Apr. 24, 2025
隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動通信的快速發(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,各個新興領(lǐng)域不斷涌現(xiàn),對數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性、穩(wěn)定性的需求呈指數(shù)級增長,因此需要更高效、可靠、更高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓怆娮悠骷頋M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)中心和計算機等方面,廣泛應用于通信、計算機、數(shù)據(jù)中心以及科學研究領(lǐng)域,如天文學、粒子物理和生命科學等。
當高速光模塊印制電路板(PCB,printedcircuitboard)與光驅(qū)動芯片組合時,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。在金絲鍵合過程中會出現(xiàn)印制電路板原因?qū)е陆鸾z鍵合可靠性失效的現(xiàn)象。
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,會無法植上光驅(qū)動芯片,整個PCB將無法使用甚至會報廢,此時不僅是PCB的加工成本,已貼片的電阻、電容等元器件也會面臨報廢,物料成本相當高。
從高速光模塊的WireBonding要件進行解析,提煉出導致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。
等離子清洗在芯片封裝工藝中已經(jīng)成為標準配置,而光模塊產(chǎn)品在追求密度同時也在追求其封裝體積,這和半導體行業(yè)發(fā)展路徑是一樣的。在體積縮小同時,封裝形式會對工廠的焊接工藝提出更高要求。通過等離子清洗后,芯片在基板上的粘合強度更高,產(chǎn)品焊盤與金線結(jié)合力量更大,對產(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)生物理和化學反應,能夠去除表面的污染物和氧化層,提高表面浸潤性能。
以下光模塊封裝產(chǎn)品都有用到等離子清洗技術(shù):
接觸角測試
接觸角(水滴角)測試是反應表面清洗情況的重要測試手段。角度越高說明表面力量較小造成液滴無法流動,角度越小說明表面力量增強,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濕性,及其親水性進行判定。
客戶樣品等離子清洗前后接觸角變化
推拉力測試
使用推拉力測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)。可以極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線拉力測試出來。不清洗,和等離子清洗前后拉力明細變化如下。
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)域表面能來提高鍵合強度和一致性,確保產(chǎn)品的長期可靠性。
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等離子技術(shù)
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