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1、Plasma工作原理工作原理介紹介紹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机构原理圖机构原理圖Plasma產生的原理產生的原理Plasma產生的條件產生的條件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元素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。工作原理工作原理l當當chamber內部之壓力低到某一程度內部之壓力低到某一程度(約約10-1 torr左右左右)時時, 氣態正離子開始往負電極移動氣態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, 產生產生電極板表面原子電極板表面原子, 雜質分子和離子以及二次雜質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
3、受電場作用往正電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內之內之氣體分子氣體分子(ex. : Ar原子原子等等), 產生產生Ar+等氣態等氣態正離子正離子, 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, 又再產生表面原子以及二次電子又再產生表面原子以及二次電子(e-)等等, 如此周而復始之作用即為如此周而復始之作用即為Plasma產生之原產生之原理理.13.56MHz+Are-+Are-PCBAr高頻電極地極檢驗方法檢驗方法- Pull and Shear testlPull and Shear test 應用最為廣泛應用最為廣泛.推力頭根据
4、推力值可以判定Plasma效果如何,如果效果較差則推力值會小.根据拉力值可以判定Plasma效果如何,如果效果差則拉力值小.鉤針檢驗方法檢驗方法- Pull and Shear testl應用最為廣泛應用最為廣泛.當一滴水珠滴到未清洗的基板上時的當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,而經清洗后的基板則會很好而經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.271.69No.370
5、12No.47212No.57511RX3RX5最高點檢驗方法檢驗方法- 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表面材料會發生明顯變化表面材料會發生明顯變化,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,但設備昂貴但設備昂貴.清洗前清洗前(%) 清洗后清洗后(%)Au62.479.16Cu3.4-Ni3.2-O10.718.22C17.8712.62S2.4
6、2-Plasma机构原理圖机构原理圖Plasma產生的條件產生的條件l足夠的反應氣體和反應气壓l反應產物須能高速撞擊清洗物的表面l具有足夠的能量供應l反應后所產生的物質必須是可揮發性的細微結合物,以便于Vacuum Pump將其抽走lPump的容量和速度須足夠大,以便迅速排出反應的付產品,及再填充反應氣體O2 PlasmaO2是利用自由原子以化學方法蝕除有機物的, O2 + e - 2Oe CO2 + H2Oe 優點: 清洗速度比較快,并且清洗的效果顯著,比較干淨缺點: 不适宜易氧化的材料的清洗有机物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鍵並是表面污染物脫離被清洗物
7、表面,清除有机物得方程式為 Ar + e - Ar+ + 2e - - Ar+ + CxHy 優點:由于Ar為惰性氣體,不會氧化材質,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 (積极的處理)适合于Etching/cleaningModerate Process(中等的處理) 适合于表面活化Plasma Parameter (Pc32系列系列)lElectrode configuration（形成電場）lProcess gas selected for use（Ar）lFlow rate / press
8、ure 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)等有机物; 癸烷:(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)等有机物; 金屬表面氧化物; 已經硬化的光敏元素:,如:焊錫等無机
9、物; 空气中的各种有机無机顆粒及基板表面的殘留液体.PLASMA對所有的有机物都有明顯得清洗作用,但是他對硬化焊錫等無机物卻物能為力!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域以暴露出更多的表面區域,以建立以建
10、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.具体請見具体請見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 ppmAr的純度與清洗的效果的純度與清洗的效果l在在PlasmaPlasma清洗時清洗時, ,首先利用首先利用Vacuum pumpVacuum pump將將ChamberChamber內的空氣抽至設定的內的空氣抽至設定的gas stable(gas stable(不可不可能將空氣完全抽
11、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,當當ArAr的含量達到設定的體積后的含量達到設定的體積后( (通過監控通過監控ChamberChamber的的壓力值壓力值),),RF ON,PlasmaRF ON,Plasma產生產生. .l因而因而, ,在反映中在反映中ArAr與一定數量的空氣同時存在與一定數量的空氣同時存在; ;l當當ArAr的純度不足的純度不足, ,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分子數量分子數量分子間隔分子間隔. .Normalized Energy Distributionl分裂分子所須的分
12、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 Distribution實際應用實際應用1.目前PLASMA用于W/B之前清洗基板上附著的有机物(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
13、效果實際應用實際應用2.用于WB之后Moding之前 2.1主要作用: 活化基板,增加接触面積,提高表面分子的物 理活化性,以利于Molding compound與基板 的結合. 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%Control2513781.55g100.73%Control
14、941.03g2324.50%Lab#2Plasma Cleaned5013751.03.5g80.58%Control5013751.03.5g261.89%Plasma 參數參數0.2 torr pressure; 75 watts power; 113 lpm vacuum.Plasma 效果表效果表（Bond yield)未經未經Plasma結果結果經經Plasma后效后效果果Pull StrengthFsilure Mode42L52L4.7N16.5N16.5N17.8N26.3N26N16.7N16.2N14.52L2.92L5.1N24.42L2.22L3.22LAVG.STD
15、.DEVIATION5.31.89Pull StrengthFsilure Mode7.7N16.8N13.9N16.2WB6.7WB4.6N15.3WB4.7N16.4N17.1N18.3WB9.3N18N17.6WB6.1N1AVG.STD.DEVIATION6.651.57N1: 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結結 論論: 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量,增大Wire Pull值提高產品的可靠性和穩定性.如果著線失敗的原因是由
16、于基板表面殘留液.PAD表面氧化物.或其他有机污染物造成的,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,從而提高著線質量! 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,同時增加PAD表面粗糙度和接触面積,從而提高著線可靠性與穩定性; Molding之前主要是增加表面洁淨度与接触面積,以便改善表面分子活性!參數設置參數設置 : Power: 300W Pressure:0.22Torr Time: 20S Gas Flow:5cc/min效效 果果 :目前P1,P2均為Argon Plasma,對無机顆粒有較好的清除效果,但由于其通過物理作用來處理表面有机物,所以速度較慢,效果也並不是很好;如果能結合O2 對有机物的化學作用,PLASMA的效果會更加明顯,建建 議議 :用(Ar + O2) PLASMA 代替 (Ar)PLASMA
