Plasma工作原理PPT課件

1、2021/3/91Plasma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 AnalysisPlasma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 ProcessPlasma 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(dāng)DM工藝后，經(jīng)過烘烤，使原鍍金層下的Ni元素會上移到表

2、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2021/3/92工作原理工作原理l當(dāng)當(dāng)chamber內(nèi)部之壓力低到某一程度內(nèi)部之壓力低到某一程度(約約10-1 torr左右左右)時時, 氣態(tài)正離子開始往負電極移動氣態(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由於受電場作用會加速撞擊負電極板, 產(chǎn)生產(chǎn)生電極板表面原子電極板表面原子, 雜質(zhì)分子和離子以及二次雜質(zhì)分子和離子以及二次電子電子(e-)等等, 此此e-又會受電場作用往正電極又會受電場作用往正電

3、極方向移動方向移動, 於移動過程會撞擊於移動過程會撞擊chamber內(nèi)之內(nèi)之氣體分子氣體分子(ex. : Ar原子原子等等), 產(chǎn)生產(chǎn)生Ar+等氣態(tài)等氣態(tài)正離子正離子, 此此Ar+再受電場的作用去撞擊負電極再受電場的作用去撞擊負電極板板, 又再產(chǎn)生表面原子以及二次電子又再產(chǎn)生表面原子以及二次電子(e-)等等, 如此周而復(fù)始之作用即為如此周而復(fù)始之作用即為Plasma產(chǎn)生之原產(chǎn)生之原理理.13.56MHz+Are-+Are-PCBAr高頻電極地極2021/3/93檢驗方法檢驗方法- Pull and Shear testlPull and Shear test 應(yīng)用最為廣泛應(yīng)用最為廣泛.推力頭根

4、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.鉤針2021/3/94檢驗方法檢驗方法- Pull and Shear testl應(yīng)用最為廣泛應(yīng)用最為廣泛.當(dāng)一滴水珠滴到未清洗的基板上時的當(dāng)一滴水珠滴到未清洗的基板上時的擴散效果會很差擴散效果會很差,而經(jīng)清洗后的基板則會很好而經(jīng)清洗后的基板則會很好.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.27

5、1.69No.37012No.47212No.57511RX3RX5最高點2021/3/95檢驗方法檢驗方法- Pull and Shear testlAuger Electron Spectroscopic(AES) 此測試為此測試為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表面材料會發(fā)生明顯變化表面材料會發(fā)生明顯變化,此方法可以測定此方法可以測定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效果測試效果測試手段手段,但設(shè)備昂貴但設(shè)備昂貴.清洗前清洗前(%) 清洗后清洗后(%)Au62.479.16Cu3.4-Ni3.2-O10.71

6、8.22C17.8712.62S2.42-2021/3/96Plasma機構(gòu)原理圖機構(gòu)原理圖2021/3/97Plasma產(chǎn)生的條件產(chǎn)生的條件l足夠的反應(yīng)氣體和反應(yīng)氣壓l反應(yīng)產(chǎn)物須能高速撞擊清洗物的表面l具有足夠的能量供應(yīng)l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lPump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2021/3/98O2 PlasmaO2是利用自由原子以化學(xué)方法蝕除有機物的, 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2

7、021/3/99Ar 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2021/3/910Plasma Process:Energetic Process (積極的處理)適合于Etching/cleaningModerate Process(中等的處理) 適合于表面活化2021/3/911Plasma Parameter (Pc32系列系列)lElect

8、rode configuration（形成電場）lProcess gas selected for use（Ar）lFlow rate / pressure of selected gas(2cc/min)lAmount of RF energy applied to the vacuum pumplVacuum chamber threshold pressure （0.2Mpa) 2021/3/912Plasma 功效功效W/B的主要污染物為的主要污染物為: SMT殘留物:松香:主要成分為Polyethylene(聚乙烯聚乙烯) Polypropylene(聚丙烯聚丙烯)等有機物; 癸烷:

9、(SMT清洗液殘留物)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!2021/3/913表表 面面 活活 化化表面活化主要用于聚合體表面活化主要用于聚合體( (Polymers),Polymers),通過通過PlasmaPlasma的洗的洗,( ,(在在O2O2或或Ar PlasmaAr Plasma中進行短暫的暴光即可中進行短暫的暴光即可), ),可以增加表面

