最新Plasma工作原理
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Plasma对拉力测试的影响
结 论:
综上所述:在Wire Bonding着线之前进行 PLASMA清洗,可以相当程度的降低着线失效 率,同时还能够提高着线质量,增大Wire Pull值 提高产品的可靠性和稳定性.如果着线失败的 原因是由于基板表面残留液.PAD表面氧化物. 或其他有机污染物造成的,那么Argon PLASMA 将会对这些污染物进行很好得处理,并最大限 度地蚀除污染物,从而提高着线质量!
Plasma 参数﹕0.2 torr pressure; 75 watts power; 113 lpm vacuum.
Plasma 效果表（Bond yield)
未经Plasma结果
经Plasma后效果
N1: B点断线 WB: C点断线 2L: 第二点翘线 N2: D点断线
钩针
检验方法----- Pull and Shear test
应用最为广泛.当一滴水珠滴到未清洗的基板上时的扩散效果会很差,而经清洗后
最高点
检验方法----- Pull and Shear test
Auger Electron Spectroscopic(AES) 此测试为Pad表面材料的分析,Plasma清洗前后的Pad表面材料会发生明显变化,此方法可以测定Pad表面材料的成分.是目前最好的Plasma效果测试手段,但设备昂贵.
工作原理
当chamber内部之压力低到某一程度(约10-1 torr左右)时, 气态正离子开始往负电极移动, 由于受电场作用会加速撞击负电极板, 产生电极板表面原子, 杂质分子和离子以及二次电子(e-)…等, 此e-又会受电场作用往正电极方向移动, 于移动过程会撞击chamber内之气体分子(ex. : Ar原子…等), 产生Ar+等气态正离子, 此Ar+再受电场的作用去撞击负电极板, 又再产生表面原子以及二次电子(e-)…等, 如此周而复始之作用即为Plasma产生之原理.
目前使用的Ar的成份
Ar >= 99.99% N2 <= 55 ppm O2 <= 10 ppm H2 <= 5 ppm H2O <=20 ppm 总的碳含量 <= 10 ppm
Ar的纯度与清洗的效果
在Plasma清洗时,首先利用Vacuum pump将Chamber内的空气抽至设定的gas stable(不可能将空气完全抽空),然后就开始注入Ar,当Ar的含量达到设定的体积后(通过监控Chamber的压力值),RF ON,Plasma产生. 因而,在反映中Ar与一定数量的空气同时存在; 当Ar的纯度不足,即空气的成分稍多时,也不会有太多的影响(Ar分子数量<-->分子间隔.
Electrode configuration（形成电场） Process gas selected for use（Ar） Flow rate / pressure of selected gas(2cc/min) Amount of RF energy applied to the vacuum pump Vacuum chamber threshold pressure （0.2Mpa)
O2是利用自由原子以化学方法蚀除有机物的, O2 + e ------> 2O＋e CO2 + H2O＋e 优点: 清洗速度比较快,并且清洗的效果显著,比较干净 缺点: 不适宜易氧化的材料的清洗
有机物
Ar Plasma
利用比较重的离子,以物理方法打破有机物脆弱的化学键并是表面污染物脱离被清洗物表面,清除有机物得方程式为﹕ Ar + e ------> Ar+ + 2e - -----> Ar+ + CxHy 优点:由于Ar为惰性气体,不会氧化材质,因而被 普遍使用 缺点: 清洗效果较弱. 因此O2+ Ar的效果比较好
Plasma Process:
Energetic Process (积极的处理) 适合于Etching/cleaning
Moderate Process(中等的处理) 适合于表面活化
Plasma Parameter (Pc32系列)
目前HYBIRD所使用PLASMA:
Argon Plasma----pc32P-M
使用场合 :Wire Bonding之前及Molding之前; 主要作用 :清除基板表面污染物,W/B之前PLASMA主要蚀除PAD上氧化物,清除表面杂质,同时增加PAD表面粗糙度和接触面积,从而提高着线可靠性与稳定性; Molding之前主要是增加表面洁净度与接触面积,以便改善表面分子活性! 参数设置 : Power: 300W Pressure:0.22Torr Time: 20S Gas Flow:5cc/min 效 果 :目前P1,P2均为Argon Plasma,对无机颗粒有较好的清除效果,但由于其通过物理作用来处理表面有机物,所以速度较慢,效果也并不是很好;如果能结合O2 对有机物的化学作用,PLASMA 的效果会更加明显, 建 议 :用(Ar + O2) PLASMA 代替 (Ar)PLASMA
Plasma 功效
W/B的主要污染物为: SMT残留物:松香:主要成分为Polyethylene(聚乙烯) Polypropylene(聚丙烯)等有机物; 癸烷:(SMT清洗液残留物)主要成分: Pdystyrene(聚苯乙烯)Mylar(聚酯薄膜)等有机物; 金属表面氧化物; 已经硬化的光敏元素:,如:焊锡等无机物; 空气中的各种有机无机颗粒及基板表面的残留液体.
