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等離子清洗作用、效果
  • 發布日期:2017-06-01      瀏覽次數:1303
    • DENGLIZIQINGXIZUOYONG、XIAOGUO:

      等離子體是氣體分子在真空、放電等特殊場合下產生的獨特現象和物質。典型等離子是由電
      子、離子、自由基和質子組成。就像把固體轉變成氣體需要能量一樣, 產生離子體也需要能量。
      離子體能夠導電,與電磁力起反應。小型等離子清洗" 刻蝕機中產生等離子體的裝置, 是在密封容器中設置兩個電極形成電場的,然后實現一定的真空度, 隨著氣體愈來愈稀薄,分子間距及分子或離子的自由運動距離也愈來愈長,在電場作用下,發生碰撞而形成等離子體,產生輝光放電。輝光放電時的氣壓大小、放電功率、氣體成分及流動速度和材料類型等對材料刻蝕效
      果有很大影響。由于等離子體產生的輝光放電是真空紫外光,其對蝕刻率有十分積極的影響,氣體中包含中性粒子、離子和電子。中性粒子和離子溫度102K-103K’,電子能量對應的溫度高達105K,被稱為“非平衡等離子體”或“冷等離子體”,表現為電中性(準中性);氣體所產生的自由基和離子活性很高,其能量幾乎足以破壞所有的化學鍵,在任何暴露的表面引起化學反應。等離子體中粒子的能量一般為幾個至幾十電子伏特,大于聚合物材料的結合鍵能(幾個至十幾電子伏特),完全可以破裂有機大分子的化學鍵而形成新鍵,但遠低于高能放射性射線,只涉及材料表面,不影響基體的性能。