10、的可以增加表面的粘著力粘著力. .原理原理: 通過通過Plasma,清除表面的污染物清除表面的污染物, 使其表面變粗使其表面變粗,可可以暴露出更多的表面區(qū)域以暴露出更多的表面區(qū)域,以建立以建立miniature dipoles(微形微形的雙極子的雙極子),從而增加電性的粘著力從而增加電性的粘著力.具體請見具體請見2021/3/914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總的碳含量總的碳含量 = 10 ppm2021/3/915Ar的純度與清洗的效果的純度與清洗的效果l在在Pla

11、smaPlasma清洗時清洗時, ,首先利用首先利用Vacuum pumpVacuum pump將將ChamberChamber內(nèi)的空氣抽至設(shè)定的內(nèi)的空氣抽至設(shè)定的gas stable(gas stable(不可不可能將空氣完全抽空能將空氣完全抽空),),然后就開始注入然后就開始注入Ar,Ar,當(dāng)當(dāng)ArAr的含量達到設(shè)定的體積后的含量達到設(shè)定的體積后( (通過監(jiān)控通過監(jiān)控ChamberChamber的的壓力值壓力值),),RF ON,PlasmaRF ON,Plasma產(chǎn)生產(chǎn)生. .l因而因而, ,在反映中在反映中ArAr與一定數(shù)量的空氣同時存在與一定數(shù)量的空氣同時存在; ;l當(dāng)當(dāng)ArAr的純

12、度不足的純度不足, ,即空氣的成分稍多時即空氣的成分稍多時, ,也不會也不會有太多的影響有太多的影響( (ArAr分子數(shù)量分子數(shù)量分子間隔分子間隔. .2021/3/916Normalized Energy Distributionl分裂分子所須的分裂分子所須的能量能量(Dissociation)l原子離子化所需原子離子化所需的能量的能量(Ionization) Electron EnergyCross-sectionIonizationDissociationElectron Energy Distribution2021/3/917實際應(yīng)用實際應(yīng)用1.目前PLASMA用于W/B之前清洗基板

13、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清洗后的基板可用打線后測推拉力來MonitorMonitor其清洗效果其清洗效果2021/3/918實際應(yīng)用實際應(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Molding compound與基板 的結(jié)合. 2.2其原理如下:Ar + e - Ar+ + 2e - - Ar+ + CxHy2021/3/919# of# ofWire S

14、ize Pull# of Bond FailureLab#1DevicesWires(mils)TestFailuresRatePlasma Cleaned 2513801.55g60.43%Plasma Cleaned1001.03g1111%Control2513781.55g100.73%Control941.03g2324.50%Lab#2Plasma Cleaned5013751.03.5g80.58%Control5013751.03.5g261.89%Plasma 參數(shù)參數(shù)0.2 torr pressure; 75 watts power; 113 lpm vacuum.Plas

15、ma 效果表效果表（Bond yield)2021/3/920未經(jīng)未經(jīng)Plasma結(jié)果結(jié)果經(jīng)經(jīng)Plasma后效后效果果Pull StrengthFsilure Mode42L52L4.7N16.5N16.5N17.8N26.3N26N16.7N16.2N14.52L2.92L5.1N24.42L2.22L3.22LAVG.STD.DEVIATION5.31.89Pull StrengthFsilure Mode7.7N16.8N13.9N16.2WB6.7WB4.6N15.3WB4.7N16.4N17.1N18.3WB9.3N18N17.6WB6.1N1AVG.STD.DEVIATION6.6

16、51.57N1: B點斷線 WB: C點斷線2L: 第二點翹線 N2: D點斷線Plasma對拉力測試的影響對拉力測試的影響2021/3/921結(jié)結(jié) 論論: 綜上所述:在Wire Bonding著線之前進行PLASMA清洗,可以相當(dāng)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 Pull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! 2021/3/922目前目前HYBIRD所使用所使用PLASMA:Argon Plasma-pc32P-M使用場合使用場合 :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