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隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)通信的快速發(fā)展,光模塊(主要由發(fā)射器、接收器、光纖、封裝、電路板及輔助組件組成)因其具有高端口密度、體積小、功耗低等特點(diǎn)成為光纖通信的核心器件,深受通信領(lǐng)域用戶的青睞。目前,各個(gè)新興領(lǐng)域不斷涌現(xiàn),對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性、穩(wěn)定性的需求呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng),因此需要更高效、可靠、更高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓怆娮悠骷?lái)滿足行業(yè)的發(fā)展需求。而高速光模塊即是滿足這一需求的光電子器件,它主要作用于高速數(shù)據(jù)傳輸,數(shù)據(jù)中心和計(jì)算機(jī)等方面,廣泛應(yīng)用于通信、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)中心以及科學(xué)研究領(lǐng)域,如天文學(xué)、粒子物理和生命科學(xué)等。

當(dāng)高速光模塊印制電路板(PCB,printedcircuitboard)與光驅(qū)動(dòng)芯片組合時(shí),通常采用金絲鍵合的方式(也稱Wire Bonding、綁定、絲焊),是指使用金屬絲(金線、鋁線等)進(jìn)行綁定,再利用熱壓或超聲能源,完成微電子器件中固態(tài)電路內(nèi)部互連接線的連接,即光驅(qū)動(dòng)芯片與速光模塊印制電路板或引線框架之間的連接。在金絲鍵合過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)印制電路板原因?qū)е陆鸾z鍵合可靠性失效的現(xiàn)象。

Wire Bonding目前存在的問(wèn)題和影響Wire Bonding的主要因素

高速光模塊邦定產(chǎn)品,WireBonding工序一般放在表面貼裝后,也就是將PCB其它電阻,電容、小集成等功能元器件貼片完成后再做邦定。一旦出現(xiàn)邦定失效,會(huì)無(wú)法植上光驅(qū)動(dòng)芯片,整個(gè)PCB將無(wú)法使用甚至?xí)?bào)廢,此時(shí)不僅是PCB的加工成本,已貼片的電阻、電容等元器件也會(huì)面臨報(bào)廢,物料成本相當(dāng)高。

從高速光模塊的WireBonding要件進(jìn)行解析,提煉出導(dǎo)致WireBonding失效的主要因素如表1所示。從影響邦定的主要因素看,邦定失效的原因包括PCB光板PAD尺寸,PAD鍍層厚度,表面潔清度以及邦定參數(shù),邦定方法等因素。

光模塊封裝等離子清洗應(yīng)用概述

等離子清洗在芯片封裝工藝中已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)配置，而光模塊產(chǎn)品在追求密度同時(shí)也在追求其封裝體積，這和半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展路徑是一樣的。在體積縮小同時(shí)，封裝形式會(huì)對(duì)工廠的焊接工藝提出更高要求。通過(guò)等離子清洗后，芯片在基板上的粘合強(qiáng)度更高，產(chǎn)品焊盤與金線結(jié)合力量更大，對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)效率和優(yōu)良率都有極大提高。

等離子清洗是通過(guò)射頻電源在一定的真空環(huán)境下，使工作氣體電離產(chǎn)生等離子體。等離子體中包含大量的高能電子、離子、自由基等活性粒子。在光模塊封裝中，這些活性粒子與光模塊的待封裝表面發(fā)生物理和化學(xué)反應(yīng)，能夠去除表面的污染物和氧化層，提高表面浸潤(rùn)性能。

以下光模塊封裝產(chǎn)品都有用到等離子清洗技術(shù):

等離子清洗效果

接觸角測(cè)試

接觸角(水滴角)測(cè)試是反應(yīng)表面清洗情況的重要測(cè)試手段。角度越高說(shuō)明表面力量較小造成液滴無(wú)法流動(dòng)，角度越小說(shuō)明表面力量增強(qiáng)，液滴可以完全附著。清洗后的產(chǎn)品可以看出明顯改善了它表面的附著情況。鍵合表面的清潔度可以用表面潤(rùn)濕性,及其親水性進(jìn)行判定。

客戶樣品等離子清洗前后接觸角變化

推拉力測(cè)試

使用推拉力測(cè)試可以檢查打線力度。等離子清洗后的產(chǎn)品完全可以避免焊接不牢等情況的出現(xiàn)?？梢詷O大改善焊線與焊盤之間的表面吸力，提高產(chǎn)品可靠性和穩(wěn)定性。

金線和焊盤之間的焊接好壞可以通過(guò)線拉力測(cè)試出來(lái)。不清洗，和等離子清洗前后拉力明細(xì)變化如下。

等離子清洗前后拉力變化

在光模塊封裝金線鍵合(打線)前進(jìn)行等離子清洗,可以有效清潔鍵合區(qū)域,提高鍵合區(qū)域表面能來(lái)提高鍵合強(qiáng)度和一致性,確保產(chǎn)品的長(zhǎng)期可靠性。