato a bassa pressione. Entrambi gli approcci creano condizioni superficiali definite per i successivi processi di incollaggio. È possibile rimuovere i residui organici e modificare le proprietà superficiali per migliorare la bagnabilità e l’adesione.
I vantaggi includono una preparazione superficiale affidabile e riproducibile, una migliore adesione per adesivi e resine epossidiche e una maggiore bagnabilità. Ciò contribuisce a ridurre le cavità, la delaminazione e i difetti legati all’adesione, garantendo una maggiore resa, una riduzione degli scarti e una qualità costante del prodotto.
Un collegamento a filo affidabile inizia con una superficie pulita e attivata. Anche piccole quantità di contaminanti, come ossidi o residui organici, possono causare il “non-stick on pad”, una ridotta resistenza al taglio o il cedimento prematuro del collegamento.
Per il wire bonding, il trattamento al plasma può essere adattato all’ambiente di produzione. Openair-Plasma® prepara le superfici critiche direttamente all’interno della linea di produzione, mentre AURORA-Plasma consente un trattamento uniforme a bassa pressione in un processo in camera controllata. Entrambe le tecnologie sono in grado di creare condizioni superficiali definite prima del bonding e di migliorare le caratteristiche di bagnabilità e adesione delle superfici critiche.
Ciò contribuisce a ridurre difetti quali legature deboli e distacco del bonding, garantendo al contempo una qualità di bonding stabile e ripetibile e una maggiore resa produttiva.
Incollaggio a termocompressione (TCB): il plasma garantisce connessioni perfette senza flusso
Con i processi Openair-Plasma® e REDOX® è possibile creare le condizioni ideali anche per le applicazioni di incollaggio più esigenti, garantendo un packaging avanzato e affidabile e prestazioni di alto livello. Queste innovative tecnologie di trattamento superficiale consentono di ottenere connessioni stabili e prive di vuoti senza la necessità di utilizzare flussante, garantendo la massima affidabilità e ripetibilità del processo. Allo stesso tempo, favoriscono una produzione rispettosa dell’ambiente ed economicamente efficiente, offrendo al contempo un’affidabilità elettrica e meccanica superiore per prestazioni a lungo termine e qualità del prodotto.
Plasma prima della fusione
Nel Thermo-Compression Bonding (TCB), la qualità della superficie determina l'affidabilità e le prestazioni dell'intero collegamento. Il trattamento al plasma prima della fusione crea una superficie uniforme e ad alta energia e garantisce un comportamento di bagnabilità ottimale. Ciò riduce significativamente la quantità di flussante necessaria, rendendo l'incollaggio più affidabile e aumentando in modo misurabile l'affidabilità del dispositivo.
TCB senza flussante
La rimozione degli ossidi metallici è particolarmente importante nei processi TCB senza flussante. In questo caso, la tecnologia REDOX® di Plasmatreat offre una riduzione al plasma automatizzata e integrabile in linea: le superfici metalliche vengono completamente pulite e attivate durante il processo di produzione in corso e gli strati di ossido vengono rimossi, senza l'uso di sostanze chimiche o processi a umido.
Preparazione dell'incapsulamento
Un incapsulamento protettivo affidabile dipende da superfici ben preparate. Residui, ossidi o una bagnabilità insufficiente possono contribuire alla delaminazione, alla formazione di vuoti e ad altri difetti, compromettendo le prestazioni elettriche e la stabilità a lungo termine del contenitore.
Per la preparazione delle superfici prima dell’incapsulamento, Openair-Plasma® consente un trattamento in linea a pressione atmosferica, mentre AURORA-Plasma offre un trattamento al plasma controllato a bassa pressione. Il trattamento al plasma migliora la bagnabilità e l’adesione della superficie, favorendo un flusso uniforme del materiale di incapsulamento e un incollaggio affidabile al substrato.
