電子機器向け一次プラズマ表面処理

Nordson Electronics Solutions

一次プラズマとは？

一次プラズマモードでは、エネルギー源を用いて供給ガスをイオン化および解離させ、物理的・化学的に活性な成分からなるガスプラズマを生成します。半導体パッケージング業界向けのガスプラズマ装置メーカーの多くは、活性プラズマ種を生成するために一次プラズマモードを採用しています。

プラズマ処理対象の試料は、システムの電極プレート上またはその近くに直接配置され、プラズマの有効種（イオン、フリーラジカル、副生成物など）に完全に曝露されます。容量結合型（高周波）RFベースのプラズマシステムにおける追加の利点として、通電電極に負の直流（DC）バイアスが印加されることが挙げられます。この自己DCバイアスは、より強力で異方性のエッチングを必要とする用途に有用です。

一次プラズマには2つのバリエーションがあります：

直接プライマリプラズマと反応性イオンエッチング（RIE）プライマリプラズマです。これら2つのモードを検討する際には、システムの電極構成を理解することが極めて重要です。通電電極は本質的により強力であり、プロセスにおいて接地電極よりも高い温度で動作します。

通電電極と接地電極のいずれも、特定の用途において利点をもたらします。プロセスの妥当性を判断する際には、ダイレクトプラズマ内での試料の位置、その化学的・物理的特性、および必要なスループットを考慮する必要があります。

通電電極は接地電極よりもエッチング作用が強いため、部品を通電電極上に直接配置することで、洗浄、表面活性化、およびエッチングプロセスを高速で行うことができます。RIE処理では、2つの電極間の間隔を最小限に抑えることで高RF電界とDCバイアスレベルを向上させ、真の材料エッチングを実現することで、通電電極の利点をさらに活用しています。これは、異方性と強力なイオン衝撃による試料内の深部構造の形成が求められる故障解析やMEMS用途において実証されています。

ダイレクトプライマリープラズマの代表的な用途には、集積回路技術や材料の選定を考慮した上で、直接プラズマ曝露に耐性のあるすべてのパッケージが含まれます。

先端エレクトロニクス製造への応用

ダイアタッチ、ワイヤボンディング、アンダーフィル、モールド、またはカプセル化の前に、基板の前処理やパッケージ加工にプラズマを活用します。プラズマは、汚染物質の除去や表面活性化プロセスを通じて、ワイヤボンディングの引張強度とCpKを向上させます。また、表面改質プロセスにより、アンダーフィルのウィッキング速度とフィレット高さを高め、ボイドを最小限に抑えます。さらに、表面活性化メカニズムを通じて、モールド／カプセル化における液体の密着性を最大化します。これらの用途にプラズマを利用することで、マイクロエレクトロニクスパッケージの歩留まりと信頼性が大幅に向上します。