射频等离子清洗在LED封装工艺中的应用

1、深圳rfj奥坤鑫科技有限公司SHENZHEN OKSUN T EC II OL()(； Y CO.tLTD射频等离子清洗在LED封装工艺中的应用摘要：随着人们对半导体发光材料研究的不断深入，各种颜色的超高亮度LED取得了突破性进展，使其成为最有可能取代传统的白炽灯和荧光灯的新一代照明器具。LED封装工艺过程中，芯片表面的氧化物及颗粒污染物会降低产品质量，如果在封装工艺过程中的点胶前、引线键合前及封装固化前进行射频等离 子清洗，则可有效去除这些污染物。介绍了射频等离子清洗原理及清洗设备，并对清洗前后的效果做0引言50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年

2、。LED是英文light emitting diode （发光二极管）的缩写，是可直接将电能转化为可见光的发光器件，它有着体积小、耗电量低、使用寿命长、发光效率高、高亮度低热量、环保、坚固耐用及可控性强等诸多优点，发展突飞 猛进，现已能批量生产整个可见光谱段各种颜色的高亮度、高性能产品。近几年，LED的发光效率增长100倍，成本下降10倍，并广泛用于大面积图文显示全彩屏，状态指示、标志照明、信号显示、液晶显示器的 背光源，汽车组合尾灯及车内照明等方面，被誉为21世纪新光源，有望成为继白炽灯、荧光灯、高强度气体放电灯之后的第四代光源。然而在其封装工艺中存在的污染物一直是其快速发展道路上的一只拦路

3、虎， 如何能够简单快速及无污染的解决掉这个问题也一直困扰着人们。射频等离子体清洗，一种无任何环境污 染的新型清洗方式，将为人们解决这一问题。1射频等离子清洗原理1.1概述定义：是正离子和电子密度大致相等的电离气体。由离子、电子、自由激进分子、光子以及中性粒子 组成，是物质的第四态。人们普遍认为的物质有三态：固态、液态、气态。区分这三种状态是靠物质中所地址：深圳福永街道福海大道福海工业园B3区A栋三楼 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-814523992EfekQDZ深圳奥坤鑫科技有限公HlC J f S SHENZHEN OKSUN TECIINOL（）（； Y

4、CO.tLTD含能量的多少。给气态物质更多的能量，比如加热，将会形成等离子体，在宇宙中99.99%的物质处于等离子状态。1.2特性利用等离子体活性物种（电子、离子、自由基、紫外线等）具有的高活性，可以实现一系列传统化学和水系处理法所不能实现的新的反应过程，其反应具有鲜明特点： 速度快：气体放电瞬间发生等离子体反应，有时几秒钟就可改变表面的性质； 温度低：接近常温，特别适于高分子材料； 能量高：等离子体是具有超常化学活性的高能粒子，在不添加催化剂的温和条件下即可实现传统热化学反应体系所不能实现的反应（聚合反应）； 广适性：不分处理对象的基材类型，均可进行处理，如金属、半导体、氧化物和大多数高分子

5、材料等都能很好地处理； 功能强：仅涉及高分子材料浅表面，可在保持材料自身特性的同时，赋予其一种及以上新的功能； 环保型：等离子体作用过程是气 一固相干式反应，不消耗水资源、无需添加化学试剂，对环境无残留物，具有绿色环保特征； 低成本：装置简单，易操作维修，可连续运行。因此，采用等离子体高分子材料改性技术可能克服传统方法使用中的缺陷，使高分子材料表面加工更符合环保原则； 由于等离子体清洗是在高真空下进行的，所以等离子体中的各种活性离子的自由程很长，他们的穿透和渗透能力很强，可以进行复杂结构的处理，包括夹层、细管和盲孔。1.3应用深圳币奥坤鑫科技有限公司SH i:ZHEN OKSUN TEC 11

6、Y CO.tLTD等离子技术应用十分广泛，现多被人们所认知的应用有电弧焊接、放电加工、等离子喷涂、材料表面 改性、刻蚀及清洗、等离子化学气相沉积、溅射、离子注入、离子束加工等。1.4射频等离子清洗原理通过化学或物理作用对工件表面进行处理，实现分子水平的污染物去除（一般厚度为330nm），从而提高工件表面活性。被清除的污染物可能有有机物、环氧树脂、光刻胶、氧化物、微颗粒污染物等，所 以射频等离子清洗是一种高精密清洗。对应不同的污染物，应采用不同的清洗工艺。一般来说，根据选择 的工艺气体不同，射频等离子清洗分为化学清洗、物理清洗及物理化学清洗。通过以下几个反应式及图1、图2及图3对清洗方式做详细说

