等離子處理機(jī)原理及表面處理工藝
等離子體是物質(zhì)的一種存在狀態(tài),通常物質(zhì)以固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)三種狀態(tài)存在,但在一些特殊的情況下有第四種狀態(tài)存在,如地球大氣中電離層中的物質(zhì)。等離子體狀態(tài)中存在下列物質(zhì):處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電子;處于激活狀態(tài)的中性原子、分子、原子團(tuán)(自由基);離子化的原子、分子;未反應(yīng)的分子、原子等,但物質(zhì)在總體上仍保持電中性狀態(tài)。
在微電子封裝的生產(chǎn)過程中,由于指印、助焊劑、各種交叉污染、自然氧化等,器件和材料表面會(huì)形成各種沾污,包括有機(jī)物、環(huán)氧樹脂、焊料、金屬鹽等。這些沾污會(huì)明顯地影響封裝生產(chǎn)過程中的相關(guān)工藝質(zhì)量。使用等離子體清洗可以很容易清除掉生產(chǎn)過程中所形成的這些分子水平的污染,保證工件表面原子與即將附著材料的原子之間緊密接觸,從而有效地提高引線鍵合強(qiáng)度,改善芯片粘接質(zhì)量,減少封裝漏氣率,提高元器件的性能、成品率和可靠性。
1.等離子處理設(shè)備原理
等離子體處理設(shè)備由等離子發(fā)生器、氣體輸送系統(tǒng)及等離子噴頭等部分組成。等離子發(fā)生器產(chǎn)生高壓高頻能量在腔體中被電離產(chǎn)生低溫等離子體,借助氣流將低溫等離子體輸送到腔體外,當(dāng)?shù)入x子體與被處理物體表面相遇時(shí),使材料表面產(chǎn)生了化學(xué)變化和物理作用,其表面分子鏈結(jié)構(gòu)得到了改變,建立了羥基、羧基等自由基團(tuán),這些基團(tuán)對(duì)材料鍵合具有促進(jìn)其粘合的作用,在封合和表面親水改性應(yīng)用時(shí)得到了優(yōu)化。在同樣效果下,應(yīng)用等離子體處理表面可以得到非常薄的高張力涂層表面,不需其他機(jī)械、化學(xué)處理等任何強(qiáng)烈作用成分來增加粘合性。
2.等離子表面處理優(yōu)點(diǎn)
·不帶電,可以處理各種材料和制品,包括塑料、玻璃、金屬或者帶有電子元件的產(chǎn)品;
·溫度低,適合應(yīng)用于那些表面材料對(duì)溫度敏感的制品;
·不需要箱體,可以直接安裝在生產(chǎn)線上;
·只消耗空氣和電,因此運(yùn)行成本低,操作更安全;
·不產(chǎn)生臭氧,沒有化學(xué)污染物排放,符合環(huán)保規(guī)范的要求。
3.等離子處理機(jī)主要用途
?、俚入x子體表面處理:為了提高刀具、模具等的性能,可以用等離子體對(duì)金屬表面進(jìn)行氮、碳、硼或碳氮的滲透。這種方法的特點(diǎn)是,不是在表面加一覆蓋層,而是改變基體表面的材料結(jié)構(gòu)及其性能。等離子處理機(jī)過程中,工件溫度比較低,不使工件變形,這對(duì)精密的部件很重要。這一方法可以應(yīng)用于各種金屬基體,主要有輝光放電滲氮,氮碳共滲,滲硼。
②等離子體在電子工業(yè)中的應(yīng)用:大規(guī)模集成電路片心的生產(chǎn)工藝,過去采用化學(xué)方式,采用等離子體方法代替之后,不僅降低了工藝過程中的溫度,還因?qū)⑼磕z、顯影、刻蝕、除膠等化學(xué)濕法改為等離子體干法,使工藝更簡單,便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,提高成品率。等離子體方法加工的片心分辨率及保真度都高,對(duì)提高集成度及可靠性均有利。
4.等離子體用于材料表面改性
①改變潤濕性(又稱浸潤性)。一些有機(jī)化合物表面的潤濕性對(duì)顏料、墨、粘結(jié)劑等的粘結(jié)性,對(duì)于材料表面的閃絡(luò)電壓及表面漏泄電流等電性能,都有很大的影響。衡量潤濕性的量稱為接觸角。
②增強(qiáng)粘附性。用等離子體活化氣體處理一些聚合物及金屬之后,可使材料與粘附劑的結(jié)合強(qiáng)度得到加強(qiáng)。原因可以是聚合物表面的交聯(lián)加強(qiáng)了邊界層的粘附力;或是等離子體處理過程中引入了偶極子而提高了聚合物表面粘附強(qiáng)度;也可能是等離子體處理消除了聚合物表面的污層,改善了粘附條件。電暈處理也有同樣效果。
③強(qiáng)化聚合物與聚合物的粘附。例如玻璃絲加強(qiáng)的環(huán)氧樹脂用氦等離子體處理后,與硫化橡膠的粘附增強(qiáng)233%。聚酯輪胎線經(jīng)過等離子體處理(如NH3)后,與橡膠的粘附強(qiáng)度提高8.4倍。
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