Предварительная плазменная обработка бескорпусных компонентов перед их сборкой и монтажом

Известно, что обработка плазмой хорошо влияет на производительность процессов сборки и монтажа компонентов, а также на качество и надежность смонтированных и загерметизированных модулей [30, 37]. Изучено влияние плазменной обработки на производительность процессов сборки и монтажа, надежность компонентов, смонтированных методом flip-chip (бескорпусных), и компонентов в корпусах типа CSP (с размерами, близкими к размерам кристалла) для модулей в корпусах типа SIP с односторонней разводкой выводов или выводных контактных площадок.

После предварительной обработки кристаллов, подложек и корпусов плазмой сборка и монтаж устройств осуществлялась с использованием эвтектической пайки и флюса, не требующего отмывки. Затем в модулях со смонтированными компонентами (методом flip-chip) зазоры между компонентами и платой были заполнены быстрым потоком адгезива и подвергнуты сушке адгезива. Конструкции, не прошедшие обработку плазмой, были изготовлены подобным же образом. Было протестировано несколько технологических режимов обработки плазмой и две поверхности плат.

Визуальный контроль обработанных плазмой бескорпусных компонентов и конструкций в корпусах типа CSP выявил наличие более однородной и качественной формы паяных соединений по сравнению с их необработанными аналогами. На рис. 5.7, а представлен микроснимок краев типичного необработанного плазмой компонента, смонтированного методом flip-chip, на снимке заметно менее качественно сформированные паяные соединения по углам компонента. На рис. 5.7, б приведена фотография типичной конструкции аналогичного компонента, прошедшего предварительную плазменную обработку.

Рис. 5.7. Фотографии компонентов, смонтированных методом flip-chip:

а — необработанного; б — обработанного плазмой перед сборкой и монтажом на поверхность платы На рис. 5.8, я, б представлены подобные предыдущим снимки необработанного и обработанного плазмой компонентов в корпусах типа CSP, очевидно, что на устройстве, прошедшем обработку, сформированы более высокие и массивные, более качественные галтели.

Важно, что и заливка материала под кристалл для обработанных плазмой бескорпусных компонентов происходила со скоростью на 12—20% быстрее, чем для необработанных образцов. Процесс заливки для обработанных плазмой корпусов типа CSP проходил на 55% быстрее, чем при заливке необработанного компонента (аналога). Результаты исследования, но оценке качества заливки компонентов этих двух типов с помощью сканирующего акустического микроскопа (CSAM) не показали значительных отличий между обработанными и необработанными плазмой образцами в отношении однородности герметизирующей прослойки и формирования пустот в ходе обработки. Также нс было обнаружено различий в качестве сформированных соединений между компонентами, смонтированными методом flip-chip, на платах с золочеными поверхностями, прошедшими и не прошедшими обработку плазмой.

Рис. 5.8. Фотографии компонентов в корпусах типа CSP, смонтированных на поверхность платы:

а — необработанного; б — обработанного плазмой перед сборкой и монтажом Однако изучение результатов применения обработки плазмой компонентов, соединенных с платой органическим покрытием, показало образование менее качественных адгезионных связей, чем у плат, не прошедших обработку плазмой, что объясняется негативным взаимодействием аргоновой плазмы с защитным слоем из органического материала на платах с медными контактными площадками, т. е. обработку плазмой плат с медными контактными площадками с органическим покрытием применять нецелесообразно.

Производительность процессов сборки, монтажа и заливки для обработанных и необработанных плазмой конструкций корпусов типа CSP нс имела значительных отличий.

Обсуждение полученных результатов. Для проверки воздействия обработки плазмой на срок службы компонентов были проведены испытания. Надежность обработанных плазмой бескорпусных компонентов на подложках с золочеными поверхностями контактных площадок была на 70% выше по сравнению с аналогичными изделиями, не прошедшими обработку плазмой. В то же время обработанные плазмой бескорпусные компоненты на подложках с органическим покрытием (конформным) обладали надежностью, на 43% меньшей, но сравнению с изделиями, не прошедшими обработку плазмой. Что касается компонентов в корпусах типа CSP, то результаты в отношении обработанных и необработанных конструкций были примерно одинаковыми.

Снижение надежности бескорпусных компонентов на платах с органическим покрытием скорее всего связано с негативным взаимодействием аргоновой плазмы и органического покрытия, на что указывалось выше.

Выводы. Предварительная обработка плазмой значительно улучшает однородность образующихся контактов, сокращает время заливки герметизирующего материала как для бескорпусных элементов, смонтированных методом flip-chip, так и для компонентов в корпусах типа CSP. Обработка плазмой деталей конструкции модулей (корпусов, компонентов, плат и т. п.) не оказывает влияния на производительность процессов изготовления этих модулей на платах с золочеными поверхностями контактных площадок.

Плазменная обработка смонтированных методом flip-chip компонентов на платах с органическим покрытием заметно снижает производительность процессов изготовления модулей и надежность изготавливаемых устройств; ее применение в этом случае не рекомендуется.

Бескорпусные компоненты с золочеными поверхностями контактных площадок, смонтированные методом flip-chip, с плазменной обработкой на платах на 70% надежнее по сравнению с необработанными плазмой компонентами.

Производительность процессов сборки, монтажа, герметизации компонентов в корпусах типа CSP, их надежность у обработанных и необработанных плазмой образцов одинаковые.