最新Plasma工作原理

1、plasma工作原理工作原理介绍介绍工作原理工作原理清洁效果的检验清洁效果的检验 pull and shear tests water contact angle measurement auger electron spectroscopic analysisplasma机构原理图机构原理图plasma产生的原理产生的原理plasma产生的条件产生的条件ar/o2 plasma的原理的原理plasma processplasma parameter(pc32系列系列)plasma 功效功效早期,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

2、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-彭齐全工作原理工作原理l当当chamber内部之压力低到某一程度内部之压力低到某一程度(约约10-1 torr左右左右)时时, 气态正离子开始往负电极移动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由于受电场作用会加速撞击负电极板, 产生产生电极板表面原子电极板表面原子, 杂质分子和离子以及二次杂质分子和离子以及二次电子电子(e-)等等, 此此e-又会

3、受电场作用往正电极又会受电场作用往正电极方向移动方向移动, 于移动过程会撞击于移动过程会撞击chamber内之内之气体分子气体分子(ex. : ar原子原子等等), 产生产生ar+等气态等气态正离子正离子, 此此ar+再受电场的作用去撞击负电极再受电场的作用去撞击负电极板板, 又再产生表面原子以及二次电子又再产生表面原子以及二次电子(e-)等等, 如此周而复始之作用即为如此周而复始之作用即为plasma产生之原产生之原理理.13.56mhz+are-+are-pcbar高频电极地极检验方法检验方法- pull and shear testlpull and shear test 应用最为广泛应

4、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.钩针检验方法检验方法- pull and shear testl应用最为广泛应用最为广泛.当一滴水珠滴到未清洗的基板上时的当一滴水珠滴到未清洗的基板上时的扩散效果会很差扩散效果会很差,而经清洗后的基板则会很好而经清洗后的基板则会很好.contact angle =2清 洗 前清 洗 前 (角 度角 度 )清 洗 后清 洗 后 (角 度角 度 )no.17710no.27617no.37616no.47812no.573.614no.17410no.2

5、71.69no.37012no.47212no.57511rx3rx5最高点检验方法检验方法- pull and shear testlauger electron spectroscopic(aes) 此测试为此测试为pad表面材料的分析表面材料的分析,plasma清洗前后清洗前后的的pad表面材料会发生明显变化表面材料会发生明显变化,此方法可以测定此方法可以测定pad表面材料的成分表面材料的成分.是目前最好的是目前最好的plasma效果测试效果测试手段手段,但设备昂贵但设备昂贵.清洗前清洗前(%) 清洗后清洗后(%)au62.479.16cu3.4-ni3.2-o10.718.22c17.

6、8712.62s2.42-plasma机构原理图机构原理图plasma产生的条件产生的条件l足够的反应气体和反应气压l反应产物须能高速撞击清洗物的表面l具有足够的能量供应l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vacuum pump将其抽走lpump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o2 plasmao2是利用自由原子以化学方法蚀除有机物的, o2 + e - 2oe co2 + h2oe 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ar plasma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

7、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plasma process:energetic process (积极的处理)适合于etching/cleaningmoderate process(中等的处理) 适合于表面活化plasma parameter (pc32系列系列)lelectrode configuration（形成电场）lprocess gas selected for use（ar）lflow r

8、ate / pressure of selected gas(2cc/min)lamount of rf energy applied to the vacuum pumplvacuum chamber threshold pressure （0.2mpa) plasma 功效功效w/b的主要污染物为的主要污染物为: smt残留物:松香:主要成分为polyethylene(聚乙烯聚乙烯) polypropylene(聚丙烯聚丙烯)等有机物; 癸烷:(smt清洗液残留物)主要成分: pdystyrene(聚苯乙烯聚苯乙烯)mylar(聚酯薄膜聚酯薄膜)等有机物; 金属表面氧化物; 已经硬化的光敏

9、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!表表 面面 活活 化化表面活化主要用于聚合体表面活化主要用于聚合体( (polymers),polymers),通过通过plasmaplasma的洗的洗,( ,(在在o2o2或或ar plasmaar plasma中进行短暂的暴光即可中进行短暂的暴光即可), ),可以增加表面的可以增加表面的粘着力粘着力. .原理原理: 通过通过plasma,清除表面的污染物清除表面的污染物, 使其表面变粗使其表面变粗,可可以暴露出更多的表面区域以暴露出更多

10、的表面区域,以建立以建立miniature dipoles(微形微形的双极子的双极子),从而增加电性的粘着力从而增加电性的粘着力.具体请见具体请见目前使用的目前使用的ar的成份的成份lar = 99.99%ln2 = 55 ppmlo2 = 10 ppmlh2 = 5 ppmlh2o =20 ppml总的碳含量总的碳含量 = 10 ppmar的纯度与清洗的效果的纯度与清洗的效果l在在plasmaplasma清洗时清洗时, ,首先利用首先利用vacuum pumpvacuum pump将将chamberchamber内的空气抽至设定的内的空气抽至设定的gas stable(gas stable(

11、不可不可能将空气完全抽空能将空气完全抽空),),然后就开始注入然后就开始注入ar,ar,当当arar的含量达到设定的体积后的含量达到设定的体积后( (通过监控通过监控chamberchamber的的压力值压力值),),rf on,plasmarf on,plasma产生产生. .l因而因而, ,在反映中在反映中arar与一定数量的空气同时存在与一定数量的空气同时存在; ;l当当arar的纯度不足的纯度不足, ,即空气的成分稍多时即空气的成分稍多时, ,也不会也不会有太多的影响有太多的影响( (arar分子数量分子数量分子间隔分子间隔. .normalized energy distributi

12、onl分裂分子所须的分裂分子所须的能量能量(dissociation)l原子离子化所需原子离子化所需的能量的能量(ionization) electron energycross-sectionionizationdissociationelectron energy distribution实际应用实际应用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epoxy outgas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清洗后的基板可用打线后测推拉力来monitormoni

13、tor其清洗效果其清洗效果实际应用实际应用2.用于wb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molding compound与基板 的结合. 2.2其原理如下:ar + e - ar+ + 2e - - ar+ + cxhy# of# ofwire size pull# of bond failurelab#1deviceswires(mils)testfailuresrateplasma cleaned 2513801.55g60.43%plasma cleaned1001.03g1111%control2513781.55g100

14、.73%control941.03g2324.50%lab#2plasma cleaned5013751.03.5g80.58%control5013751.03.5g261.89%plasma 参数参数0.2 torr pressure; 75 watts power; 113 lpm vacuum.plasma 效果表效果表（bond yield)未经未经plasma结果结果经经plasma后效后效果果pull strengthfsilure mode42l52l4.7n16.5n16.5n17.8n26.3n26n16.7n16.2n14.52l2.92l5.1n24.42l2.22l3

15、.22lavg.std.deviation5.31.89pull strengthfsilure mode7.7n16.8n13.9n16.2wb6.7wb4.6n15.3wb4.7n16.4n17.1n18.3wb9.3n18n17.6wb6.1n1avg.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对拉力测试的影响对拉力测试的影响结结 论论: 综上所述:在wire bonding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wire pull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argon plasma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! 目前目前hybird所使用所使用plasma:argon plasma-pc32p-m使用场合使用场合 :wire bonding之前及molding之前;主要作用主要作用 :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; mo