等离子清洗机常用的工艺气体有氧气 、氩气 、氮气、压缩空气 、二氧化碳 、氢气、四氟化碳等。它是将气体电离产生等离子体对工件进行表面处理,无论是进行清洗还是表面活化,为达到最佳的处理效果会选用不同的工艺气体,那么等离子清洗机的常用工艺气体又该如何选择呢?
1.氧气
氧气是等离子清洗常用的活性气体,属于物理+化学的处理方式,电离后产生的离子体能够对表面进行物理轰击,形成粗糙表面。同时高活性的氧离子能够与被断键后的分子链发生化学反应形成活性基团的亲水表面,达到表面活化的目的;被断键后的有机污染物的元素会与高活性的氧离子发生化学反应,形成CO、CO2、H2O等分子结构脱离表面,达到表面清洗的目的。
氧气主要应用于高分子材料表面活化及有机污染物去除,但不适用于易氧化的金属表面。真空等离子状态下的氧等离子呈现淡蓝色,部分放电条件下类似白色。放电环境光线比较亮,肉眼观察时可能会出现看不到真空腔体内有放电的情况。
2.氩气
氩气是一种惰性气体,电离后产生的离子体不会与基材发生化学反应,在等离子清洗中主要被应用于基材表面的物理清洗及表面粗化,最大的特点就是在表面清洗中不会造成精密电子器件的表面氧化。正因如此,氩等离子清洗机在半导体、微电子、晶圆制造等行业被广泛应用。
氩气在真空等离子清洗机中被电离所产生的等离子体呈暗红色。在相同的放电环境下,氢气和氮气所产生的等离子体颜色都是呈红色,但氩等离子体的亮度会低于氮气且高于氢气,还是比较好区分的。
1)表面清洗
在晶圆、玻璃等产品的表面Particle去除的工艺中,通常都是采用Ar等离子体对表面Particle进行轰击,以达到Particle被打散、松动(与基材表面脱离)的效果,再配合超声波清洗或离心清洗等工艺,将表面的Particle进行去除。特别是在在半导体封装工艺中,完成打线工艺后为防止导线氧化,都是采用氩等离子体或氩氢等离子体进行表面清洗。
2)表面粗化
等离子清洗机的表面粗化又称表面刻蚀,其目的是提升材料表面的粗糙度,以增加粘接、印刷、焊接等工艺结合力,经氩等离子清洗机处理后的表面张力会明显提升。活性气体所产生的等离子体也可以增加表面的粗糙度,但氩气电离后产生的粒子相对较重,氩离子在电场的作用下的动能会明显高于活性气体,所以其粗化效果会更加明显,在无机物基材表面粗化工艺中应用最为广泛。如玻璃基材表面处理、金属基材表面处理等。
3)活性气体辅助
在等离子清洗机的活化和清洗工艺中,工艺气体经常被混合使用,以达到更佳的效果。因为氩气的分子比较大,电离后产生的粒子比较后,在进行表面清洗和活化时通常会配合活性气体混合使用,最常见的就是氩气和氧气的混合。氧气为高活性气体,可有效地对有机污染物或有机基材表面进行化学分解,但其粒子相对较小,断键和轰击能力有限,如加上一定比例的氩气,那么所产生的等离子体对有机污染物或有机基材表面的断键和分解能力就会更强,加快清洗和活化的效率。
氩气与氢气混合应用在打线和打键工艺中,除增加焊盘粗糙度外,还可以有效去除焊盘表面的有机污染物,同时对表面的轻微氧化进行还原,在半导体封装和SMT等行业中被广泛应用。
3.氢气
氢气与氧气类似,属于高活性气体,可以对表面进行活化及清洗。氢气与氧气的区别主要是反应后形成的活性基团不同,同时氢气具有还原性,可用于金属表面的微观氧化层去除且不易对表面敏感有机层造成损坏。所以在微电子、半导体及线路板制造行业使用较广。
因氢气为危险性气体,未被电离时与氧气汇合会发生自爆,所以在等离子清洗机中通常是禁止两种气体混合使用的。真空等离子状态下氢等离子呈红色,与氩等离子类似,在相同的放电环境下比氩等离子颜色略深。
4.氮气
氮气电离形成的等离子体能够与部分分子结构发生键合反应,所以也是一种活性气体,但相对于氧气和氢气而言,其粒子比较重,通常情况下在等离子清洗机应用中会把此气体界定在活性气体氧气、氢气与惰性气体氩气之间的一种气体。在清洗活化的同时能够达到一定轰击、刻蚀的效果,同时能够防止部分金属表面出现氧化。氮气与其他气体组合形成的等离子体通常会被应用于一些特殊材料的处理。真空等离子状态下氮等离子也是呈红色,在相同的放电环境下,氮等离子会比氩等离子和氢等离子更亮一些。
5.四氟化碳
四氟化碳在电离之后的等离子体含有氢氟酸，是一种能够用于刻蚀和有机物去除的腐蚀性气体，能够对线路板的微孔进行除胶处理或者一些精密材料的纳米级刻蚀。
