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等离子清洗机功能和用途
正如它的名字所示,等离子清洗机是一种清洁设备,如果仅仅从字面意义上理解等离子清洗机的功能会有些片面。因为等离子清洗机不仅能清洗表面清洁的作用,还有表面改性活化等一系列用途。谈到等离子清洗机的作用,不能不说魔力十足的等离子体,毫不夸张地说,等离子清洗机的作用可以说是等离子体的作用。           若要清楚地理解等离子清洗机的功能和用途,必须从理解等离子体开始。那么,等离子体是什么?等离子体是一种物质的存在状态,我们知道的状态通常以固体、液体、气体三种状态存在,但在某些特殊情况下,也可以是第四种状态存在,例如太阳表面的物质,以及地球大气中的电离层物质。这些物质处于的这种状态叫做等离子体态,也就是物质的第四态。           以下物质存在于等离子体中:高速运动的电子、受激发状态的中性原子、分子、原子团(自由基);离子化的原子、分子、分子解离反应产生的紫外线;未反应的分子、原子等,但物质在整体上仍然是电中性的。           等离子体清洗机理,主要依靠等离子体中活性颗粒的“活化作用”来达到清除物体表面污渍的目的。从机理上讲,等离子体清洗一般包括下列过程:将无机气体激发成等离子态;将气相物质吸附到固体表面;将吸附基团与固体表面分子反应生成产物分子;将产物分子解析成气相;使反应残留物脱离表面。           等离子清洗机的一般功能用途如下:         一、等离子体表面活化/清洗;         二、等离子体处理后粘结能力提高;         三、等离子体蚀刻/活化;         四、等离子体去胶;         五、等离子体涂覆(亲水、疏水);         六、增强邦定性;         七、等离子体涂覆;         八、等离子体表面改性等。
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玻璃等离子表面处理机
玻璃作为一种材料已经有几个世纪的历史了。由于玻璃具有化学惰性,受环境影响性质稳定,用常规的清洗方法对玻璃基片进行清洗干燥处理,难以彻底清除吸附在表面的异物。又由于运输、搬运过程中其表面会暴露在空气中,难免会吸附上环境气体、水汽和微粒,如果不加以处理,就会导致膜层与基片之间的结合力不足,产生针孔和颗粒。玻璃材料经等离子表面处理机清洗处理后,可立即进入下一工序。因此,玻璃等离子体表面处理是一个稳定而有效的工艺过程。   采用等离子表面处理机处理技术对玻璃改性,有设备简单,原材料消耗低,成本低,产品附加值高等特点,优化了玻璃镀膜、粘合、去膜工艺,低温等离子体表面处理机改性材料已广泛应用于电容、电阻式手机触摸屏等某些需要精加工的玻璃。玻璃经等离子处理后可达到点72达因甚至更高,水滴角度可降至10度以下。它解决了玻璃粘合困难,印刷,电镀等难题。   在等离子体中,由于玻璃基片受到等离子体中荷能粒(电)子的轰击,首先对基片表面吸附的环境气体、水汽、污物等进行轰击,使其活化,使表面清洁,提高表面能量,当沉积时薄膜原子或分子浸入基片表面,增加范德华力。第二种是玻璃基片表面受到荷能粒(电)子的冲击,在这种冲击下,在玻璃基片表面会形成许多凹坑、孔隙,在沉积过程中,薄膜中的原子或分子进入这些凹槽、孔隙,从而产生机械锁合力。另外,衬底表面的粗化,使得实际的表面积增加,这对增加范德华力(分子间作用力)、扩散粘接力和静电力都是有好处的,从而增加了总粘接力。   对玻璃进行等离子表面处理后,对基片表面进行清洁活化,表面能得到改善,不仅能有效去除吸附在基片上的环境气体分子、水汽和污染物,基片表面会形成清洁活化的微观粗糙面,而且避免了二次污染。
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等离子体在航空工业的应用
