Plasma工作原理

Plasma工作原理介绍工作原理清洁效果的检验PullandSheartestsWatercontactanglemeasurementAugerElectronSpectroscopicAnalysisPlasma机构原理图Plasma产生的原理Plasma产生的条件Ar/O2Plasma的原理PlasmaProcessPlasmaParameter－－(pc32系列)Plasma功效早期,日本为了迎合高集成度的电子制造技术，开始使用超薄镀金技术，镀金厚度小于0.05mm。但问题也随之而来，当DM工艺后，经过烘烤，使原镀金层下的Ni元素会上移到表面。在随后的WB工艺中由于这些Ni元素及其他沾污会导致着线不佳现象，甚至着不上线（漏线，少线，第一点剥离，第二点剥离）。Plasma清洗机也就随之出现。初版----刘卓更新版----彭齐全工作原理当chamber内部之压力低到某一程度(约10-1torr左右)时,气态正离子开始往负电极移动,由于受电场作用会加速撞击负电极板,产生电极板表面原子,杂质分子和离子以及二次电子(e-)…等,此e-又会受电场作用往正电极方向移动,于移动过程会撞击chamber内之气体分子(ex.:Ar原子…等),产生Ar+等气态正离子,此Ar+再受电场的作用去撞击负电极板,又再产生表面原子以及二次电子(e-)…等,如此周而复始之作用即为Plasma产生之原理.13.56MHz+Are-+Are-PCBAr高频电极地极检验方法-----PullandSheartestPullandSheartest应用最为广泛.推力头根据推力值可以判定Plasma效果如何,如果效果较差则推力值会小.根据拉力值可以判定Plasma效果如何,如果效果差则拉力值小.钩针检验方法-----PullandSheartest应用最为广泛.当一滴水珠滴到未清洗的基板上时的扩散效果会很差,而经清洗后的基板则会很好.ContactAngle=2清洗前(角度)清洗后(角度)No.17710No.27617No.37616No.47812No.573.614No.17410No.271.69No.37012No.47212No.57511RX3RX5最高点检验方法-----PullandSheartestAugerElectronSpectroscopic(AES)此测试为Pad表面材料的分析,Plasma清洗前后的Pad表面材料会发生明显变化,此方法可以测定Pad表面材料的成分.是目前最好的Plasma效果测试手段,但设备昂贵.清洗前(%)清洗后(%)Au62.479.16Cu3.4-Ni3.2-O10.718.22C17.8712.62S2.42-Plasma机构原理图Plasma产生的条件足够的反应气体和反应气压反应产物须能高速撞击清洗物的表面具有足够的能量供应反应后所产生的物质必须是可挥发性的细微结合物,以便于VacuumPump将其抽走Pump的容量和速度须足够大,以便迅速排出反应的付产品,及再填充反应气体O2PlasmaO2是利用自由原子以化学方法蚀除有机物的,O2+e------2O＋eCO2+H2O＋e优点:清洗速度比较快,并且清洗的效果显著,比较干净缺点:不适宜易氧化的材料的清洗有机物ArPlasma利用比较重的离子,以物理方法打破有机物脆弱的化学键并是表面污染物脱离被清洗物表面,清除有机物得方程式为﹕Ar+e------Ar++2e------Ar++CxHy优点:由于Ar为惰性气体,不会氧化材质,因而被普遍使用缺点:清洗效果较弱.因此O2+Ar的效果比较好PlasmaProcess:EnergeticProcess(积极的处理)适合于Etching/cleaningModerateProcess(中等的处理)适合于表面活化PlasmaParameter(Pc32系列)Electrodeconfiguration（形成电场）Processgasselectedforuse（Ar）Flowrate/pressureofselectedgas(2cc/min)AmountofRFenergyappliedtothevacuumpumpVacuumchamberthresholdpressure（0.2Mpa)Plasma功效W/B的主要污染物为:SMT残留物:松香:主要成分为Polyethylene(聚乙烯)Polypropylene(聚丙烯)等有机物;癸烷:(SMT清洗液残留物)主要成分:Pdystyrene(聚苯乙烯)Mylar(聚酯薄膜)等有机物;金属表面氧化物;已经硬化的光敏元素:,如:焊锡等无机物;空气中的各种有机无机颗粒及基板表面的残留液体.PLASMA对所有的有机物都有明显得清洗作用,但是他对硬化焊锡等无机物却物能为力!