Plasma等离子原理介绍(精)

以下为转载Plasma工作原理介紹工作原理清洁效果的检验PullandSheartestsWatercontactanglemeasurementAugerElectronSpectroscopicAnalysisPlasma机构原理圖Plasma產生的原理Plasma產生的條件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----劉卓更新版----彭齊全工作原理當chamber內部之壓力低到某一程度(約10-1torr左右)時,氣態正離子開始往負電極移動,由於受電場作用會加速撞擊負電極板,產生電極板表面原子,雜質分子和離子以及二次電子(e-)…等,此e-又會受電場作用往正電極方向移動,於移動過程會撞擊chamber內之氣體分子(ex.:Ar原子…等),產生Ar+等氣態正離子,此Ar+再受電場的作用去撞擊負電極板,又再產生表面原子以及二次電子(e-)…等,如此周而復始之作用即為Plasma產生之原理.13.56MHz+Are-+Are-PCBAr高頻電極地極檢驗方法-----PullandSheartestPullandSheartest應用最為廣泛.推力頭根据推力值可以判定Plasma效果如何,如果效果較差則推力值會小.根据拉力值可以判定Plasma效果如何,如果效果差則拉力值小.鉤針檢驗方法-----PullandSheartest應用最為廣泛.當一滴水珠滴到未清洗的基板上時的擴散效果會很差,而經清洗后的基板則會很好.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最高點檢驗方法-----PullandSheartestAugerElectronSpectroscopic(AES)此測試為Pad表面材料的分析,Plasma清洗前后的Pad表面材料會發生明顯變化,此方法可以測定Pad表面材料的成分.是目前最好的Plasma效果測試手段,但設備昂貴.清洗前(%)清洗后(%)Au62.479.16Cu3.4-Ni3.2-O10.718.22C17.8712.62S2.42-Plasma机构原理圖Plasma產生的條件足夠的反應氣體和反應气壓反應產物須能高速撞擊清洗物的表面具有足夠的能量供應反應后所產生的物質必須是可揮發性的細微結合物,以便于VacuumPump將其抽走Pump的容量和速度須足夠大,以便迅速排出反應的付產品,及再填充反應氣體O2PlasmaO2是利用自由原子以化學方法蝕除有機物的,O2+e------2O＋eCO2+H2O＋e優點:清洗速度比較快,并且清洗的效果顯著,比較干淨缺點:不适宜易氧化的材料的清洗有机物ArPlasma利用比較重的離子,以物理方法打破有機物脆弱的化學鍵並是表面污染物脫離被清洗物表面,清除有机物得方程式為﹕Ar+e------Ar++2e------Ar++CxHy優點:由于Ar為惰性氣體,不會氧化材質,因而被普遍使用缺點:清洗效果較弱.因此O2+Ar的效果比較好PlasmaProcess:EnergeticProcess(積极的處理)适合于Etching/cleaningModerateProcess(中等的處理)适合于表面活化PlasmaParameter(Pc32系列)Electrodeconfiguration（形成電場）Processgasselectedforuse（Ar）Flowrate/pressureofselectedgas(2cc/min)AmountofRFenergyappliedtothevacuumpumpVacuumchamberthresholdpressure（0.2Mpa)Plasma功效W/B的主要污染物為:SMT殘留物:松香:主要成分為Polyethylene(聚乙烯)Polypropylene(聚丙烯)等有机物;癸烷:(SMT清洗液殘留物)主要成分:Pdystyrene(聚苯乙烯)Mylar(聚酯薄膜)等有机物;金屬表面氧化物;已經硬化的光敏元素:,如:焊錫等無机物;空气中的各种有机無机顆粒及基板表面的殘留液体.PLASMA對所有的有机物都有明顯得清洗作用,但是他對硬化焊錫等無机物卻物能為力!表面活化表面活化主要用于聚合體(Polymers),通過Plasma的洗,(在O2或ArPlasma中進行短暫的暴光即可),可以增加表面的粘著力.原理:通過Plasma,清除表面的污染物,使其表面變粗,可以暴露出更多的表面區域,以建立miniaturedipoles(微形的雙極子),從而增加電性的粘著力.具体請見﹕目前使用的Ar的成份Ar=99.99%N2=55ppmO2=10ppmH2=5ppmH2O=20ppm總的碳含量=10ppmAr的純度與清洗的效果在Plasma清洗時,首先利用Vacuumpump將Chamber內的空氣抽至設定的gasstable(不可能將空氣完全抽空),然后就開始注入Ar,當Ar的含量達到設定的體積后(通過監控Chamber的壓力值),RFON,Plasma產生.因而,在反映中Ar與一定數量的空氣同時存在;當Ar的純度不足,即空氣的成分稍多時,也不會有太多的影響(Ar分子數量--分子間隔.NormalizedEnergyDistribution分裂分子所須的能量(Dissociation)原子離子化所需的能量(Ionization)ElectronEnergyCross-sectionIonizationDissociationElectronEnergyDistribution實際應用1.目前PLASMA用于W/B之前清洗基板上附著的有机物(如FLUX的殘留﹑清洗劑的殘留﹑Epoxyoutgas等),以利于打線.其原理如下:Ar+e------Ar++2e------Ar++CxHy清洗后的基板﹐可用打線后測推拉力來Monitor其清洗效果﹒實際應用2.用于W／B之后﹐Moding之前2.1主要作用:活化基板,增加接触面積,提高表面分子的物理活化性,以利于Moldingcompound與基板的結合.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參數﹕0.2torrpressure;75wattspower;113lpmvacuum.²Plasma效果表（Bondyield)未經Plasma結果經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點斷線WB:C點斷線2L:第二點翹線N2:D點斷線Plasma對拉力測試的影響結論:綜上所述:在WireBonding著線之前進行PLASMA清洗,可以相當程度的降低著線失效率,同時還能夠提高著線質量,增大WirePull值提高產品的可靠性和穩定性.如果著線失敗的原因是由于基板表面殘留液.PAD表面氧化物.或其他有机污染物造成的,那么ArgonPLASMA將會對這些污染物進行很好得處理,並最大限度地蝕除污染物,從而提高著線質量!目前HYBIRD所使用PLASMA:ArgonPlasma----pc32P-M使用場合: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主要蝕除PAD上氧化物,清除表面雜質,同時增加PAD表面粗糙度和接触面積,從而提高著線可靠性與穩定性;Molding之前主要是增加表面洁淨度与接触面積,以便改善表面分子活性!參數設置:Power:300WPressure:0.22TorrTime:20SGasFlow:5cc/min效果:目前P1,P2均為ArgonPlasma,對無机顆粒有較好的清除效果,但由于其通過物理作用來處理表面有机物,所以速度較慢,效果也並不是很好;如果能結合O2對有机物的化學作用,PLASMA的效果會更加明顯,建議:用(Ar+O2)PLASMA代替(Ar)PLASMA