7、明：化学清洗：表面反应以化学反应为主的等离子体清洗，又称PE例 1: 02+ e t 20* +e0 +有机物t CQ+H2O有机污卯用置性遽行聲謂子址理地址：深圳福永街道福海大道福海工业园B3区A栋三楼 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-814523995地址：深圳福永街道福海大道福海工业园B3区A栋三楼 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-81452399#用子社霆图i氧等离子体去除有机物从反应式可见，氧等离子体通过化学反应可使非挥发性有机物变成易挥发的h2O和C02例2: H2+e-T2H* +eH* +非挥发性金属氧化物t金属+

8、 出0I子娅n地址：深圳福永街道福海大道福海工业园B3区A栋三楼 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-81452399#深圳 币奥坤蘇科技仃限公 同SHENZHEN OKSUN TEC 11 OL()(； Y C().tLTD图2氢等离子体去除氧化层从反应式可见，氢等离子体通过化学反应可以去除金属表面氧化层，清洁金属表面。物理清洗：表面反应以物理反应为主的等离子体清洗，也叫溅射腐蚀（SPE例：Ar+ e-T Ar+2e-Ar+沾污宀挥发性沾污清洗后清洗前图3氩等离子体表面能活化Ar+在自偏压或外加偏压作用下被加速产生动能，然后轰击在放在负电极上的被清洗工件表面，一般

9、用 于去除氧化物、环氧树脂溢岀或是微颗粒污染物，同时进行表面能活化。物理化学清洗：表面反应中物理反应与化学反应均起重要作用2射频等离子清洗设备射频等离子清洗设备的原理是在真空状态下，压力越来越小，分子间间距越来越大，分子间力越来越 小，利用射频源产生的高压交变电场将氧、氩、氢等工艺气体震荡成具有高反应活性或高能量的离子，然 后与有机污染物及微颗粒污染物反应或碰撞形成挥发性物质，然后由工作气体流及真空泵将这些挥发性物 质清除岀去，从而达到表面清洁活化的目的。是清洗方法中最为彻底的剥离式清洗，其最大优势在于清洗 后无废液，最大特点是对金属、半导体、氧化物和大多数高分子材料等都能很好地处理，可实现整

10、体和局 部以及复杂结构的清洗。射频等离子清洗设备结构见图 4。反应腔体设计为平板式结构，采用前端进气后端抽气的模式，有利 于等离子体的均匀分布。腔体后部安装有两个与射频源连接的铜电极，电极搁板的设计采用活动式设置， 根据电极搁板安装位置的不同而成为阴极、阳极或悬浮极，这样可以使得组件既能根据对等离子体的敏感地址：深圳福永街道福海大道福海工业园B3区A栋三楼 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-814523996深圳甬奥坤鑫科技有限公司Sil l-ZHEM OKSUN TEC 11 OLOC； Y C：().tLTD程度的不同而放置不同的位置，还可以根据不同的组件尺寸

11、来调整反应区域的大小。通过操作控制系统设置工艺参数，从而控制射频等离子的强度与密度等，来适应不同被清洗组件的工艺要求。图4等离子清洗设备结构示意图1-反应腔室；2-电控系统；3-供气系统；4-射频电源；5-真空系统；6-操作控制系统。3射频等离子清洗在LED封装工艺中的应用LED封装工艺直接影响LED产品的成品率，而封装工艺中出现问题的罪魁祸首99%来源于芯片与基板上的颗粒污染物、氧化物及环氧树脂等污染物，如何去除这些污染物一直是人们关注的问题，射频等离子 清洗作为最近几年发展起来的清洗工艺为这些问题提供了经济有效且无环境污染的解决方案。针对这些不 同污染物并根据基板及芯片材料的不同，采用不同

12、的清洗工艺可以得到理想的效果，但是错误的工艺使用 则可能会导致产品报废，例如银材料的芯片采用氧等离子工艺则会被氧化发黑甚至报废。所以选择合适的 射频等离子清洗工艺在 LED封装中是非常重要的，而熟知射频等离子清洗原理更是重中之重。一般情况下，颗粒污染物及氧化物采用 5% H,+95%Ar的混合气体进行等离子清洗，镀金材料芯片可以采用氧等离子体去地址：深圳福永街道福海大道福海工业园B3区A栋三楼 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-814523997深圳rfj奥坤鑫科技有限公司SHENZHEN OKSUN T EC II OL()(； Y CO.tLTD除有机物，而银