      等離子體可以通過直流或高頻交流電場產生。當采用交流時,只能選用電信規定的科研及工業
      用頻段(中頻40KHZ、高頻13.56MKZ’、微波頻率2.45GHZ,否則會干擾無線電通信。常規情況下,等離子體的發生和對材料的處理效果與以下幾個方面相關。
      工藝氣體
      一般在等離子清洗中,可把活化氣體分為兩類,一類為惰性氣體的等離子體(如Ar2.,N2等);另一類為反應性氣體的等離子體(如O2.,H2、含氟氣體等)。以氬等離子為例, 在一個物理過程中,在氬等離子中產生的離子會以足夠的能量輻射表面,去掉表面污物。帶正電的氬等離子將被吸引到在真空艙體的負極板。由于高能等離子撞擊,撞擊力足以去除表面上的任何污垢,隨后污垢通過真空泵以氣體形式排出。
      氣體流量
      工藝艙體壓力與氣流速度、產品排氣率和泵速成函數關系。艙體內氣體接入量的不同,造成
      產生等離子體的密度不同,從而影響處理效果。
      功率
      通過提高等離子處理的功率,可增加等離子體的密度和能量, 從而加快等離子處理的速度。
      等離子體密度是單位體積內所包含的等離子體的數量。等離子體能量定義了等離子體進行表面物
      理轟擊的能力。
      時間
      工藝時間的長短與功率、氣體流量和氣體類型相關。以在PBGA基板上提高引線的鍵合能力為
      例,一個短時間的等離子處理,引線的鍵合強度相對于未處理前只提高了2%;但是將處理時間增加1/3,引線的鍵合強度將比未處理前提高20%。這里應該指出的是,過長的工藝時間并不總是可以提高材料的表面活性。從提高生產效率這方面出發,還應盡量減少工藝時間,這在大批量生產中尤為重要。實際上,在整個等離子處理過程中,影響處理效果的要素還包括過程溫度、氣體分配、真空度、電極設置、靜電保護等。等離子表面處理工藝的zui大特點是能對任何材質的材料進行處理,如金屬、半導體、氧化物和大多數高分子有機聚合物(聚丙烯、聚脂、聚酰亞胺、聚氯乙烷、環氧、聚四氟乙烯)等材料,并可實現整體、局部和復雜結構的表面處理。處理后的重要效果之一是提高基材表面的活性(附著力)。不同的元器件和材料在進行等離子處理時,需要根據具體情況和實驗數據制定適合的相關工藝。
      目前,小型等離子清洗,刻蝕機在國外已經得到了廣泛的應用,多數集中在小批量、高品質的大學、研究所以及跨國公司的半導體、材料和生命科學研究所等高科技行業。
      . 小型等離子清洗 刻蝕機的常規應用
      小型等離子清洗 刻蝕機在微電子研究、加工等行業中應用非常廣泛、已經成為微電子制造業
      中不可缺少的一道工藝,其具體應用如下。
      金屬表面去油及清潔金屬表面常常會有油脂、油污等有機物及氧化層, 在進行濺射、油漆、粘合、健合、焊接、銅焊和PVD,CVD 涂覆前,需要用等離子處理來得到完全潔凈和無氧化層的表面。在這種情況下的等離子處理會產生以下效果。
      灰化表面有機層被有機物污染表面會受到化學轟擊;在真空和瞬時高溫狀態下,污染物部分蒸發;在高能量離子的沖擊下污染物被擊碎并被真空帶出;紫外輻射破壞污染物。
      因為等離子處理每秒只能穿透幾個納米的厚度,所以被處理表面的污染層不能太厚。
      氧化物去除金屬氧化物會與處理氣體發生化學反應,這種處理要采用氫氣或者氫氣與氬氣的混合物。有時也采用兩步處理工藝。*步先用氧氣氧化表面5min,第二步用氫氣和氬氣的混合物去除氧化層。也可以同時用幾種氣體進行處理。
      焊接通常,印刷線路板在焊接前要用化學助焊劑處理。在焊接完成后這些化學物質必須采用等離子方法去除,否則會帶來腐蝕等問題。
      鍵合
      好的鍵合常常被電鍍、粘合、焊接操作時的殘留物削弱,這些殘留物能夠通過等離子方法有選擇地去除。同時氧化層對鍵合的質量也是有害的,也需要進行等離子清潔從而提高焊接的穩固性。
      等離子刻蝕
      在等離子刻蝕過程中,通過處理氣體的作用,被刻蝕物會變成氣相(例如在使用氟氣對硅刻蝕
      時。處理氣體和基體物質被真空泵抽出,表面連續被新鮮的處理氣體覆蓋。不希望被刻蝕部分要使用材料覆蓋起來(例如半導體行業用鉻做覆蓋材料)。等離子方法也用于刻蝕塑料表面,通過氧氣可以灰化填充混合物, 同時得到分布分析情況。刻蝕方法在塑料印刷和粘合時作為預處理手段是十分重要的,如POM,PPS 和PTFE。等離子處理可以大大地增加粘合潤濕面積。
      刻蝕和灰化PTFE刻蝕在未做處理的情況下不能印刷或粘合。眾所周知,使用活躍的堿性金屬可以增強粘合能力,但是這種方法不容易掌握,同時溶液是有毒的。使用等離子方法不僅保護環境,還能達到更好的效果;等離子結構可以使表面zui大化,同時在表面形成一個活性層,這樣就能夠
      進行對塑料粘合、印刷操作,混合物的刻蝕必須十分仔細地進行,以免填充物被過度暴露,從而削弱粘合力。處理氣體可以是氧氣、氫氣和氬氣。可以應用于PE,PTFE,TPE,POM,ABS和丙烯。塑料、玻璃和陶瓷的表面活化和清潔塑料、玻璃、陶瓷與聚丙烯、PTFE一樣是沒有極性的,因此這些材料在印刷、粘合、涂覆前要進行處理。同時,玻璃和陶瓷表面的輕微金屬污染也可以用等離子方法清潔。等離子處理與灼燒處理相比不會損害樣品。同時還可以十分均勻地處理整個表面,不會產生有毒煙氣,中空和帶縫隙的樣品也可以處理。!不需要用溶劑進行預處理!所有的塑料都能應用!具有環保意義!占用很小工作空間!成本低廉如航天某所應用于凱富拉處理以改變其表面性質,使其具有粘合性,這樣便能和橡膠完全的粘合在一起。中科院電子所通過處理玻璃片使之具有親水性,從而在上面形成生物芯片。其實等離子表面處理效果可以簡單地用水來驗證,處理過的樣品表面完全被水潤濕。長時間的等離子處理(一般大于15min),材料表面不但被活化還會被刻蝕,刻蝕表面具有zui大潤濕能力。常用的處理氣體為空氣、氧氣、氬氣、氬氫混合氣體、CF4等。
      等離子涂鍍在涂鍍中兩種氣體同時進入反應艙,氣體在等離子環境下聚合。這種應用比活化和清潔的要求更嚴格一些。典型的應用是保護層的形成,應用于燃料容器、防刮表面、類似PTFE 材質的涂鍍、防水涂鍍等。涂鍍層非常薄,通常為幾個微米,此時表面的親和力非常好。常用的有防水涂鍍———環己物;類似PTFE 材質的涂鍍———含氟處理氣體; 親水涂鍍———乙烯醋酸。
      1 小型等離子清洗2 刻蝕機的特殊應用
      小型等離子清洗機在處理TEM樣品具有明顯的優勢。處理后生成物為二氧化碳和水,不會對環境造成污染,由于TEM 工作在非常潔凈的環境中,所以等離子清洗是目前處理TEM 樣品zui為理想的技術。它的優勢在于處理完后絕無殘留物;可以防止TEM樣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,不會形成吸收層;在高擴大率下得到更好的數據;zui真實的表面成像和表面成分分析;成本低、便于操作;即使樣品表面未形成污點,也可以通過等離子處理來優化觀察表面。
      另外,小型等離子清洗! 刻蝕機還應用于考古學、石棉分析、醫學研究、微生物工程等領域。


      等離子表面處理這門工藝現在正應用于LCD,LED,IC,PCB,SMT,BGA,引線框架、平板顯示器的清洗和蝕刻等領域。等離子清洗過的IC 可顯著提高焊線綁定強度,減少電路故障的可能性;溢出的樹脂、殘余的感光阻劑、溶液殘渣及其他有機污染物暴露于等離子體區域中,短時間內就能清除。PCB 制造商用等離子處理來去除污物和帶走鉆孔中的絕緣物。對許多產品,不論它們是應用于工業還是電子、航空、健康等行業,其可靠性很大一部分都依賴于兩個表面之間的粘合強度。不管表面是金屬、陶瓷、聚合物、塑料或是其中的復合物,經過等離子處理以后都能有效地提高粘合力,從而提高zui終產品的質量。等離子處理在提高任何材料表面活性的過程中是安全的、環保的、經濟的。
      小型等離子清洗! 刻蝕機可選擇三種不同的射頻頻率,以適應不同的清洗效率和清洗效果需要。
      與動輒十幾萬美元的大型產品相比具有以下特點:可以更靈活的操作,簡便地改變處理氣體的
      種類和處理程序;不會對科研人員的身體造成任何傷害;其成本對于等離子處理方法來說是微不
      足道的。

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