伴随着航空工业的发展,精细化生产的意识逐步提高,需要开展先进等离子体清洗技术的研究工作来取代传统的溶剂清洗工艺,从而进一步保证产品的清洗效果,间接地提高产品的寿命和外观质量,同时减少或避免溶剂挥发对人体的危害。通过对等离子体清洗原理的分析,该清洗方法可以推广到航空产品涂层前处理、胶接类产品表面清理和复合材料制造等方便。   1、铝合金蒙皮口盖的处理:         航空航天制造业的蒙皮口盖采用铝合金制造,为提高其密封性,口盖压合部位采用NBR硫化工艺制造胶圈。但是橡胶硫化后经常会溢出过多的胶料,污染涂层表面,导致涂层附着力降低,涂层被涂后容易脱落。传统的清洁方法不能彻底清除胶料所产生的污染,从而影响口盖的正常使用。涂装之前使用等离子体清洗,涂层附着力明显提高,与常规清洗相比,更符合航空涂装的标准要求。   2、航天电气连接:         航空航天领域对电气连接器的要求非常严格,未进行表面处理的绝缘体与封线体之间的粘接效果较差,即使采用特殊配方的胶粘剂,其粘接效果也不能满足要求;此外,如果绝缘体与封线体之间的粘接不紧密,可能会出现漏电现象,从而导致电气连接器的耐压性能降低。这严重影响了国内电气连接器的发展。现在国内专门生产航空电连接器的厂家正在逐步推广应用等离子体清洗技术来清洗连接件表面,通过等离子体清洗,不仅可以去除连接件表面的油污,还可以增强表面的活性,使连接件涂胶很均匀,粘结效果明显提高。经过国内几家大厂使用,等离子清洗处理过的电连接器,其抗拉力成倍增大,耐压值有明显提高。   3、复合材料生产工艺:         高性能的连续纤维(如碳纤维、芳纶纤维、PBO纤维等)热固性强,同时还具有高质量和高稳定性的热塑性树脂基复合材料,在航空、航天、军事等领域得到了广泛的应用,成为不可或缺的材料。但这类增强纤维普遍存在表面光滑,化学活性低,纤维与树脂基体之间不易建立物理锚合和化学键合,界面结合力差等缺点,影响了复合材料的综合性能。另外,商品化纤维材料表面还会有有机涂层和微尘等污染物,这些污染物主要来自纤维的制备、上浆、输送和储存过程,这些都会影响复合材料的界面粘接性能。在增强树脂基体制备复合材料前,纤维材料需通过等离子体等处理手段对其表面进行清洗刻蚀,在去除有机涂层和污染物的同时,将极性或活性基团引入到纤维表面,并形成一些活性基团,从而进一步引发接枝、交联等反应,从而通过清洗、刻蚀、活化、接枝、交联等综合作用提高纤维表面的物理化学状态,从而达到增强纤维与树脂基体的相互作用的目的。   4、清理芳纶零件表面:         芳纶纤维材料密度低、强度高、韧性好、耐高温、易于加工成型,在航空工业中有着非常广泛的应用。在一些应用场合下,芳纶成型后仍需与其它零件粘结,但它材料表面光滑且呈化学惰性,其成型零件表面不易涂胶。为了获得良好的粘结效果,需要对其进行表面处理,目前主要采用的表面活化处理方法是等离子体改性技术。经处理的凯夫拉纤维表面活性增强,粘接效果得到明显改善,随着等离子体处理工艺参数的不断优化,粘接效果将进一步提高,应用范围将越来越广泛。           此外,芳纶纤维复合材料制作完成后,其表面必须涂环氧清漆和底漆封闭,以防止材料由于吸潮而导致失效。在复合材料生产过程中,需要对其表面进行脱模处理,才能实现制件与模具的平稳分离,但加工后脱模剂仍会残留在制件表面,不能通过传统的清洗方法进行有效的去除,造成涂层附着力差,涂层极易脱落的现象,影响制件的正常使用。因而可以考虑采用等离子清洗技术,经济有效地去除脱模剂中的污染物。   5、其他方面的应用:         在航空制造业中,还可以采用等离子清洗技术进行以下处理:         对门窗密封件进行处理,以提高密封性能;         对仪表板进行涂装前处理,以防止掉漆等现象;         对控制面板进行预涂装处理,以提高粘接强度;         对精密零件进行清洗,以清除加工后表面残留的油类污染物。
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碳化硅氧等离子表面处理
由于碳化硅与其它高温材料相比具有更低的平均热膨胀系数、更高的热导率和更好的耐超高温性能,碳化硅在高频、大功率、耐高温、抗辐射半导体器件和紫外探测器等方面有着广阔的应用前景。碳化硅在微加工技术和MEMS技术中,键合是非常重要的一步,同时也是制造业难题之一。至于碳化硅直接键合而言,解决了高温环境下不同材料连接时热膨胀系数不匹配及电气特性等问题,并可加以利用碳化硅这种异构体直接结合在一起,形成异质结器件。异质结与同质结相比,具有许多优点。举例来说,与肖特基晶体管相比,异质结场效应管能够获得较低的漏电流;异质结双极晶体管可以提高发射效率,降低基区电阻,提高频率响应,并具有较宽的工作温度范围。         