表面活化表面活化主要用于聚合体(Polymers),通过Plasma的洗,(在O2或ArPlasma中进行短暂的暴光即可),可以增加表面的粘着力.原理:通过Plasma,清除表面的污染物,使其表面变粗,可以暴露出更多的表面区域,以建立miniaturedipoles(微形的双极子),从而增加电性的粘着力.具体请见﹕目前使用的Ar的成份Ar=99.99%N2=55ppmO2=10ppmH2=5ppmH2O=20ppm总的碳含量=10ppmAr的纯度与清洗的效果在Plasma清洗时,首先利用Vacuumpump将Chamber内的空气抽至设定的gasstable(不可能将空气完全抽空),然后就开始注入Ar,当Ar的含量达到设定的体积后(通过监控Chamber的压力值),RFON,Plasma产生.因而,在反映中Ar与一定数量的空气同时存在;当Ar的纯度不足,即空气的成分稍多时,也不会有太多的影响(Ar分子数量--分子间隔.NormalizedEnergyDistribution分裂分子所须的能量(Dissociation)原子离子化所需的能量(Ionization)ElectronEnergyCross-sectionIonizationDissociationElectronEnergyDistribution实际应用1.目前PLASMA用于W/B之前清洗基板上附着的有机物(如FLUX的残留﹑清洗剂的残留﹑Epoxyoutgas等),以利于打线.其原理如下:Ar+e------Ar++2e------Ar++CxHy清洗后的基板﹐可用打线后测推拉力来Monitor其清洗效果﹒实际应用2.用于W／B之后﹐Moding之前2.1主要作用:活化基板,增加接触面积,提高表面分子的物理活化性,以利于Moldingcompound与基板的结合.2.2其原理如下:Ar+e------Ar++2e------Ar++CxHy#of#ofWireSizePull#ofBondFailureLab#1DevicesWires(mils)TestFailuresRatePlasmaCleaned2513801.55g60.43%PlasmaCleaned1001.03g1111%Control2513781.55g100.73%Control941.03g2324.50%Lab#2PlasmaCleaned5013751.03.5g80.58%Control5013751.03.5g261.89%Plasma参数﹕0.2torrpressure;75wattspower;113lpmvacuum.²Plasma效果表（Bondyield)未经Plasma结果经Plasma后效果PullStrengthFsilureMode42L52L4.7N16.5N16.5N17.8N26.3N26N16.7N16.2N14.52L2.92L5.1N24.42L2.22L3.22LAVG.STD.DEVIATION5.31.89PullStrengthFsilureMode7.7N16.8N13.9N16.2WB6.7WB4.6N15.3WB4.7N16.4N17.1N18.3WB9.3N18N17.6WB6.1N1AVG.STD.DEVIATION6.651.57N1:B点断线WB:C点断线2L:第二点翘线N2:D点断线Plasma对拉力测试的影响结论:综上所述:在WireBonding着线之前进行PLASMA清洗,可以相当程度的降低着线失效率,同时还能够提高着线质量,增大WirePull值提高产品的可靠性和稳定性.如果着线失败的原因是由于基板表面残留液.PAD表面氧化物.或其他有机污染物造成的,那么ArgonPLASMA将会对这些污染物进行很好得处理,并最大限度地蚀除污染物,从而提高着线质量!目前HYBIRD所使用PLASMA:ArgonPlasma----pc32P-M使用场合:WireBonding之前及Molding之前;主要作用:清除基板表面污染物,W/B之前PLASMA主要蚀除PAD上氧化物,清除表面杂质,同时增加PAD表面粗糙度和接触面积,从而提高着线可靠性与稳定性;Molding之前主要是增加表面洁净度与接触面积,以便改善表面分子活性!参数设置:Power:300WPressure:0.22TorrTime:20SGasFlow:5cc/min效果:目前P1,P2均为ArgonPlasma,对无机颗粒有较好的清除效果,但由于其通过物理作用来处理表面有机物,所以速度较慢,效果也并不是很好;如果能结合O2对有机物的化学作用,PLASMA的效果会更加明显,建议:用(Ar+O2)PLASMA代替(Ar)PLASMA