13、材料芯片则不可以，银芯片表面的有机物需要六氟化硫等离子进行清洗。选择合适的射频 等离子清洗工艺在LED封装中的应用大致分为以下几个方面：点银胶前：基板上的污染物会导致银胶呈圆球状，不利于芯片粘贴，而且容易造成芯片手工刺片时损伤， 使用射频等离子清洗可以使工件表面粗糙度及亲水性大大提高，有利于银胶平铺及芯片粘贴，同时可大大 节省银胶的使用量，降低成本。引线键合前：芯片粘贴到基板上后，经过高温固化，其上存在的污染物可能包含有微颗粒及氧化物等，这些污染物从物理和化学反应使引线与芯片及基板之间焊接不完全或粘附性差，造成键合强度不够。在引线键合前进行射频等离子清洗，会显著提高其表面活性，从而提高键合强度

14、及键合引线的拉力均匀性。键合刀头的压力可以较低（有污染物时，键合头要穿透污染物，需要较大的压力），有些情况下，键合的温度也可以降低，因而提高产量，降低成本。LED封胶前：在LED注环氧胶过程中，污染物会导致气泡的成泡率偏高，从而导致产品质量及使用寿命低下，所以，避免封胶过程中形成气泡同样是人们关注的问题。通过射频等离子清洗后，芯片与基板会更加 紧密的和胶体相结合，气泡的形成将大大减少，同时也将显著提高散热率及光的岀射率。通过以上几点可以看岀材料表面活化、氧化物及微颗粒污染物的去除可以通过材料表面键合引线的拉力强度及亲水性直接表现岀来。对某几家LED厂家产品封装工艺中以上几点工艺前添加射频等离子

15、清洗，测量键合引线的拉力强度，与未进行射频等离子清洗相比，键合引线拉力强度有明显增加，但由于产品不同，所以增加的幅度也大小不等，有的只增加12%，有的却可以增加80%，也有的厂家测量的数据反映平均拉力没有明显增加，但是最小键合拉力却明显提高，对于确保产品可靠性来说，这仍然是十分有益的。图5为某LED厂家一批氧化地址：深圳福永街道福海大道福海工业园B3区A栋三楼 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-814523998深圳 丽奥坤a科技有限公司SHENZHEN OKSUN TEC 11Y CO.tLTD的LED射频等离子清洗前后对比，图6为某LED厂家对一批LED引线键

16、合前使用过射频等离子与未使用的键合引线拉力对比图地址：深圳福永街道福海大道福海工业园B3区A栋三楼 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-814523999深圳 丽奥坤a科技有限公司SHENZHEN OKSUN TEC 11Y CO.tLTD地址：深圳福永街道福海大道福海工业园B3区A栋三楼 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-81452399#深圳 丽奥坤a科技有限公司SHENZHEN OKSUN TEC 11Y CO.tLTD图5氧化进行射频等离子清洗前后对比I S 013 I? 21 IS 2913 IT 4|地址：深圳福永街道福海大

17、道福海工业园B3区A栋三楼 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-81452399#深圳 丽奥坤a科技有限公司SHENZHEN OKSUN TEC 11Y CO.tLTD地址：深圳福永街道福海大道福海工业园B3区A栋三楼 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-81452399#深圳 丽奥坤a科技有限公司SHENZHEN OKSUN TEC 11Y CO.tLTD未用需离子清洗 Ai优化的t7禹（泊洗併再谨ftL图6引线键合前使用等离子清洗与未使用的键合引线拉力对比反映基板及芯片进行射频等离子清洗后是否有清洗效果的另一个检测指标为其表面的浸润特

18、性，通过对几家产品进行实验检测表明未进行过射频等离子清洗的样品接触角大约为40°68°表面进行过化学反应机制射频等离子体清洗的样品接触角大约为10°17°而表面进行过物理反应机制射频等离子体清洗过的样品的接触角为20°28°左右。不同厂家、不同产品及不同清洗工艺的清洗效果是不同的，浸润特性的提高表明在上述几点封装工艺前进行射频等离子清洗是十分有益的。图7为射频等离子清洗前后在某种LED工件表面滴落7微升纯净水并利用接触角检测仪进行检测的接触角对比。地址：深圳福永街道福海大道福海工业园B3区A栋三楼 TEL:+86 755-814523

19、66 FAX:+86755-8145239910深圳rfj奧坤a科技有限公司SHENZHEN OKSUN TEC 11 OL()(； Y CO.tLTD地址：深圳福永街道福海大道福海工业园B3区A栋三楼 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-8145239911深圳rfj奧坤a科技有限公司SHENZHEN OKSUN TEC 11 OL()(； Y CO.tLTD地址：深圳福永街道福海大道福海工业园B3区A栋三楼 TEL:+86 755-81452366 FAX:+86755-81452399#深圳rfj奧坤a科技有限公司SHENZHEN OKSUN TEC 11 OL()(； Y CO.tLTD港洗前涪洗后图7射频等离子清洗前后工件表面接触角对比4结