目前組裝技術(shù)的主要發(fā)展趨勢是SIP、BGA、CSP封裝使半導(dǎo)體器件向模塊化、高集成化和小型化方向發(fā)展。但是這樣的封裝與組裝工藝中,也存在很多問題,粘結(jié)填料處的有機物污染和電加熱中形成的氧化膜等。因為粘結(jié)表面有污染物的存在,導(dǎo)致這些元件的粘接強度降低和封裝后樹脂的灌封強度降低,直接影響到這些元件的組裝水平和后續(xù)工藝。為了解決和改善這一問題,大家都嘗試過各種解決辦法,最終經(jīng)過大量實驗驗證,在LCD封裝工藝中適當?shù)匾氲入x子清洗技術(shù)進行材料的表面改性處理,可以大大提高封裝的可靠性和成品率。
等離子定義
離子通常被稱為物質(zhì)的第四態(tài)。前三種狀態(tài)是固體、液體和氣體。它們比較常見,并且存在于我們周圍。離子,雖然在宇宙的其他地方是豐富的,但只存在于地球上的特定環(huán)境中。離子的自然存在包括閃電和北極光。正如將固體轉(zhuǎn)化為氣體需要能量一樣,生產(chǎn)離聚物也需要能量。一定量的離子由帶電粒子和中性粒子(包括原子、離子和自由粒子)組成。離子可以傳導(dǎo)電并與電磁力反應(yīng)。
當溫度升高時,物質(zhì)從固體變成液體,液體變成氣體。當氣體的溫度升高時,氣體分子將分離成原子。如果溫度繼續(xù)升高,原子核周圍的電子將和原子分離,形成離子(正電荷)和電子(負電荷)。這種現(xiàn)象叫做“電離”。帶電離離子的氣體被稱為“等離子體”。因此,等離子體在自然界中通常被劃分為“第四態(tài)”,而不是“固體”、“液體”和“氣體”。
在實驗中,如果向氣體中施加電場,就會發(fā)生電離,這就是放電電離等離子體。事實上,自然界中99.9%的現(xiàn)象都是等離子體填充的。等離子體的定義是,當空間中離子的數(shù)量幾乎和電子的數(shù)量相同,并且空間是電中性時,它被稱為等離子體。
等離子清洗原理
向氣體物質(zhì)中添加更多的能量,例如加熱,將產(chǎn)生等離子體。當氣體分子達到等離子體狀態(tài)時,就會分裂成許多高活性的粒子。這些裂變不是永久性的。一旦用于形成等離子體的能量消失,各種粒子重新結(jié)合形成原始氣體分子。與濕法清洗不同,等離子清洗的機制依賴于處于“等離子狀態(tài)”的物質(zhì)的“活化”來去除表面污漬。從目前的各種清洗方法來看,等離子清洗也是所有清洗方法中最徹底的剝離清洗方法。
等離子體清洗通常采用激光、微波、電暈放電、熱離子化、電弧放電等方式將氣體激發(fā)到等離子體狀態(tài)。
在等離子體清洗應(yīng)用中,主要使用低壓氣體輝光等離子體。一些非聚合的無機氣體(Ar2、N2、H2、O2等)在高頻和低壓下受到刺激,以產(chǎn)生含有離子、激發(fā)分子、自由基等的活性粒子。通常,在等離子體清洗中,活性氣體可分為兩類,一類是惰性氣體等離子體(如Ar2、N2),另一類是反應(yīng)氣體等離子體(如O2、H2)。這些活性粒子可以與表面材料反應(yīng),反應(yīng)過程如下:
電離——氣體分子——激發(fā)——激發(fā)態(tài)分子——清洗——活化表面
等離子體產(chǎn)生的原理是將射頻電壓(頻率約為幾十兆赫)施加到一組電極上,并在電極之間形成高頻交流電場。在交變電場的激勵下,該區(qū)域的氣體產(chǎn)生等離子體。有源等離子體在被清洗材料表面轟擊和反應(yīng),使被清洗材料的表面材料成為顆粒和氣體物質(zhì),通過真空放電,從而達到清洗的目的。
等離子體清洗的清洗過程原則上可分為兩個過程
過程1:去除有機化合物
首先,利用等離子體原理激活氣體分子。
O_2O+O+2e-,O+O_2O_3,O_3O+O_2
然后,O,O 3與有機物反應(yīng)除去有機物。
有機化合物+O,O_3 CO_2+H_2
過程2是表面活化。
首先,利用等離子體原理激活氣體分子。
O_2O+O+2e-,O+O_2O_3,O_3O+O_2
然后通過O,O_3含氧官能團的表面活化來提高材料的粘附性和潤濕性。反應(yīng)如下:
R+O-RO
R+O 2 ROO
在實際應(yīng)用中,考慮到生產(chǎn)成本和實際穩(wěn)定性,一般采用純ADC(壓縮空氣)、O2、N2,而氬氣僅用于某些特殊場合。這是通過氧自由基在等離子體中的運動使表面親水。當形成該親水性基團時,等離子體氧自由基與基底表面的碳結(jié)合,形成CO2,從而去除有機物。
等離子清洗機在LCD液晶行業(yè)中的應(yīng)用
在玻璃基板(LCD)上安裝裸芯片IC(裸芯片IC)的COG工藝中,當芯片在高溫下粘結(jié)硬化時,基板涂層的成分沉淀在粘結(jié)填料的表面。有時,銀漿和其他連接劑溢出來污染粘合填料。如果在熱壓結(jié)合工藝前通過等離子清洗去除這些污染物,可大大提高熱壓結(jié)合的質(zhì)量。此外,由于提高了裸芯片的基板與IC表面之間的潤濕性,LCD-COG模塊的鍵合緊密性也得以提高,并且線路腐蝕問題也得以減少。
等離子體清洗技術(shù)可以去除金屬、陶瓷、塑料、玻璃等表面的有機污染物,并顯著改變這些表面的附著力和焊接強度。電離過程易于控制和安全重復(fù)。可以說,有效的表面處理是提高產(chǎn)品可靠性和工藝效率的關(guān)鍵,等離子體技術(shù)是目前最理想的技術(shù)。通過表面活化,等離子體技術(shù)可以提高大多數(shù)物質(zhì)的性能:清潔度、親水性、拒水性、內(nèi)聚性、可伸縮性、潤滑性和耐磨性。