Plasma工作原理精品課件

1、Plasma工作原理介紹,工作原理 清潔效果的檢驗 Pull and Shear tests Water contact angle measurement Auger Electron Spectroscopic Analysis Plasma機構(gòu)原理圖 Plasma產(chǎn)生的原理 Plasma產(chǎn)生的條件 Ar/O2 Plasma的原理 Plasma Process Plasma Parameter(pc32系列) Plasma 功效,早期,日本為了迎合高集成度的電子制造技術(shù)，開始使用超薄鍍金技術(shù)，鍍金厚度小于0.05mm。但問題也隨之而來，當DM工藝后，經(jīng)過烘烤，使原鍍金層下的Ni元素會上移到

2、表面。在隨后的WB工藝中由于這些Ni元素及其他沾污會導(dǎo)致著線不佳現(xiàn)象，甚至著不上線（漏線，少線，第一點剝離，第二點剝離）。Plasma清洗機也就隨之出現(xiàn)。,初版-劉卓 更新版-彭齊全,工作原理,當chamber內(nèi)部之壓力低到某一程度(約10-1 torr左右)時, 氣態(tài)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(chǎn)生電極板表面原子, 雜質(zhì)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(nèi)之氣體分子(ex. : Ar原子等), 產(chǎn)生Ar+等氣態(tài)正離子, 此Ar+再受電場的作用去撞擊負電極板, 又再產(chǎn)生表面原子以及二次電子

3、(e-)等, 如此周而復(fù)始之作用即為Plasma產(chǎn)生之原理.,13.56MHz,+Ar,e-,+Ar,e-,PCB,Ar,高頻電極,地極,檢驗方法- Pull and Shear test,Pull and Shear test 應(yīng)用最為廣泛.,根據(jù)推力值可以判定Plasma效果如何,如果效果較差則推力值會小.,根據(jù)拉力值可以判定Plasma效果如何,如果效果差則拉力值小.,檢驗方法- Pull and Shear test,應(yīng)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(jīng)清洗后的基板則會很好.,Contact Angle =2,最高點,檢驗方法- Pull and Shea

4、r test,Auger Electron Spectroscopic(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(fā)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(shè)備昂貴.,Plasma機構(gòu)原理圖,Plasma產(chǎn)生的條件,足夠的反應(yīng)氣體和反應(yīng)氣壓 反應(yīng)產(chǎn)物須能高速撞擊清洗物的表面 具有足夠的能量供應(yīng) 反應(yīng)后所產(chǎn)生的物質(zhì)必須是可揮發(fā)性的細微結(jié)合物,以便于Vacuum Pump將其抽走 Pump的容量和速度須足夠大,以便迅速排出反應(yīng)的付產(chǎn)品,及再填充反應(yīng)氣體,O2 Plasma,O2是利用自由原子以化學(xué)方法蝕除有機物的,

5、 O2 + e - 2Oe CO2 + H2Oe 優(yōu)點: 清洗速度比較快,并且清洗的效果顯著,比較干淨(jìng) 缺點: 不適宜易氧化的材料的清洗,有機物,Ar Plasma,利用比較重的離子,以物理方法打破有機物脆弱的化學(xué)鍵並是表面污染物脫離被清洗物表面,清除有機物得方程式為 Ar + e - Ar+ + 2e - - Ar+ + CxHy 優(yōu)點:由于Ar為惰性氣體,不會氧化材質(zhì),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,Plasma Process:,Energetic Process (積極的處理) 適合于Etching/cleaning,Moderate Proce

6、ss(中等的處理) 適合于表面活化,Plasma Parameter (Pc32系列),Electrode configuration（形成電場） Process gas selected for use（Ar） Flow rate / pressure of selected gas(2cc/min) Amount of RF energy applied to the vacuum pump Vacuum chamber threshold pressure （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) Po

7、lypropylene(聚丙烯)等有機物; 癸烷:(SMT清洗液殘留物)主要成分: Pdystyrene(聚苯乙烯)Mylar(聚酯薄膜)等有機物; 金屬表面氧化物; 已經(jīng)硬化的光敏元素:,如:焊錫等無機物; 空氣中的各種有機無機顆粒及基板表面的殘留液體.,PLASMA對所有的有機物都有明顯得清洗作用,但是 他對硬化焊錫等無機物卻物能為力!,表 面 活 化,表面活化主要用于聚合體(Polymers),通過Plasma的洗,(在O2或Ar Plasma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(qū)域,以建立min

8、iature dipoles(微形的雙極子),從而增加電性的粘著力.具體請見,目前使用的Ar的成份,Ar = 99.99% N2 = 55 ppm O2 = 10 ppm H2 = 5 ppm H2O =20 ppm 總的碳含量 = 10 ppm,Ar的純度與清洗的效果,在Plasma清洗時,首先利用Vacuum pump將Chamber內(nèi)的空氣抽至設(shè)定的gas stable(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(shè)定的體積后(通過監(jiān)控Chamber的壓力值),RF ON,Plasma產(chǎn)生. 因而,在反映中Ar與一定數(shù)量的空氣同時存在; 當Ar的純度不足,即空氣的成分稍多

9、時,也不會有太多的影響(Ar分子數(shù)量分子間隔.,Normalized Energy Distribution,分裂分子所須的能量(Dissociation) 原子離子化所需的能量(Ionization),實際應(yīng)用,1.目前PLASMA用于W/B之前清洗基板上附著的有機物(如FLUX的殘留清洗劑的殘留Epoxy outgas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(yīng)用,2.用于WB之后Moding之前 2.1主要作用: 活化基板,增加接觸面積,提高表面分子的物 理活化性,以利于

10、Molding compound與基板 的結(jié)合. 2.2其原理如下: Ar + e - Ar+ + 2e - - Ar+ + CxHy,Plasma 參數(shù)0.2 torr pressure; 75 watts power; 113 lpm vacuum.,Plasma 效果表（Bond yield),未經(jīng)Plasma結(jié)果,經(jīng)Plasma后效果,N1: 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(jié) 論:,綜上所述:在Wire Bonding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(zhì)量,增大Wire P

11、ull值 提高產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn)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. 或其他有機污染物造成的,那么Argon PLASMA 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(zhì)量!,目前HYBIRD所使用PLASMA:,Argon Plasma-pc32P-M,使用場合 :Wire Bonding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(zhì),同時增加PAD表面粗糙度和接觸面積,從而提高著線可靠性與穩(wěn)定性; Molding之前主要是增加表面潔淨(jìng)度與接觸面積,以便改善表面分子活性! 參數(shù)設(shè)置 : Power: 300W Pressure:0.22Torr