Attivazione prima del riempimento
Un’energia superficiale elevata e uniforme garantisce una bagnabilità e un flusso affidabili dei materiali di underfill. Openair-Plasma® attiva le superfici dei substrati direttamente all’interno del processo in linea, mentre AURORA-Plasma consente un trattamento uniforme in condizioni controllate di bassa pressione. Il trattamento al plasma rimuove le particelle e i residui organici derivanti dalle fasi di processo precedenti e migliora la bagnabilità e l’adesione della superficie.
Ciò favorisce una distribuzione uniforme dell’underfill e la formazione di raccordi, contribuendo al contempo a ridurre la presenza di vuoti e la delaminazione, a garanzia di un incapsulamento affidabile e di una stabilità a lungo termine del pacchetto.
Preparazione della superficie per lo stampaggio e l'incapsulamento
La qualità superficiale del substrato riveste un ruolo fondamentale per garantire uno stampaggio affidabile e un incapsulamento protettivo. Materiali quali lead frame, fili e altri componenti dei pacchetti richiedono condizioni superficiali ben definite per favorire il flusso del materiale, l’adesione e la stabilità a lungo termine.
È possibile selezionare diversi processi al plasma in base alle specifiche esigenze relative alla superficie e al processo. Openair-Plasma® offre pulizia in linea, attivazione e, in combinazione con REDOX®, una riduzione mirata degli ossidi. AURORA-Plasma consente un trattamento uniforme a bassa pressione dei componenti in un ambiente controllato all’interno della camera. PlasmaPlus® aggiunge un’ulteriore opzione applicando sottili rivestimenti funzionali per modificare e proteggere le superfici.
Insieme, questi processi possono migliorare la bagnabilità e l’adesione, favorire un flusso uniforme del materiale e contribuire a ridurre la presenza di vuoti e la delaminazione, garantendo così processi di stampaggio e incapsulamento affidabili.
Per applicazioni di imballaggio particolarmente impegnative, i rivestimenti al plasma su scala nanometrica garantiscono un legame ottimale tra i composti epossidici per stampi (EMC) e i substrati o gli stampi preparati. Il risultato: adesione superiore, massima affidabilità e prestazioni costanti, anche sotto i carichi termici e meccanici più elevati. Questi rivestimenti nano creano superfici altamente attive e su misura che prevengono efficacemente la delaminazione e la fessurazione. Ciò mantiene l'imballaggio stabile e durevole, dal primo test funzionale agli anni di utilizzo sul campo. Meno difetti, più produzione e qualità costantemente elevata.
Rivestimenti barriera: protezione a livello atomico per circuiti integrati sensibili
I moderni rivestimenti barriera come PlasmaPlus® garantiscono ai componenti semiconduttori sensibili una protezione affidabile contro l’umidità, la migrazione e un’ampia gamma di fattori ambientali. Lo strato protettivo ultrasottile, di spessore tipicamente compreso tra soli 700 e 1.000 nanometri, forma uno scudo efficace attorno ai componenti interni. Questa tecnologia di rivestimento avanzata offre una protezione affidabile contro l’acqua e la contaminazione ionica, garantisce l’isolamento elettrico e prestazioni a lungo termine e mantiene un’elevata resistenza alle sollecitazioni termiche e meccaniche. Di conseguenza, ogni contenitore di circuiti integrati rimane pienamente funzionante ed elettricamente stabile, anche nelle condizioni ambientali più estreme.
Pulizia e marcatura dell'assemblaggio finale
I vantaggi di questo approccio sono immediatamente evidenti: i prodotti finali rimangono completamente privi di particelle e residui fino al punto di consegna, garantendo i più elevati standard di pulizia e precisione.
Allo stesso tempo, è possibile applicare una marcatura sicura e permanente su qualsiasi superficie, garantendo tracciabilità e durata. Riducendo al minimo gli scarti, si ottiene la massima resa, rendendo i processi sia efficienti che convenienti.
Durante l’intero processo produttivo, l’affidabilità dei processi e la garanzia di qualità completa vengono mantenute fino alla fase finale. Solo con prodotti finali puliti e preparati in modo ottimale è possibile garantire una vera affidabilità produttiva, consentendo di offrire costantemente la perfezione e superare le aspettative dei clienti dall’inizio alla fine.