等离子清洗在LCD液晶行业应用

文章内容出自公众号：薄化产业研究  作者小博
   
   目前组装技术的趋势主要是SIP、BGA、CSP封装使半导体器件向模块化、高集成化和小型化方向发展。在这样的封装与组装工艺中，大的问题是粘结填料处的有机物污染和电加热中形成的氧化膜等。由于在粘结表面有污染物存在，导致这些元件的粘接强度降低和封装后树脂的灌封强度降低，直接影响到这些元件的组装水平与继续发展。为提高与改善这些元件的组装能力，大家都在想尽一切办法进行处理。提高实践证明，在封装工艺中适当地引入等离子清洗技术进行表面处理，可以大大改善封装可靠性和提高成品率。

   在玻璃基板（LCD）上安装裸芯片IC的COG工艺过程中，当芯片粘接后进行高温硬化时，在粘结填料表面有基体镀层成分析出的情况。还时有Ag浆料等连接剂溢出成分污染粘结填料。如果能在热压绑定工艺前用等离子清洗去除这些污染物，则热压绑定的质量能够大幅提升。进一步说，由于基板与裸芯片IC表面的润湿性都提高了，则LCD—COG模块的粘结密接性也能提高，同时也能够减少线条腐蚀的问题。

等离子清洗机在LCD液晶行业应用

       离子体通常称作物质的第四种状态，前三种状态是固体、液体、气体，它们是比较常见的，就存在于我们周围。离子体尽管在宇宙的别处非常丰富，但在地球上只存在于某种特定环境。离子体的自然存在包括闪电、北极光。就好像把固体转变成气体需要能量一样，产生离子体也需要能量。一定量的离子体是由带电粒子和中性粒子（包括原子、离子和自由粒子）混合组成。离子体能够导电，和电磁力起反应。

       当温度升高时，物质就由固体变成液体，液体则会变成气体。当气体的温度升高时，此气体分子会分离成为原子，若温度继续上升，围绕在原子核周围的电子就会脱离原子成离子（正电荷）与电子（负电荷），此现象称为“电离”。因电离现象而带有电荷离子的气体便称为“等离子（PLASMA）”。因此通常将等离子归类为自然界中的“固体”、“液体”、“气体”等物态以外的“第四态”。

       在实验中，若施加电场于气体就会产生电离现象，这称为放电电离等离子。事实上，在大自然界所发生的各种现象中，高达99.9％的宇宙空間是充满等离子状态的。等离子的定义为：当空间中的离子数与电子数接近相同使空间呈现电中性之状态时，便称为等离子。

等离子清洗原理

       给气态物质更多的能量，比如加热，将会形成等离子体。当到达等离子状态时，气态分子裂变成了许许多多的高度活跃的粒子。这些裂变不是一直保持的，一旦用于形成等离子体的能量消失，各类粒子重新结合，形成原来的气体分子。与湿法清洗不同，等离子清洗的机理是依靠处于“等离子态”的物质的“活化作用”达到去除物体表面污渍的目的。从目前各类清洗方法来看，等离子体清洗也是所有清洗方法中*的剥离式的清洗方式。

        等离子清洗一般是利用激光、微波、电晕放电、热电离、弧光放电等多种方式将气体激发成等离子状态。

        在等离子清洗应用中，主要是利用低压气体辉光等离子体。一些非聚合性无机气体（Ar2、N2、H2、O2等）在高频低压下被激发，产生含有离子、激发态分子，自由基等多种活性粒子。一般在等离子清洗中，可把活化气体分为两类，一类为惰性气体的等离子体（如Ar2、N2等）；另一类为反应性气体的等离子体（如O2、H2等）。这些活性粒子能与表面材料发生反应，其反应过程如下：

电离——气体分子——激发——激发态分子——清洗——活化表面 

   等离子产生的原理是给一组电极施以射频电压（频率约为几十兆赫兹），电极之间形成高频交变电场，区域内气体在交变电场的激荡下，产生等离子体。活性等离子对被清洗物进行表面物理轰击与化学反应双重作用，使被清洗物表面物质变成粒子和气态物质，经过抽真空排出，而达到清洗目的。

   等离子清洗的清洗过程从原理上分为两个过程

   过程1为：有机物的去除

        首先是利用等离子的原理将气体分子激活：

O2→ O + O+2e-，   O+ O2 → O3，  O3 → O + O2

然后利用O，O3与有机物进行反应，达到将有机物排除的目的：

有机物+ O，O3→  CO2 + H2O

   过程2为：表面的活化

   首先是利用等离子的原理将气体分子激活：

O2→ O + O+2e-，   O+ O2 → O3，  O3 → O + O2

然后利用O，O3含氧官能团的表面活化作用，来改善材料的粘着性和湿润性能，其反应为：

R•+O•→RO•

R•+O2→ROO•

        在实际使用中，考虑到生产成本及实际使用稳定性，一般使用净化的ADC（压缩空气）、O2、N2，只有在一些特殊场合才使用氩气。这是利用等离子体中的氧气的游离基的运动使表面达到亲水基化。当形成这一亲水基时，等离子氧游离基与基板表面的碳结合生成CO2，从而除去有机物质。

   等离子清洗技术能够清除金属、陶瓷、塑料、玻璃表面的有机污染物，可以明显改变这些表面的粘接性及焊接强度。离子化过程能够容易地控制和安全地重复实现。可以说，有效的表面处理对于产品的可靠性或过程效率的提高是至关重要的，等离子技术在其中发挥了重要作用。通过表面活化，等离子技术可以改善绝大多数物质的性能：洁净度、亲水性、斥水性、粘结性、标刻性、润滑性、耐磨性。