Plasma-Oberflächenbehandlung bei der Halbleiterverpackung
Plasma reinigt und aktiviert Oberflächen schnell und kontrolliert. In der Halbleiterverpackung unterstützt dies eine nahezu partikelfreie Prozesssteuerung, was dazu beiträgt, Ausschuss zu reduzieren und die Qualität zu verbessern. Die Oberflächenbehandlung kann mithilfe von Openair-Plasma® bei Atmosphärendruck oder AURORA-Plasma in einer Niederdruckumgebung genau auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten werden. Eine verbesserte Haftung und Benetzbarkeit kann zu einer höheren Produktstabilität beitragen und dazu helfen, Grenzflächenfehler wie den „Interface Delamination Mode“ (IDM) oder den „Cohesive Cracking Mode“ (CCM) zu minimieren.
Die Qualität der Grenzflächen ist entscheidend
Plasma reinigt und aktiviert Oberflächen schnell und kontrolliert, entweder inline bei Atmosphärendruck oder in einer kontrollierten Niederdruckumgebung. Insbesondere in der Halbleiterindustrie ermöglicht dies eine nahezu partikelfreie Prozesssteuerung, wodurch Ausschuss reduziert und die Qualität gesteigert wird. Verbesserte Haftung und Benetzbarkeit können zudem zur Lebensdauer und Produktstabilität beitragen, indem sie dazu beitragen, Grenzflächenfehler wie den „Interface Delamination Mode“ (IDM) oder den „Cohesive Cracking Mode“ (CCM) zu minimieren.
Moderne Halbleiterprodukte bestehen aus komplexen Mehrmaterialsystemen, von Metall/Metall- und Metall/Polymer-Grenzflächen bis hin zu verschiedenen Polymerkombinationen. Ihre Zuverlässigkeit hängt entscheidend von sauberen, dauerhaften Verbindungen an diesen Grenzflächen ab. Selbst kleine Defekte können zu Delamination, Rissen oder unerwarteten Ausfällen führen.
Vier Hauptfaktoren können die Qualität der Grenzflächen beeinträchtigen. Oxide an unerwünschten Stellen können die Verbindung und den elektrischen Kontakt behindern. Eine schlechte Oberflächenbenetzbarkeit kann eine gleichmäßige Haftung und einen zuverlässigen Materialfluss während des Fügevorgangs verhindern. Partikel und Rückstände können Defekte verursachen, die die Verbindung schwächen oder zu vorzeitigem Versagen führen. Unterschiede in den Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE-Fehlanpassung) können bei Temperaturänderungen mechanische Spannungen und Mikrorisse erzeugen und so die langfristige Zuverlässigkeit beeinträchtigen.
Die Plasmatechnologie bietet verschiedene Möglichkeiten, diese Herausforderungen zu bewältigen. Openair-Plasma® ermöglicht eine gezielte Behandlung bei Atmosphärendruck, während AURORA-Plasma eine Niederdruck-Plasmabehandlung in einer kontrollierten Kammerumgebung bietet.
Waferreinigung – Plasma-Lösungen für makellose Oberflächen
Die Herstellung moderner Halbleiterbauelemente beginnt mit äußerst reinen Waferoberflächen, da jeder Prozessschritt davon abhängt. Siliziumwafer, Chips und Hochleistungshalbleiter sind äußerst empfindlich – selbst kleinste Verunreinigungen können die Leistung und die Ausbeute beeinträchtigen. Je nach Anwendung und Prozessanforderungen bieten sowohl Normaldruck- als auch Niederdruckplasma wirksame Lösungen für die Reinigung und Aktivierung dieser empfindlichen Oberflächen.
Für die Inline-Verarbeitung ermöglicht Openair-Plasma® die Oberflächenreinigung direkt bei Atmosphärendruck, wodurch ein zusätzlicher Vakuumschritt entfällt und automatisierte Produktionsabläufe unterstützt werden. AURORA-Plasma erweitert das Spektrum der Behandlungsmöglichkeiten durch kontrolliertes Niederdruckplasma für die homogene Behandlung größerer Oberflächen, komplexer Geometrien oder mehrerer Bauteile.
