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等离子清洗作用、效果
  • 发布日期:2017-06-01      浏览次数:1191
    • 等离子清洗作用、效果:

      等离子体是气体分子在真空、放电等特殊场合下产生的独特现象和物质。典型等离子是由电
      子、离子、自由基和质子组成。就像把固体转变成气体需要能量一样, 产生离子体也需要能量。
      离子体能够导电,与电磁力起反应。小型等离子清洗" 刻蚀机中产生等离子体的装置, 是在密封容器中设置两个电极形成电场的,然后实现一定的真空度, 随着气体愈来愈稀薄,分子间距及分子或离子的自由运动距离也愈来愈长,在电场作用下,发生碰撞而形成等离子体,产生辉光放电。辉光放电时的气压大小、放电功率、气体成分及流动速度和材料类型等对材料刻蚀效
      果有很大影响。由于等离子体产生的辉光放电是真空紫外光,其对蚀刻率有十分积极的影响,气体中包含中性粒子、离子和电子。中性粒子和离子温度102K-103K’,电子能量对应的温度高达105K,被称为“非平衡等离子体”或“冷等离子体”,表现为电中性(准中性);气体所产生的自由基和离子活性很高,其能量几乎足以破坏所有的化学键,在任何暴露的表面引起化学反应。等离子体中粒子的能量一般为几个至几十电子伏特,大于聚合物材料的结合键能(几个至十几电子伏特),完全可以破裂有机大分子的化学键而形成新键,但远低于高能放射性射线,只涉及材料表面,不影响基体的性能。