其中,表面处理是直接键合的关键因素,其处理效果的好坏直接影响到键合是否能发生,以及键合后的界面效果,因为污染物可能吸附在晶片表面,晶片表面不平度等,都会造成键合空洞,从而对晶片表面的机械性能和电学性能产生不同程度的影响。现在碳化硅表面处理方法主要有传统的湿法处理、高温退火和等离子体处理等方法。这里面传统的湿洗处理是由硅的湿法工艺发展而来的,那它主要包括HF法与RCA法,每一种处理方式都有其特点。举例来说,湿法处理步骤虽然简单,但其结果包含C、O、F像这样的污染物;高温处理能有效的去除C、O污染物,但处理温度需进一步优化,后续工艺兼容性差;等离子体处理可有效去除含O、F的污染物,但不适当的处理温度和时间会导致离子对表面的破坏,从而造成碳化硅表面重构。根据以上表面处理方法的特点,采用湿法清洗和氧气、氩气等离子体处理方法对晶片进行处理,采用热压法相对与碳化硅熔点在低温低压下直接键合,并达到理想的键合效果。         等离子体表面处理设备处理:在实际应用中对等离子体进一步处理,可减小晶片的粗糙度,增加晶片的活化度,可得到更适合直接键合的晶片。从外来物与固体表面结合的理论可以看出,当晶片表面存在大量非饱和键时,外来物很容易与之结合。通过对晶片进行各种等离子处理,可改变晶片表面的亲水性、吸附性能等。等离子体表面激发技术只改变晶片的表面层,而不改变材料本身的力学、电气和机械特性,采用等离子体处理方法具有无污染、工艺简单、速度快、效率高的特点。经过多次试验,得出了分别采用氧和氩气进行处理的具体方案,并成功地应用于以后的键合过程。氧气和氩气都是非聚合性气体,等离子体与硅片表面的二氧化硅层发生相互作用后,这些活性原子和高能电子破坏了原始的硅氧键结构,使它变成非桥键,表面活化并导致与激活的原子的电子结合能量向更高能方向移动,使得在其表面存在大量的悬挂键,而这些悬垂键又与结合OH群体形式存在,形成稳定的结构。Si-OH表面经有机碱或无机碱浸泡和一定温度退火后,结合键脱水聚合形成硅氧键,使晶片表面亲水性增强,更有利于晶片键合。对材料的直接键合而言,亲水性的晶片表面在自发键合方面要优于疏水性晶片表面。
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等离子表面处理机印刷粘合上的应用
柔性包装正在经历一场技术革命,目的是提高消费者的便利程度,方便消费者便捷性,并为整个生产和销售链面临的一系列挑战提供新的解决方案。高性能的薄膜结构,包装结构和应用,以及印刷技术,将不断将柔性包装带到现有和全新的市场。尽管传统的电晕和火焰表面预处理方法已制成成品柔性包装的常用设备,主要用于包装结构的制图和涂层的增强,然而大气等离子表面处理机技术也可以提高对柔性包装粘合能力。         大气等离子体处理工艺是为处理/功能化各种材料而开发的,与目前软包装应用中的电晕、火焰和底漆处理工艺相比有其独特的优点。在大气压和低温条件下,使用大量惰性和活性气体,大气等离子表面处理系统可以产生均匀的高密度等离子体。大气层等离子体处理方法与真空等离子体处理方法相似,可用于材料表面功能化处理。APT生产设备测试已成功应用于聚丙烯、聚乙烯、聚酯等各种材料的处理。加工后的材料表面能(不需作任何背面处理或针孔)可以大幅度增加,从而改善其润湿性、印刷性和粘附性。         大气等离子表面处理机处理过程包括使聚合物接触低温、高密度辉光放电中。等离子体是部分电离化的气体,它包括大量受激发的原子、分子、离子和自由基。通过将气体(在开放式设计中输送)引入电场(通常为高频),实现了气体分子的激发。在高频电场的作用下,自由电子产生能量,与中性气体分子碰撞并传递能量,使其离解,形成许多活性物质。激发物质与等离子体相对的固体表面相互作用,从而对材料表面进行化学和物理改性。等离子体对某一特定物质的影响取决于表面和等离子体中的反应物之间的化学反应。当接触能量较低时,等离子体与表面的相互作用只能改变材料的表面;影响仅局限于几个分子层的深度区域,而不改变基底的体积特性。         由该表面引起的变化取决于表面组成成分和使用的气体。用来处理高聚物等离子体的气体或混合气体包括氮、氩、氧、一氧化二氮、甲烷、氨等其他物质。每一种气体都会产生一个独特的等离子体成分和不同的表面特性。如等离子体诱导氧化、硝化、水解或胺化等,可使表面能迅速有效地提高。基于聚合物的化学性质,在表面接触反应后更换一部分分子可以使聚合物变得湿润。