Wafer können direkt vom Schneiden und Polieren in die Openair-Plasma®-Behandlung übergehen, wo organische Verunreinigungen und Partikel effektiv entfernt werden. Das Ergebnis: weniger Defekte, effiziente Verarbeitung und reproduzierbare Oberflächenvorbereitung.
Wo die Kammerbearbeitung für die jeweilige Anwendung besser geeignet ist, sorgt AURORA-Plasma für eine gleichmäßige Behandlung unter definierten Niederdruckbedingungen. Dies gibt Herstellern die Flexibilität, den Plasmaprozess zu wählen, der am besten zur Bauteilgeometrie und zum Produktionsaufbau passt.
Ergebnis: Saubere und reproduzierbar aufbereitete Oberflächen bilden die Grundlage für nachfolgende Prozesse wie Drahtbonden, Die-Attach und Verkapselung.
Chipmontage und Verbindung
Eine zuverlässige Verbindung ist das Herzstück der Halbleiterverpackung. Verunreinigte oder schlecht vorbereitete Oberflächen können zu Verbindungsfehlern, Delaminierung, „Non-Stick-on-Pad“ und vorzeitigem Ausfall führen.
Bei Verfahren wie dem Drahtbonden, dem Die-Bonding (Flip-Chip) und dem Kleben hat die Oberflächenqualität einen direkten Einfluss auf die Zuverlässigkeit und Leistung. Kritische Oberflächen wie Substrate, Bondpads und Chips/Dies können mit Openair-Plasma® in einem Inline-Prozess vorbereitet oder unter kontrollierten Niederdruckbedingungen mit AURORA-Plasma behandelt werden. Die Plasmareinigung und -aktivierung verbessern die Benetzbarkeit und Haftung der Oberfläche und schaffen definierte Bedingungen für nachfolgende Verbindungsprozesse.
Lead Frame – Oxidreduktion
Oxidschichten auf Metall-Leadframes können starke, zuverlässige Verbindungen in Halbleiterbauelementen beeinträchtigen oder verhindern. Mit Openair-Plasma® und REDOX® werden diese unerwünschten Oxidschichten inline, trocken und ohne Vakuumkammern entfernt, was eine nahtlose Integration in den Produktionsprozess ermöglicht. Das Ergebnis sind eine verbesserte elektrische und mechanische Verbindungsqualität sowie höhere Produktionsausbeuten, weniger Ausschuss und gleichbleibende, wiederholbare Oberflächenbedingungen für zuverlässige Prozesse.
Die Bonding – Warum ist Plasma vor dem Die-Attach-Prozess unverzichtbar?
Die Qualität des Chip-Bonding-Prozesses ist entscheidend für die Zuverlässigkeit und Leistungsfähigkeit von Halbleiterbauelementen. Ungleichmäßige Verklebungen, Hohlräume oder schlecht haftende Chips können die Funktionalität und die langfristige Zuverlässigkeit beeinträchtigen.
Die Oberflächenvorbereitung kann nach verschiedenen Verfahren erfolgen. Openair-Plasma® reinigt und aktiviert Chips und Substrate inline bei Atmosphärendruck, während AURORA-Plasma eine Behandlung in einer kontrollierten Niederdruckumgebung ermöglicht. Beide Ansätze schaffen definierte Oberflächenbedingungen für nachfolgende Verklebungsprozesse. Organische Rückstände können entfernt und die Oberflächeneigenschaften verändert werden, um die Benetzbarkeit und Haftung zu verbessern.
Zu den Vorteilen zählen eine zuverlässige und reproduzierbare Oberflächenvorbereitung, eine verbesserte Haftung von Klebstoffen und Epoxidharzen sowie eine bessere Benetzbarkeit. Dies trägt dazu bei, Hohlräume, Delaminationen und haftungsbedingte Defekte zu reduzieren, was wiederum zu höheren Ausbeuten, weniger Ausschuss und einer gleichbleibenden Produktqualität führt.
Eine zuverlässige Drahtbondung beginnt mit einer sauberen, aktivierten Oberfläche. Selbst geringe Verunreinigungen wie Oxide oder organische Rückstände können zu einem „Non-Stick-on-Pad“-Effekt, einer verminderten Scherfestigkeit oder einem vorzeitigen Versagen der Verbindung führen.
