等離子清洗作用、效果

等離子清洗作用、效果：

等離子體是氣體分子在真空、放電等特殊場合下產(chǎn)生的*現(xiàn)象和物質(zhì)。典型等離子是由電
子、離子、自由基和質(zhì)子組成。就像把固體轉(zhuǎn)變成氣體需要能量一樣， 產(chǎn)生離子體也需要能量。
離子體能夠?qū)щ?，與電磁力起反應(yīng)。小型等離子清洗" 刻蝕機中產(chǎn)生等離子體的裝置， 是在密封容器中設(shè)置兩個電極形成電場的，然后實現(xiàn)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(fā)生碰撞而形成等離子體，產(chǎn)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(chǎn)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(yīng)的溫度高達105K，被稱為“非平衡等離子體”或“冷等離子體”，表現(xiàn)為電中性（準(zhǔn)中性）；氣體所產(chǎn)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(xué)鍵，在任何暴露的表面引起化學(xué)反應(yīng)。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(jié)合鍵能（幾個至十幾電子伏特），*可以破裂有機大分子的化學(xué)鍵而形成新鍵，但遠(yuǎn)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(chǎn)生。當(dāng)采用交流時，只能選用電信規(guī)定的科研及工業(yè)
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(guī)情況下，等離子體的發(fā)生和對材料的處理效果與以下幾個方面相關(guān)。
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(yīng)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(chǎn)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(fù)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(chǎn)品排氣率和泵速成函數(shù)關(guān)系。艙體內(nèi)氣體接入量的不同，造成
產(chǎn)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(nèi)所包含的等離子體的數(shù)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(guān)。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(yīng)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(chǎn)效率這方面出發(fā)，還應(yīng)盡量減少工藝時間，這在大批量生產(chǎn)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(shè)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(zhì)的材料進行處理，如金屬、半導(dǎo)體、氧化物和大多數(shù)高分子有機聚合物（聚丙烯、聚脂、聚酰亞胺、聚氯乙烷、環(huán)氧、聚四氟乙烯）等材料，并可實現(xiàn)整體、局部和復(fù)雜結(jié)構(gòu)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(jù)具體情況和實驗數(shù)據(jù)制定適合的相關(guān)工藝。
目前，小型等離子清洗,刻蝕機在國外已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，多數(shù)集中在小批量、高品質(zhì)的大學(xué)、研究所以及跨國公司的半導(dǎo)體、材料和生命科學(xué)研究所等高科技行業(yè)。
. 小型等離子清洗 刻蝕機的常規(guī)應(yīng)用
小型等離子清洗 刻蝕機在微電子研究、加工等行業(yè)中應(yīng)用非常廣泛、已經(jīng)成為微電子制造業(yè)
中*的一道工藝，其具體應(yīng)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*潔凈和無氧化層的表面。在這種情況下的等離子處理會產(chǎn)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(xué)轟擊；在真空和瞬時高溫狀態(tài)下，污染物部分蒸發(fā)；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(fā)生化學(xué)反應(yīng)，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(xué)助焊劑處理。在焊接完成后這些化學(xué)物質(zhì)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(zhì)量也是有害的，也需要進行等離子清潔從而提高焊接的穩(wěn)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(zhì)被真空泵抽出，表面連續(xù)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(dǎo)體行業(yè)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(yù)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。*，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(huán)境，還能達到更好的效果；等離子結(jié)構(gòu)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(xì)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(yīng)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(chǎn)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(yù)處理!所有的塑料都能應(yīng)用!具有環(huán)保意義!占用很小工作空間!成本低廉如航天某所應(yīng)用于凱富拉處理以改變其表面性質(zhì)，使其具有粘合性，這樣便能和橡膠*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*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(yīng)艙，氣體在等離子環(huán)境下聚合。這種應(yīng)用比活化和清潔的要求更嚴(yán)格一些。典型的應(yīng)用是保護層的形成，應(yīng)用于燃料容器、防刮表面、類似PTFE 材質(zhì)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(huán)己物；類似PTFE 材質(zhì)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(yīng)用
小型等離子清洗機在處理TEM樣品具有明顯的優(yōu)勢。處理后生成物為二氧化碳和水，不會對環(huán)境造成污染，由于TEM 工作在非常潔凈的環(huán)境中，所以等離子清洗是目前處理TEM 樣品zui為理想的技術(shù)。它的優(yōu)勢在于處理完后*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(shù)據(jù)；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(yōu)化觀察表面。
另外，小型等離子清洗! 刻蝕機還應(yīng)用于考古學(xué)、石棉分析、醫(yī)學(xué)研究、微生物工程等領(lǐng)域。


等離子表面處理這門工藝現(xiàn)在正應(yīng)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(lǐng)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(qū)域中，短時間內(nèi)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(chǎn)品，不論它們是應(yīng)用于工業(yè)還是電子、航空、健康等行業(yè)，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(fù)合物，經(jīng)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(chǎn)品的質(zhì)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(huán)保的、經(jīng)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(yīng)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(chǎn)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。