晶片封裝之SIP、POP、IGBT水基清洗工藝技術淺析

前言

SIP系統級晶片封裝、POP堆疊晶片組裝、IGBT功率半導體模塊工藝製程中，需要用到錫膏、焊膏進行精密的焊接製程，自然在焊接後會存留下錫膏和焊膏的助焊劑殘留物，為了保證器件和組件的電器功能和可靠性技術要求，須將這些助焊劑殘留徹底清除。此類製程非常成熟，也非常有必要。水基清洗在業內得到越來越廣泛的應用，取代原來熟知的溶劑型清洗方式，從而獲得了安全、環保、清潔的工作環境等等。與溶劑型清洗劑清洗精密組件和器件不同，水基清洗劑在業內的認知度還不是很高，掌握度還不是很到位，在此為了給大家提供更好的參考，列舉了水基清洗製程所需要考慮的幾方面重要因素

一、SIP、POP或IGBT精密器件所需要的潔淨度技術指標

首先要關注到所生產的SIP、POP或IGBT精密器件所需要的潔淨度技術指標，根據潔淨度的要求來做清洗的工藝選擇。所從事的產品類別不同，應用場景不同，使用條件和環境不同，對器件潔淨度的要求也有所不同，根據器件的各項技術要求來決定潔淨度指標。包括外觀汙染物殘留允許量和表面離子汙染度指標水平，才能準確定義器件工藝製程中所要達到的潔淨度要求。避免可能的電化學腐蝕和化學離子遷移失效現象。

二、器件製程工藝所存在的汙染物

既然是要清洗製程中的汙染物，就需要關注器件製程工藝所存在的汙染物，比如：焊膏殘留、錫膏殘留等其他的汙染物，評價汙染物對器件造成可靠性的影響，比如：電化學腐蝕，化學離子遷移和金屬遷移等等，這樣就能對所有汙染物做一個全面的認知，確定哪些汙染物需要通過清洗的方式去除，從而保障器件的最終技術要求。汙染物可清洗性決定了清洗工藝和設備選擇，免洗錫膏還是水溶性錫膏，錫膏的類型不同，殘留物的可清洗性特徵也不同，清洗的工藝方式和清洗劑的選擇也隨之不同。識別和確定SIP、POP、IGBT工藝製程中汙染物是做好清洗的重要前提。

三、水基清洗的工藝和設備配置選擇

水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要，一旦選定，就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、乾燥的全工藝流程。通常會選用批量式清洗工藝和通過式清洗工藝。批量式清洗工藝比較適合產量不太穩定，時有時無，時大時小，品種變化比較多，這樣有利於根據生產線流量配置進行靈活操作，降低設備的消耗和清洗劑的消耗，降低成本而達到工藝技術要求。通過式清洗工藝往往適合產量穩定，批量大，能夠連續不斷的進行清洗流量的安排，實現高速高效率的產品生產，保證清洗質量。根據產品的結構形式和器件材料承受物理力的耐受程度，選擇超聲波工藝方式或噴淋工藝方式。

四、水基清洗劑類型品種和特徵的選擇

針對擁有的設備工藝條件和器件潔淨度指標要求，選擇合適的水基清洗劑是我們要考慮的重點。一般來說，水基清洗劑具有很好的安全特徵，不可燃，不易揮發，環保特徵滿足歐盟REACH環境物資規範要求，達到對大氣人體的安全保障。在此之外，根據工藝，設備條件，所使用的水基清洗劑需要能夠徹底乾淨地去除殘留物，同時又能保證在SIP、POP、IGBT組件上所有的金屬材料、化學材料、非金屬材料等物資兼容性要求。用一句通俗的語言來表達，既要把汙染物清洗乾淨，又要保證物質材料的安全性，無腐蝕，無變色，完全符合器件功能特性要求。

五、小結

SIP、POP、IGBT水基清洗所需要考慮的因素還有許多，具體的工藝參數和選擇涉及面廣且技術關聯性強，在此僅對最重要的部分做簡要闡述，供業內人士參考。

【晶片封裝小知識】

SIP封裝

SIP封裝是將多種功能晶片，包括處理器、存儲器等功能晶片集成在一個封裝內，從而實現一個基本完整的功能。與SOC相對應。不同的是系統級封裝是採用不同晶片進行並排或疊加的封裝方式，而SOC則是高度集成的晶片產品。從封裝發展的角度來看，SIP是SOC封裝實現的基礎。

封裝疊裝（PoP）

隨著移動消費型電子產品對於小型化、功能集成和大存儲空間的要求的進一步提高，元器件的小型化高密度封裝形式也越來越多。如MCM，  SiP（系統封裝），倒裝片等應用得越來越廣泛。而PoP CPackage onPackage）堆疊裝配技術的出現更加模糊了一級封裝和二級裝配之間的界限，在大大提高邏輯運算功能和存儲空間的同時，也為終端用戶提供了只有選擇器件組合的可能，同時生產成本也得到更有效的控制。

PoP在解決集成複雜邏輯和存儲器件方面是一種新興的、成本最低的3D封裝解決方案。系統設計師可以利用PoP開發新的器件外、集成更多的半導體，並且可以通過由堆疊帶來的封裝體積優勢保持甚至減小母板的尺寸。PoP封裝的主要作用是在底層封裝中集成高密度的數字或者混合信號邏輯器件，在頂層封裝中集成高密度或者組合存儲器件。