Für die Drahtbondung lässt sich die Plasmabehandlung an die Produktionsumgebung anpassen. Openair-Plasma® bereitet kritische Oberflächen direkt in der Produktionslinie vor, während AURORA-Plasma eine gleichmäßige Niederdruckbehandlung in einem kontrollierten Kammerprozess ermöglicht. Beide Technologien können vor dem Bonden definierte Oberflächenbedingungen schaffen und die Benetzbarkeit sowie die Adhäsionseigenschaften kritischer Oberflächen verbessern.
Dies trägt dazu bei, Defekte wie schwache Verbindungen und Bondabhebungen zu reduzieren und gleichzeitig eine stabile, wiederholbare Bondqualität sowie höhere Produktionsausbeuten zu gewährleisten.
Thermo-Compression Bonding (TCB) – Plasma sorgt für perfekte, flussmittelfreie Verbindungen
Mit den Openair-Plasma®- und REDOX®-Verfahren schaffen Sie die idealen Voraussetzungen selbst für anspruchsvollste Verbindungsanwendungen – und gewährleisten so zuverlässige fortschrittliche Verpackungslösungen und Spitzenleistung. Diese innovativen Oberflächenbehandlungstechnologien ermöglichen stabile, hohlraumfreie Verbindungen ohne den Einsatz von Flussmittel und bieten maximale Prozesssicherheit und Wiederholgenauigkeit. Gleichzeitig unterstützen sie eine umweltfreundliche und kosteneffiziente Produktion und sorgen für überragende elektrische und mechanische Zuverlässigkeit, die eine langfristige Leistungsfähigkeit und Produktqualität gewährleistet.
Plasma vor dem Flussmittelauftrag
Beim Thermo-Compression Bonding (TCB) bestimmt die Qualität der Oberfläche die Zuverlässigkeit und Leistung der gesamten Verbindung. Die Plasmabehandlung vor dem Flussmittelauftrag schafft eine gleichmäßige, hochenergetische Oberfläche und sorgt für ein optimales Benetzungsverhalten. Dadurch wird die benötigte Flussmittelmenge deutlich reduziert, was die Verbindung zuverlässiger macht und die Zuverlässigkeit des Bauteils messbar erhöht.
Fluxless TCB
Die Entfernung von Metalloxiden ist besonders wichtig bei flussmittelfreien TCB-Prozessen. Hier bietet die REDOX®-Technologie von Plasmatreat eine automatisierte, inline-fähige Plasmareduktion: Metalloberflächen werden während des laufenden Produktionsprozesses vollständig gereinigt und aktiviert, und Oxidschichten werden entfernt – ohne den Einsatz von Chemikalien oder Nassprozessen.
Vorbereitung der Verkapselung
Eine zuverlässige Schutzverkapselung hängt von gut vorbereiteten Oberflächen ab. Rückstände, Oxide oder unzureichende Benetzbarkeit können zu Delamination, Hohlräumen und anderen Defekten führen, die die elektrische Leistungsfähigkeit und die Langzeitstabilität der Verpackung beeinträchtigen.
Zur Oberflächenvorbereitung vor der Verkapselung ermöglicht Openair-Plasma® eine Inline-Behandlung bei Atmosphärendruck, während AURORA-Plasma eine kontrollierte Niederdruck-Plasmabehandlung bietet. Die Plasmabehandlung verbessert die Benetzbarkeit und Haftung der Oberfläche und sorgt so für einen gleichmäßigen Fluss des Verkapselungsmaterials sowie eine zuverlässige Verbindung zum Substrat.
Aktivierung vor dem Unterfüllen
Eine hohe und gleichmäßige Oberflächenenergie sorgt für eine zuverlässige Benetzung und einen gleichmäßigen Fluss der Underfill-Materialien. Openair-Plasma® aktiviert Substratoberflächen direkt im Inline-Prozess, während AURORA-Plasma eine gleichmäßige Behandlung unter kontrollierten Niederdruckbedingungen ermöglicht. Die Plasmabehandlung entfernt Partikel und organische Rückstände aus vorangegangenen Prozessschritten und verbessert die Benetzbarkeit und Haftung der Oberfläche.
Dies fördert eine gleichmäßige Verteilung des Underfills und die Bildung von Füllkanten und trägt gleichzeitig dazu bei, Hohlräume und Delamination zu reduzieren, was eine zuverlässige Verkapselung und langfristige Stabilität der Baugruppe gewährleistet.
