等離子清洗機在DC/DC混合電路中的應用

等離子清洗（xǐ）機是利用等離子體中各粒子的能量, 通過化學或物理方式作用於物體表麵, 改善物體表麵狀態的（de）工藝過程。不（bú）同等離子體電源會產生不同頻率的等離子體, 產生不同的作用（yòng）效（xiào）果。13.56 MHz射頻等離子體在物體表麵（miàn）既可以產生物理作用, 又可以產生化學作（zuò）用, 對於射頻等離子清洗技術在改善集成電路粘接及（jí）鍵合質量方麵（miàn）的研究已較為成熟, 在半導體封裝領域使用（yòng）最為普遍,。

DC/DC混合電路（lù）屬於供電係統中的核心器件（jiàn）, 對其可靠性和（hé）使（shǐ）用壽命有著嚴格的要求。DC/DC混合電路相比於普通集成電（diàn）路, 組裝工藝通常包含回流焊、磁性元件粘接（jiē）、引線鍵合、封（fēng）蓋等工藝（yì）;原材料種類多, 如外殼、基板、磁性材料、漆包線、粘接材料、焊接材料（liào）、鍵（jiàn）合材料等;在DC/DC混合電路生產各工藝環節（jiē）中會有不希望出現的物理接觸麵狀態變化、相變等, 對質（zhì）量帶來不利影響, 如引起焊料焊接孔洞增大、導電（diàn）膠（jiāo）接觸電阻升高、金屬絲鍵合黏附強度退化甚至脫焊（hàn）等, 對其生產中表麵狀態的控製已成為必不可少的關（guān）鍵控製環節（jiē）。

射頻等離（lí）子清洗技（jì）術在DC/DC混合電（diàn）路生（shēng）產中有兩類應用, 第一類主要是去（qù）除（chú）處（chù）理物體表麵的外來物層, 如沾汙層、氧化層等;第二類主要是改善物（wù）體表麵狀態, 提（tí）高物體表麵活性, 提高物體表麵能等。

去除背銀芯片硫化物

單層或多層金屬化結構的（de）背麵金屬層芯片, 其表層金屬通常是金和銀, 采用背銀的芯片很容易發生銀（yín）的硫化及氧（yǎng）化, 將直接影響芯片的貼裝質（zhì）量。被硫化或氧化背銀的（de）芯片采用導（dǎo）電（diàn）膠粘接、氫氣燒結（jié）、再流焊貼裝均將有空洞率增大導致接觸電（diàn）阻、熱阻增大和（hé）粘接強度下降等問（wèn）題。

典型等離子清（qīng）洗去（qù）除背銀（yín）芯片硫（liú）化物（wù）圖

去除厚膜基板導帶上的有機沾汙

DC/DC混合電路在組裝過程中會使用到焊膏、粘（zhān）接劑以及接觸到助焊劑、有機溶劑（jì）等材料（liào）, 若以上有機材（cái）料附著在厚膜基板導帶（dài）表麵, 如在有機沾汙的（de）導帶上使用導電膠粘二極（jí）管, 將引起二極管導通電阻異常;在有機沾汙（wū）的導帶上鍵合, 很容易引起鍵合強度下降甚至脫焊, 這些均會影響DC/DC混合電路的可靠性。

通過等離子清洗（xǐ）過後可以有效去除金導體厚膜基板導帶上的有機沾汙。參見（jiàn）下圖, 厚膜基板上導帶經過射（shè）頻等離子清洗後, 導帶上存在有機沾（zhān）汙（wū）發黃的部位完全消失, 表明有機沾汙被去除。

典（diǎn）型等離子清洗去除厚膜基板導帶有（yǒu）機沾汙圖

去除外殼表麵氧化層

為了（le）提（tí）高電路散熱能力, DC/DC混合電路通常將厚膜基板焊接（jiē）在外殼上, 若外殼上氧化層沒有去除, 會導致焊接空洞率增大, 基板與管殼（ké）之間熱阻增大, 影響DC/DC混合電路的散熱及可靠（kào）性（xìng）。DC/DC混合電路（lù）使用的金屬外殼表（biǎo）麵通常鍍金或鍍鎳, 其中鍍鎳外殼（ké）存在易氧化的缺點。傳統去（qù）除外殼氧化層的方法為橡皮擦拭, 隨著外殼結構越來越複雜, 外殼狹小部位已無法采用橡（xiàng）皮擦拭, 且橡皮（pí）擦拭存在引入多餘物的風險。