      等离子体可以通过直流或高频交流电场产生。当采用交流时,只能选用电信规定的科研及工业
      用频段(中频40KHZ、高频13.56MKZ’、微波频率2.45GHZ,否则会干扰无线电通信。常规情况下,等离子体的发生和对材料的处理效果与以下几个方面相关。
      工艺气体
      一般在等离子清洗中,可把活化气体分为两类,一类为惰性气体的等离子体(如Ar2.,N2等);另一类为反应性气体的等离子体(如O2.,H2、含氟气体等)。以氩等离子为例, 在一个物理过程中,在氩等离子中产生的离子会以足够的能量辐射表面,去掉表面污物。带正电的氩等离子将被吸引到在真空舱体的负极板。由于高能等离子撞击,撞击力足以去除表面上的任何污垢,随后污垢通过真空泵以气体形式排出。
      气体流量
      工艺舱体压力与气流速度、产品排气率和泵速成函数关系。舱体内气体接入量的不同,造成
      产生等离子体的密度不同,从而影响处理效果。
      功率
      通过提高等离子处理的功率,可增加等离子体的密度和能量, 从而加快等离子处理的速度。
      等离子体密度是单位体积内所包含的等离子体的数量。等离子体能量定义了等离子体进行表面物
      理轰击的能力。
      时间
      工艺时间的长短与功率、气体流量和气体类型相关。以在PBGA基板上提高引线的键合能力为
      例,一个短时间的等离子处理,引线的键合强度相对于未处理前只提高了2%;但是将处理时间增加1/3,引线的键合强度将比未处理前提高20%。这里应该指出的是,过长的工艺时间并不总是可以提高材料的表面活性。从提高生产效率这方面出发,还应尽量减少工艺时间,这在大批量生产中尤为重要。实际上,在整个等离子处理过程中,影响处理效果的要素还包括过程温度、气体分配、真空度、电极设置、静电保护等。等离子表面处理工艺的zui大特点是能对任何材质的材料进行处理,如金属、半导体、氧化物和大多数高分子有机聚合物(聚丙烯、聚脂、聚酰亚胺、聚氯乙烷、环氧、聚四氟乙烯)等材料,并可实现整体、局部和复杂结构的表面处理。处理后的重要效果之一是提高基材表面的活性(附着力)。不同的元器件和材料在进行等离子处理时,需要根据具体情况和实验数据制定适合的相关工艺。
      目前,小型等离子清洗,刻蚀机在国外已经得到了广泛的应用,多数集中在小批量、高品质的大学、研究所以及跨国公司的半导体、材料和生命科学研究所等高科技行业。
      . 小型等离子清洗 刻蚀机的常规应用
      小型等离子清洗 刻蚀机在微电子研究、加工等行业中应用非常广泛、已经成为微电子制造业
      中不可缺少的一道工艺,其具体应用如下。
      金属表面去油及清洁金属表面常常会有油脂、油污等有机物及氧化层, 在进行溅射、油漆、粘合、健合、焊接、铜焊和PVD,CVD 涂覆前,需要用等离子处理来得到完全洁净和无氧化层的表面。在这种情况下的等离子处理会产生以下效果。
      灰化表面有机层被有机物污染表面会受到化学轰击;在真空和瞬时高温状态下,污染物部分蒸发;在高能量离子的冲击下污染物被击碎并被真空带出;紫外辐射破坏污染物。
      因为等离子处理每秒只能穿透几个纳米的厚度,所以被处理表面的污染层不能太厚。
      氧化物去除金属氧化物会与处理气体发生化学反应,这种处理要采用氢气或者氢气与氩气的混合物。有时也采用两步处理工艺。*步先用氧气氧化表面5min,第二步用氢气和氩气的混合物去除氧化层。也可以同时用几种气体进行处理。
      焊接通常,印刷线路板在焊接前要用化学助焊剂处理。在焊接完成后这些化学物质必须采用等离子方法去除,否则会带来腐蚀等问题。
      键合
      好的键合常常被电镀、粘合、焊接操作时的残留物削弱,这些残留物能够通过等离子方法有选择地去除。同时氧化层对键合的质量也是有害的,也需要进行等离子清洁从而提高焊接的稳固性。
      等离子刻蚀
      在等离子刻蚀过程中,通过处理气体的作用,被刻蚀物会变成气相(例如在使用氟气对硅刻蚀
      时。处理气体和基体物质被真空泵抽出,表面连续被新鲜的处理气体覆盖。不希望被刻蚀部分要使用材料覆盖起来(例如半导体行业用铬做覆盖材料)。等离子方法也用于刻蚀塑料表面,通过氧气可以灰化填充混合物, 同时得到分布分析情况。刻蚀方法在塑料印刷和粘合时作为预处理手段是十分重要的,如POM,PPS 和PTFE。等离子处理可以大大地增加粘合润湿面积。
      刻蚀和灰化PTFE刻蚀在未做处理的情况下不能印刷或粘合。众所周知,使用活跃的碱性金属可以增强粘合能力,但是这种方法不容易掌握,同时溶液是有毒的。使用等离子方法不仅保护环境,还能达到更好的效果;等离子结构可以使表面zui大化,同时在表面形成一个活性层,这样就能够
      进行对塑料粘合、印刷操作,混合物的刻蚀必须十分仔细地进行,以免填充物被过度暴露,从而削弱粘合力。处理气体可以是氧气、氢气和氩气。可以应用于PE,PTFE,TPE,POM,ABS和丙烯。塑料、玻璃和陶瓷的表面活化和清洁塑料、玻璃、陶瓷与聚丙烯、PTFE一样是没有极性的,因此这些材料在印刷、粘合、涂覆前要进行处理。同时,玻璃和陶瓷表面的轻微金属污染也可以用等离子方法清洁。等离子处理与灼烧处理相比不会损害样品。同时还可以十分均匀地处理整个表面,不会产生有毒烟气,中空和带缝隙的样品也可以处理。!不需要用溶剂进行预处理!所有的塑料都能应用!具有环保意义!占用很小工作空间!成本低廉如航天某所应用于凯富拉处理以改变其表面性质,使其具有粘合性,这样便能和橡胶完全的粘合在一起。中科院电子所通过处理玻璃片使之具有亲水性,从而在上面形成生物芯片。其实等离子表面处理效果可以简单地用水来验证,处理过的样品表面完全被水润湿。长时间的等离子处理(一般大于15min),材料表面不但被活化还会被刻蚀,刻蚀表面具有zui大润湿能力。常用的处理气体为空气、氧气、氩气、氩氢混合气体、CF4等。
      等离子涂镀在涂镀中两种气体同时进入反应舱,气体在等离子环境下聚合。这种应用比活化和清洁的要求更严格一些。典型的应用是保护层的形成,应用于燃料容器、防刮表面、类似PTFE 材质的涂镀、防水涂镀等。涂镀层非常薄,通常为几个微米,此时表面的亲和力非常好。常用的有防水涂镀———环己物;类似PTFE 材质的涂镀———含氟处理气体; 亲水涂镀———乙烯醋酸。
      1 小型等离子清洗2 刻蚀机的特殊应用
      小型等离子清洗机在处理TEM样品具有明显的优势。处理后生成物为二氧化碳和水,不会对环境造成污染,由于TEM 工作在非常洁净的环境中,所以等离子清洗是目前处理TEM 样品zui为理想的技术。它的优势在于处理完后绝无残留物;可以防止TEM样品在以后的使用中形成污斑;在非常敏感的薄膜的微量分析中,使用低能量的X光,不会形成吸收层;在高扩大率下得到更好的数据;zui真实的表面成像和表面成分分析;成本低、便于操作;即使样品表面未形成污点,也可以通过等离子处理来优化观察表面。
      另外,小型等离子清洗! 刻蚀机还应用于考古学、石棉分析、医学研究、微生物工程等领域。


      等离子表面处理这门工艺现在正应用于LCD,LED,IC,PCB,SMT,BGA,引线框架、平板显示器的清洗和蚀刻等领域。等离子清洗过的IC 可显著提高焊线绑定强度,减少电路故障的可能性;溢出的树脂、残余的感光阻剂、溶液残渣及其他有机污染物暴露于等离子体区域中,短时间内就能清除。PCB 制造商用等离子处理来去除污物和带走钻孔中的绝缘物。对许多产品,不论它们是应用于工业还是电子、航空、健康等行业,其可靠性很大一部分都依赖于两个表面之间的粘合强度。不管表面是金属、陶瓷、聚合物、塑料或是其中的复合物,经过等离子处理以后都能有效地提高粘合力,从而提高zui终产品的质量。等离子处理在提高任何材料表面活性的过程中是安全的、环保的、经济的。
      小型等离子清洗! 刻蚀机可选择三种不同的射频频率,以适应不同的清洗效率和清洗效果需要。
      与动辄十几万美元的大型产品相比具有以下特点:可以更灵活的操作,简便地改变处理气体的
      种类和处理程序;不会对科研人员的身体造成任何伤害;其成本对于等离子处理方法来说是微不
      足道的。

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