等離子清洗中的工藝氣體（O2、Ar、H2、N2、CF4）如何選擇

來(lái)源：重慶晟鼎達(dá)因特科技有限公司 2021年07月27日 09:54

等離子清洗機(jī)常用的工藝氣體有氧氣、氬氣、氮?dú)狻嚎s空氣、二氧化碳、氫氣、四氟化碳等。它是將氣體電離產(chǎn)生等離子體對(duì)工件進(jìn)行表面處理,無(wú)論是進(jìn)行清洗還是表面活化,為達(dá)到最佳的處理效果會(huì)選用不同的工藝氣體,那么等離子清洗機(jī)的常用工藝氣體又該如何選擇呢?本文為大家分享一下相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí),供大家參考。

氧氣

氧氣是等離子清洗常用的活性氣體,屬于物理+化學(xué)的處理方式,電離后產(chǎn)生的離子體能夠?qū)Ρ砻孢M(jìn)行物理轟擊,形成粗糙表面。同時(shí)高活性的氧離子能夠與被斷鍵后的分子鏈發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成活性基團(tuán)的親水表面,達(dá)到表面活化的目的;被斷鍵后的有機(jī)污染物的元素會(huì)與高活性的氧離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成CO、CO2、H2O等分子結(jié)構(gòu)脫離表面,達(dá)到表面清洗的目的。

氧氣主要應(yīng)用于高分子材料表面活化及有機(jī)污染物去除,但不適用于易氧化的金屬表面。真空等離子狀態(tài)下的氧等離子呈現(xiàn)淡藍(lán)色,部分放電條件下類(lèi)似白色。放電環(huán)境光線比較亮,肉眼觀察時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)看不到真空腔體內(nèi)有放電的情況。

氬氣

氬氣是一種惰性氣體,電離后產(chǎn)生的離子體不會(huì)與基材發(fā)生化學(xué)反應(yīng),在等離子清洗中主要被應(yīng)用于基材表面的物理清洗及表面粗化,最大的特點(diǎn)就是在表面清洗中不會(huì)造成精密電子器件的表面氧化。正因如此,氬等離子清洗機(jī)在半導(dǎo)體、微電子、晶圓制造等行業(yè)被廣泛應(yīng)用。

氬氣在真空等離子清洗機(jī)中被電離所產(chǎn)生的等離子體呈暗紅色。在相同的放電環(huán)境下,氫氣和氮?dú)馑a(chǎn)生的等離子體顏色都是呈紅色,但氬等離子體的亮度會(huì)低于氮?dú)馇腋哂跉錃?還是比較好區(qū)分的。

1、表面清洗

在晶圓、玻璃等產(chǎn)品的表面Particle去除的工藝中,通常都是采用Ar等離子體對(duì)表面Particle進(jìn)行轟擊,以達(dá)到Particle被打散、松動(dòng)(與基材表面脫離)的效果,再配合超聲波清洗或離心清洗等工藝,將表面的Particle進(jìn)行去除。特別是在在半導(dǎo)體封裝工藝中,完成打線工藝后為防止導(dǎo)線氧化,都是采用氬等離子體或氬氫等離子體進(jìn)行表面清洗。

2、表面粗化

等離子清洗機(jī)的表面粗化又稱表面刻蝕,其目的是提升材料表面的粗糙度,以增加粘接、印刷、焊接等工藝結(jié)合力,經(jīng)氬等離子清洗機(jī)處理后的表面張力會(huì)明顯提升。活性氣體所產(chǎn)生的等離子體也可以增加表面的粗糙度,但氬氣電離后產(chǎn)生的粒子相對(duì)較重,氬離子在電場(chǎng)的作用下的動(dòng)能會(huì)明顯高于活性氣體,所以其粗化效果會(huì)更加明顯,在無(wú)機(jī)物基材表面粗化工藝中應(yīng)用最為廣泛。如玻璃基材表面處理、金屬基材表面處理等。

3、活性氣體輔助

在等離子清洗機(jī)的活化和清洗工藝中,工藝氣體經(jīng)常被混合使用,以達(dá)到更佳的效果。因?yàn)闅鍤獾姆肿颖容^大,電離后產(chǎn)生的粒子比較后,在進(jìn)行表面清洗和活化時(shí)通常會(huì)配合活性氣體混合使用,最常見(jiàn)的就是氬氣和氧氣的混合。氧氣為高活性氣體,可有效地對(duì)有機(jī)污染物或有機(jī)基材表面進(jìn)行化學(xué)分解,但其粒子相對(duì)較小,斷鍵和轟擊能力有限,如加上一定比例的氬氣,那么所產(chǎn)生的等離子體對(duì)有機(jī)污染物或有機(jī)基材表面的斷鍵和分解能力就會(huì)更強(qiáng),加快清洗和活化的效率。

氬氣與氫氣混合應(yīng)用在打線和打鍵工藝中,除增加焊盤(pán)粗糙度外,還可以有效去除焊盤(pán)表面的有機(jī)污染物,同時(shí)對(duì)表面的輕微氧化進(jìn)行還原,在半導(dǎo)體封裝和SMT等行業(yè)中被廣泛應(yīng)用。

氫氣

氫氣與氧氣類(lèi)似,屬于高活性氣體,可以對(duì)表面進(jìn)行活化及清洗。氫氣與氧氣的區(qū)別主要是反應(yīng)后形成的活性基團(tuán)不同,同時(shí)氫氣具有還原性,可用于金屬表面的微觀氧化層去除且不易對(duì)表面敏感有機(jī)層造成損壞。所以在微電子、半導(dǎo)體及線路板制造行業(yè)使用較廣。

因氫氣為危險(xiǎn)性氣體,未被電離時(shí)與氧氣匯合會(huì)發(fā)生自爆,所以在等離子清洗機(jī)中通常是禁止兩種氣體混合使用的。真空等離子狀態(tài)下氫等離子呈紅色,與氬等離子類(lèi)似,在相同的放電環(huán)境下比氬等離子顏色略深。

氮氣

氮?dú)怆婋x形成的等離子體能夠與部分分子結(jié)構(gòu)發(fā)生鍵合反應(yīng),所以也是一種活性氣體,但相對(duì)于氧氣和氫氣而言,其粒子比較重,通常情況下在等離子清洗機(jī)應(yīng)用中會(huì)把此氣體界定在活性氣體氧氣、氫氣與惰性氣體氬氣之間的一種氣體。在清洗活化的同時(shí)能夠達(dá)到一定轟擊、刻蝕的效果,同時(shí)能夠防止部分金屬表面出現(xiàn)氧化。氮?dú)馀c其他氣體組合形成的等離子體通常會(huì)被應(yīng)用于一些特殊材料的處理。真空等離子狀態(tài)下氮等離子也是呈紅色,在相同的放電環(huán)境下,氮等離子會(huì)比氬等離子和氫等離子更亮一些。

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