通（tōng）過氬氣或氫氣作為清洗氣體的（de）射頻等離子清洗, 可以很好地去除鍍鎳外殼表麵的氧化（huà）層。由於等離子體在清洗（xǐ）艙內分布較為均勻, 可以實現複雜結構（gòu）及（jí）狹小部位（wèi）的清洗, 由下圖可以看出, 經過射頻等離子清洗後, 焊料在管殼上浸潤性良好, 而沒有清洗（xǐ）的管（guǎn）殼存在焊料浸潤不良的（de）問題。

等離子清洗鍍鎳外殼焊接效（xiào）果對比圖

提（tí）高（gāo）油墨與蓋板的浸潤性

DC/DC混合（hé）電路蓋（gài）板（bǎn）打標工藝有激光打標、絲網漏（lòu）印、噴墨打標等, 其中絲網漏印、噴墨打標（biāo）均需要在蓋板（bǎn）表麵使用油墨。部分蓋板由於表麵光滑, 表麵能較低, 油墨在（zài）蓋（gài）板表（biǎo）麵容（róng）易出現浸潤不良、團聚現象, 導致印字（zì）清晰（xī）度差, 也容易導致標識（shí）耐溶劑性不合格。在等離子體環境中, 能量較高的（de）活性粒子不斷轟擊蓋（gài）板表麵, 一方麵使得蓋板表麵能提高, 一（yī）方麵（miàn）使得蓋板表（biǎo）麵粗糙化, 可以有效提高油墨與蓋板（bǎn）表麵的浸潤性。

經過射頻等離子清（qīng）洗處理後（hòu）, 油墨與蓋板（bǎn）表麵的浸潤性明顯（xiǎn）提高（gāo）, 沒有出現（xiàn）團聚現象, 參見下圖。

等離（lí）子（zǐ）清洗蓋板噴印打標效果對比圖

提高陶瓷材料表麵活性

DC/DC混合電路中光耦通（tōng）常使（shǐ）用陶瓷作為襯（chèn）底或基座, 某些材質的陶瓷無法與粘接劑形成良好（hǎo）的粘接界麵, 存在粘接可靠（kào）性（xìng）隱患（huàn）。通過實驗發現射（shè）頻等離子清（qīng）洗（xǐ）可以有效（xiào）提高粘（zhān）接劑與（yǔ）陶瓷的粘接強度。在等（děng）離子體轟擊瓷表麵的情況下, 激（jī）發態原子、分子容易與陶瓷表麵分子結合, 進行能量傳遞, 形成（chéng）新的（de）激（jī）發態（tài）原子、分子, 提高高溫共燒陶瓷表麵活性。

經過（guò）射頻等離子處理光耦陶瓷粘接麵後, 粘接劑在陶瓷界麵有了明顯的殘（cán）留, 符合正常的粘（zhān）接破壞模式, 而沒有處理的高溫共燒陶瓷界麵沒有粘接劑殘留（liú）, 存在一定的（de）粘接可靠性隱（yǐn）患。

等離子清洗陶（táo）瓷界麵後的粘接界麵殘留對比圖

提高鋁絲與焊盤相互擴（kuò）散

鍵合（hé）前通過對DC/DC混合電路進行射頻等離子清洗, 一方麵可以去（qù）除芯片及導帶（dài）上的沾汙（wū）, 提高鍵合成（chéng）功率;另一方麵可以提升鍵合絲與（yǔ）焊（hàn）盤材料之間的（de）相互擴散, 提高鍵合質量。

等離子（zǐ）清（qīng）洗前後芯（xīn）片上鍵合效果圖

等離（lí）子（zǐ）清洗機在DC/DC混合電（diàn）路生產的多個環節中起到關鍵作用: (1) 射頻等離子清洗可以去除背銀芯片硫化物、金屬外殼表麵氧化物及厚膜基片上的有（yǒu）機沾汙, 提升焊接及粘接的可靠性; (2) 射頻等離子清洗可以提高（gāo）金屬蓋表麵活（huó）性, 提（tí）升油墨在金屬蓋板上的浸潤性; (3) 射頻等離子清洗可以提升芯片表麵焊點活性, 使（shǐ）得矽鋁絲與焊（hàn）點形成良好的功率擴散。而不當的射頻等離子清洗帶來（lái）的陶瓷厚膜基板滲膠問題可通過靜置或高溫烘烤以降低厚膜基板表麵活性來解（jiě）決, MOS器件損傷問題可通過降低清洗（xǐ）功率及清洗時間或（huò）采用微波等（děng）離子（zǐ）清洗來解決。