Oberflächenvorbereitung für Formgebung und Verkapselung
Die Oberflächenqualität des Substrats spielt eine entscheidende Rolle für eine zuverlässige Formgebung und eine schützende Verkapselung. Materialien wie Leadframes, Drähte und andere Gehäusekomponenten erfordern genau definierte Oberflächenbedingungen, um den Materialfluss, die Haftung und die langfristige Stabilität zu gewährleisten.
Je nach den spezifischen Oberflächen- und Prozessanforderungen können verschiedene Plasmaprozesse ausgewählt werden. Openair-Plasma® ermöglicht die Inline-Reinigung, Aktivierung und – in Kombination mit REDOX® – die gezielte Oxidreduktion. AURORA-Plasma ermöglicht eine gleichmäßige Niederdruckbehandlung von Bauteilen in einer kontrollierten Kammerumgebung. PlasmaPlus® bietet eine weitere Option durch das Aufbringen dünner Funktionsbeschichtungen zur Modifizierung und zum Schutz von Oberflächen.
Zusammen können diese Verfahren die Benetzbarkeit und Haftung verbessern, einen gleichmäßigen Materialfluss unterstützen und dazu beitragen, Hohlräume und Delaminationen zu reduzieren, was zu zuverlässigen Form- und Verkapselungsprozessen beiträgt.
Für besonders anspruchsvolle Verpackungsanwendungen sorgen nanoskalige Plasmabeschichtungen für eine optimale Verbindung zwischen Epoxidharz-Formmassen (EMCs) und den vorbereiteten Substraten oder Chips. Das Ergebnis: hervorragende Haftung, maximale Zuverlässigkeit und gleichbleibende Leistung – selbst unter höchsten thermischen und mechanischen Belastungen. Diese Nanobeschichtungen schaffen präzise zugeschnittene, hochaktive Oberflächen, die Delamination und Rissbildung wirksam verhindern. So bleibt die Verpackung stabil und langlebig – vom ersten Funktionstest bis zum jahrelangen Einsatz im Feld. Weniger Defekte, mehr Output – und gleichbleibend hohe Qualität.
Barrierebeschichtungen – Schutz auf atomarer Ebene für empfindliche ICs
Moderne Barrierebeschichtungen wie PlasmaPlus® bieten empfindlichen Halbleiterkomponenten zuverlässigen Schutz vor Feuchtigkeit, Migration und einer Vielzahl von Umwelteinflüssen. Die atmosphärische, ultradünne Schutzschicht – typischerweise nur 700 bis 1.000 Nanometer dick – bildet einen wirksamen Schutzschild um die internen Komponenten. Diese fortschrittliche Beschichtungstechnologie bietet zuverlässigen Schutz vor Wasser und ionischer Kontamination, gewährleistet elektrische Isolation und langfristige Leistungsfähigkeit und behält unter thermischer und mechanischer Beanspruchung eine hohe Widerstandsfähigkeit bei. Dadurch bleibt jedes IC-Gehäuse auch unter anspruchsvollsten Umgebungsbedingungen voll funktionsfähig und elektrisch stabil.
Endmontage Reinigung und Kennzeichnung
Die Vorteile dieses Ansatzes liegen auf der Hand: Die Endprodukte bleiben bis zum Auslieferungsort vollständig frei von Partikeln und Rückständen, wodurch höchste Standards hinsichtlich Sauberkeit und Präzision gewährleistet sind.
Gleichzeitig lässt sich auf jeder Oberfläche eine sichere und dauerhafte Kennzeichnung anbringen, die Rückverfolgbarkeit und Langlebigkeit garantiert. Durch die Minimierung von Ausschuss erzielen Sie eine maximale Ausbeute, wodurch die Prozesse sowohl effizient als auch kostengünstig werden.
Während des gesamten Produktionsprozesses werden Prozesssicherheit und umfassende Qualitätssicherung bis zum letzten Schritt gewährleistet. Nur mit sauberen, optimal vorbereiteten Endprodukten lässt sich echte Produktionssicherheit gewährleisten, sodass Sie von Anfang bis Ende stets Perfektion liefern und die Erwartungen Ihrer Kunden übertreffen können.