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等离子体的发生和材料处理效果的影响因素

等离子体是气体分子在真空、放电等特殊场合下产生的独特现象和物质。典型等离子是由电子、离子、自由基和质子组成 。就像把固体转变成气体需要能量一样,产生等离子体也需要能量。等离子体能够导电,与电磁力起反应。


等离子清洗机中产生等离子体的装置,是在密封容器中设置两个电极形成电场的,然后实现一定的真空度,随着气体愈来愈稀薄,分子间距及分子或离子的自由运动距离也愈来愈长,在电场作用下,发生碰撞而形成等离子体,产生辉光放电。辉光放电时的气压大小、放电功率、气体成分及流动速度和材料类型等对材料刻蚀效果有很大影响。

大气/常压等离子清洗机

由于等离子体产生的辉光放电是真空紫外光,其对刻蚀率有十分积极的影响,气体中包含中性粒子、离子和电子。中性粒子和离子温度102k~103k,电子能量对应的温度高达105k,被称为“非平衡等离子体”或“冷等离子体”,表现为电中性(准中性);气体所产生的自由基和离子活性很高,其能量几乎足以破坏所有的化学键,在任何暴露的表面引起化学反应。等离子体中粒子的能量一般为几个至几十个电子伏特,大于聚合物材料的结合键能(几个至几十个电子伏特),完全可以破裂有机大分子的化学键而形成新键,但远低于高能放射性射线,只涉及材料表面,不影响基体的性能。

大气常压等离子清洗机

等离子体可以通过直流或高频交流电场产生,当采用交流时,只能选用电信规定的科研及工业用频段(中频(MF)40kHz、高频(HF)13.56kHz、微波频率(MW)2.45GHz),否则会干扰无线电通信。常规情况下,等离子体的发生和对材料的处理效果与以下几个方面相关。


1、工艺气体

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.含氟气体等)。以氩等离子为例,在一个物理过程中,在氩等离子中产生的离子会以足够的能量辐射表面,去掉表面污染物。带正电的氩等离子将被吸引到在真空腔体的负极板。由于高能等离子撞击,撞击力足以去除表面上的任何污垢,随后污垢通过真空泵以气体形式排出。


2、气体流量

工艺腔体压力与气流速度、产品排气率和泵速成函数关系。腔体内气体接入量的不同,造成产生等离子体的密度不同,从而影响处理效果。

大气常压等离子清洗机

3、功率

通过提高等离子处理的功率,可增加等离子体的密度和能量,从而加快等离子处理的速度。等离子体密度是单位体积内所包含的等离子体的数量。等离子体能量定义了等离子体进行表面物理轰击的能力。


4、时间

工艺时间的长短与功率、气体流量和气体类型相关。以在PBGA基板上提高引线的键合能力为例,一个短时间的等离子处理,引线的键合强度相对于未处理前只提高了2%;但是将处理时间增加1/3,引线的键合强度将比未处理前提高20%。这里应该指出的是,过长的工艺时间并不总是可以提高材料的表面活性。从提高生产效率这方面出发,还应尽量减少工艺时间,这在大批量生产中尤为重要。

磁悬浮型等离子清洗机

实际上,在整个等离子处理过程中,影响处理效果的要素还包括过程温度、气体分配、真空度、电极设置、静电保护等。等离子表面处理工艺的最大特点是能对任何材质的材料进行处理,如金属、半导体、氧化物和大多数高分子有机聚合物(聚丙烯、聚酯、聚酰亚胺、聚氯乙烷、环氧、聚四氟乙烯)等材料,并可实现整体、局部和复杂结构的表面处理。处理后的重要效果之一是提高基材表面的活性(附着力)。不同的元器件和材料在进行等离子处理时,需要根据具体情况和实验数据制定适合的相关工艺。


等离子清洗机在微电子研究、加工等行业中应用非常广泛、已经成为微电子制造业中不可缺少的一道工艺。

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