无论采用何种气体成分,表面处理都可以改变柔性包装基板,其程度取决于化学和工艺变量:烧蚀、交联和活化。高能粒子(即自由基、电子和离子)轰击到聚合物表面,破坏了聚合物主链的共价键,从而形成了分子量较低的聚合物链,当长分子组分变短时,挥发性低聚物和单体副产物就会蒸发(烧蚀)并排出。与惰性加工气体(氩或氦)交联,聚合物表面发生了键断裂。但由于没有自由基清除剂,它可以与附近的自由基在不同链(交联)上连接。         大气等离子体在大气压下的高密等离子体中含有高活性物质,因此可以明显地增加表面面积,并在聚合物表面形成极性基团,从而使基体与其界面(如油墨、涂料、粘合剂)产生强共价键合。使用大气等离子表面处理机,可以利用聚酯基结构上的水性墨水,可以改善提高油墨粘附性。
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等离子体蚀刻接触孔
接触孔在集成电路的制造中起到承上启下,连接前段器件和后段金属互连的重要作用。由于接触孔层在集成电路中起到的关键作用,在接触孔等离子蚀刻工艺中,工艺整合对于接触孔关键尺寸,尺寸均匀性、接触孔侧壁形状的控制,以及接触孔等离子蚀刻工艺对蚀刻停止层的选择性、金属硅化物的消耗量、接触孔高度均匀性及确保接触孔全部开通的要求越来越严格,特别是对于良率的提高变得越来越重要。         在接触孔技术工艺整合的发展历程中,两个重要的里程碑是65nm技术结点开始使用 NiSi(金属镍硅化物)代替之前的CoSi(金属钴硅化物)作为接触金属以降低接触电阻、减少信号延迟,以及从45nm 技术结点开始使用高应力的氮化硅材料改善器件的性能并作为接触孔蚀刻停止层(Contact Etch Stop Layer,CESL)。与之相伴随的接触孔蚀刻技术的发展,65nm/55nm 技术节点之前均为光刻胶掩膜的氧化硅材料蚀刻,90nm时的接触孔蚀刻的步骤顺序为先去除光阻再蚀刻开接触孔停止层,而65nm/55nm时使用先蚀刻开接触孔停止层去除光阻的步骤顺序。由于90nm和65nm/55nm器件对关键尺寸的要求,基本不需要蚀刻工艺对接触孔的尺寸进行收缩。         当逻辑电路关键尺寸缩小到45nm/40nm及更先进的工艺技术节点时,由于光刻工艺的限制,工艺整合通常要求接触孔蚀刻后的关键尺寸比蚀刻前的尺寸缩小约40nm(尺寸偏移),开始使用多层掩膜的蚀刻技术。在接触孔蚀刻工艺中,如此巨大的尺寸缩小,对确保接触孔在高深宽比情形下的开通提出了挑战,尺寸偏移通常主要通过富含聚合物的蚀刻工艺来实现尺寸的收缩。而富含聚合物的蚀刻工艺,趋向于减小保证接触孔的良好开通、控制高深宽比接触孔的侧壁形状和良好的尺寸均匀性的工艺窗口,而所有这些正是工艺整合为实现更为严格的 电性特征提出的对蚀刻工艺的要求。除此之外,光刻技术对于图形曝光需要厚度更薄的、更少未显影的光刻胶,这些要求又增加了接触孔蚀刻工艺对光刻胶的更高的选择性,来防止接触孔的圆整度变差。         因此,为更好的传递图形,45nm/40nm开始使用有机旋涂的多层掩膜技术(从下至上依次是有机旋涂层(Organic under Layer),有机材料抗反射层(Si BARC)和光刻胶); 发展到28nm技术时,开始使用先进图形材料的多层掩膜技术(从下至上依次是先进图形材料层(Amorphous Carbon)、硬掩膜抗反射层(DARC)和光刻胶)。其中,有机旋涂多层掩膜技术使用的旋涂层为碳氢聚合物,有机材料抗反射层为含硅的碳氢聚合物,二者都是液体,需经过低温烘烤成固态掩膜,因此称为软掩膜技术,都是在光刻机台上一体化完成,具有很快的工艺过程。而先进图形材料的多层掩膜是化学气相沉积的先进图形材料(无定型碳薄膜)以及介电材料(如氮氧化硅)薄膜作为抗反射层,因此又称为硬掩膜技术。由于硬掩膜技术中使用的氮氧化硅材料的厚度很薄,大概是软掩膜技术中的有机材料抗反射层的厚度的l/2或1/3,因 此,为传递图形所需要的光刻胶的厚度也可以大大降低,这样可以显著增加光刻工艺的图形显 影精准度、降低噪声影响及提高安全工艺窗口;同时,先进图形材料掩膜层工艺还具有更高的接触孔尺寸收缩能力及更代异的接触孔圆整度,由此可见,先进图形材料多层掩膜技术能更好地传递图形,具有优良的工艺整合的工艺窗口,被广泛使用于目前前沿的逻辑集成电路制造工艺流程中。
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