一、DBC介紹

DBC是隨著板上芯片(COB)封裝技術(shù)的興起而發(fā)展出來的一種新型工藝，它主要由金屬銅與其中的介電材料玻璃陶瓷（如氧化鋁Al2O3、氮化鋁AlN等）直接鍵合而成。隨著現(xiàn)代微電子技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用需求的改變，直接鍵合銅(DBC)陶瓷基板逐漸取代了傳統(tǒng)的PCB基板，廣泛應(yīng)用于多芯片功率半導(dǎo)體模塊電子線路中。

DBC基板具有優(yōu)異的導(dǎo)熱性和電絕緣性，這讓它在實際應(yīng)用過程中具備了突出優(yōu)勢，特別適用于功率器件封裝和散熱領(lǐng)域，一些高功率和高溫狀態(tài)下運行的電子元件如IGBT（絕緣柵雙極晶體管）模塊、MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）模塊、激光二極管（LD）等封裝過程中都不乏其身影。

隨著功率半導(dǎo)體模塊被大量且廣泛運用到電子汽車、航空航天、軍工國防等諸多領(lǐng)域，也極大程度上帶動了對DBC 基板使用需求的迅猛增長。那么，這些應(yīng)用要求保證最終芯片產(chǎn)品的高可靠性和高性能，對模塊和DBC的封裝質(zhì)量自然就成了不容忽視的關(guān)鍵因素。

在DBC封裝的過程中，一方面需要保證電極的良好絕緣，避免電極之間或電極與其他金屬部件之間發(fā)生電路故障；另一方面，封裝應(yīng)具備足夠的機械強度，能夠經(jīng)受來自外部環(huán)境的振動、沖擊等力量，這樣才能夠確保元器件的可靠性和長期穩(wěn)定性。

眾所周知，DBC基板在IGBT模塊封裝中被運用的情況十分常見，甚至說是必不可少。而在IGBT模塊封裝工藝流程步驟中，第一步就是準備DBC基板，要選擇適合的基板表面處理方法，這一點非常關(guān)鍵。

IGBT模塊封裝的一般工藝流程如下：

首先通過對DBC基板表面處理，去除材料表面的污垢、氧化物和雜質(zhì)，提高表面的潔凈度水平，才能夠確保后續(xù)的焊接、界面結(jié)合、連線等工藝步驟良好進行，最終對IGBT模塊封裝的可靠性產(chǎn)生積極影響。

傳統(tǒng)的清洗方式以濕法清洗為主，雖然成本低但是很容易對基板造成損傷，并存在清洗劑殘留等問題。相較而言，干法清洗更安全且不存在清洗劑殘留的問題。

在干法清洗中，就不得不提到微波等離子清洗這項重要技術(shù)。等離子清洗方式也有很多種，其中微波等離子激發(fā)頻率最高，達到2.45GHz，具有出色的清洗效果。相較于射頻等離子和中頻等離子，采用微波等離子體進行材料表面清潔處理有兩個突出優(yōu)勢：

1. 無損傷、無二次污染

射頻、中頻等離子在清洗過程中以強力的物理清洗為主，比較容易造成對工件和材料的物理損傷；而微波等離子則不同，其兼顧溫和的物理清洗和高效的化學(xué)清洗，甚至能做到以純化學(xué)反應(yīng)方式來清洗，不會對工件和材料造成損傷。

而在化學(xué)清洗的方式下，由于等離子體里面的自由基具有極高的化學(xué)反應(yīng)活性，它會跟有機污染物或氧化物反應(yīng)，生成氣態(tài)產(chǎn)物排走。因此，也不會像物理清洗那樣，由于較強的轟擊作用而導(dǎo)致電極濺射污染。

2. 能清洗細小縫隙與孔洞

化學(xué)清洗具有各向同性和擴散作用，意味著等離子體可以均勻地擴散到基板表面的各個方向，加上微波等離子密度很高，所以能夠有效地清洗內(nèi)孔和細縫等難以達到的區(qū)域。這也使得微波等離子清洗技術(shù)成為了處理具有復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的基板的一種有效方法。

總而言之，等離子清洗技術(shù)是一種效率很高、效果良好的表面處理手段。那么，在用它對DBC基板表面處理的實際應(yīng)用中，能達到什么樣的效果呢？

二、DBC 基板清洗測試實例

【測試目的】DBC基板在經(jīng)過等離子清洗后表面氧化物去除以及活化程度

【試驗材料】DBC基板

【測試設(shè)備】中科光智真空微波等離子清機 MWD80

本次實驗我們用到了中科光智制造的一款全功能立柜式等離子清洗機，腔室容積80L，有優(yōu)化集成的PLC工藝控制系統(tǒng)和工業(yè)計算機控制系統(tǒng)可以選擇。無論是研發(fā)使用還是批量生產(chǎn)使用需求都能滿足，并且工藝過程中對氣體的消耗量不高，在性能和成本兩方面都具有突出的優(yōu)勢。

【測試條件】

【測試過程】

按照以上測試過程執(zhí)行，我們最終得到結(jié)果：

微波等離子清洗前后對比，DBC基板表面改善效果非常明顯，基板表面銅材氧化物去除效果明顯易見，水滴角角度也從85.574°改善到了16.821°，基板表面潔凈度、活化程度都得到了良好提升。

三、結(jié)語

在微波等離子清洗的實際應(yīng)用案例中，我們看到了它對DBC基板清洗后表面的良好改善效果，其實，清洗工藝的應(yīng)用范圍非常廣，涉及到芯片制造和封裝的多個環(huán)節(jié)，這看似不起眼的“基本功”，實際上對提高封裝的可靠性及整體質(zhì)量都非常關(guān)鍵。只有首先保證了材料表面的性能，后續(xù)的工藝步驟才能順利進行，最終產(chǎn)品的質(zhì)量和良率才能得到保障。如果封裝質(zhì)量不佳，產(chǎn)生散熱性能受損、電絕緣性能失效或機械強度不足等問題，不僅可能會影響功率器件的可靠性、穩(wěn)定性和壽命，甚至?xí)?dǎo)致元件失效或損壞。

近年來，隨著我國半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展，各種各樣的半導(dǎo)體制造高端設(shè)備國產(chǎn)化項目涌現(xiàn)出來。而等離子清洗設(shè)備也正在逐步實現(xiàn)國產(chǎn)化替代，越來越多像中科光智真空微波等離子清洗機這樣品質(zhì)優(yōu)良兼具充分性價比的國產(chǎn)設(shè)備陸續(xù)走向市場。

我們期待看到半導(dǎo)體制造高端設(shè)備全面國產(chǎn)化的一天！中科光智自身也將用心沉淀，堅持研發(fā)，為行業(yè)發(fā)展擔(dān)起責(zé)任和付出全力。