Normalized Energy Distribution
分裂分子所须的能量(Dissociation) 原子离子化所需的能量(Ionization)
实际应用
1.目前PLASMA用于W/B之前清洗基板上附着的有机物(如FLUX的残留﹑清洗剂的残留﹑Epoxy outgas等),以利于打线.其原理如下: Ar + e ------> Ar+ + 2e - -----> Ar+ + CxHy 清洗后的基板﹐可用打线后测推拉力来Monitor其清洗效果﹒
PLASMA对所有的有机物都有明显得清洗作用,但是 他对硬化焊锡等无机物却物能为力!
表 面 活 化
表面活化主要用于聚合体(Polymers),通过Plasma的洗,(在O2或Ar Plasma中进行短暂的暴光即可),可以增加表面的粘着力. 原理: 通过Plasma,清除表面的污染物, 使其表面变粗,可以暴露出更多的表面区域,以建立miniature dipoles(微形的双极子),从而增加电性的粘着力.具体请见﹕
Plasma机构原理图
Plasma产生的条件
足够的反应气体和反应气压 反应产物须能高速撞击清洗物的表面 具有足够的能量供应 反应后所产生的物质必须是可挥发性的细微结合物,以便于Vacuum Pump将其抽走 Pump的容量和速度须足够大,以便迅速排出反应的付产品,及再填充反应气体
O2 Plasma
实际应用
2.用于W／B之后﹐Moding之前 2.1主要作用: 活化基板,增加接触面积,提高表面分子的物 理活化性,以利于Molding compound与基板 的结合. 2.2其原理如下: Ar + e ------> Ar+ + 2e - -----> Ar+ + CxHy
13.56MHz
e-
e-
PCB
Ar
高频电极
地极
检验方法----- Pull and Shear test
Pull and Shear test 应用最为广泛.
推力头
根据推力值可以判定Plasma效果如何,如果效果较差则推力值会小.
根据拉力值可以判定Plasma效果如何,如果效果差则拉力值小.
结 论:
综上所述:在Wire Bonding着线之前进行 PLASMA清洗,可以相当程度的降低着线失效 率,同时还能够提高着线质量,增大Wire Pull值 提高产品的可靠性和稳定性.如果着线失败的 原因是由于基板表面残留液.PAD表面氧化物. 或其他有机污染物造成的,那么Argon PLASMA 将会对这些污染物进行很好得处理,并最大限 度地蚀除污染物,从而提高着线质量!
Plasma 参数﹕0.2 torr pressure; 75 watts power; 113 lpm vacuum.
Plasma 效果表（Bond yield)
未经Plasma结果
经Plasma后效果
N1: B点断线 WB: C点断线 2L: 第二点翘线 N2: D点断线
钩针
检验方法----- Pull and Shear test
应用最为广泛.当一滴水珠滴到未清洗的基板上时的扩散效果会很差,而经清洗后
最高点
检验方法----- Pull and Shear test
Auger Electron Spectroscopic(AES) 此测试为Pad表面材料的分析,Plasma清洗前后的Pad表面材料会发生明显变化,此方法可以测定Pad表面材料的成分.是目前最好的Plasma效果测试手段,但设备昂贵.
工作原理
当chamber内部之压力低到某一程度(约10-1 torr左右)时, 气态正离子开始往负电极移动, 由于受电场作用会加速撞击负电极板, 产生电极板表面原子, 杂质分子和离子以及二次电子(e-)…等, 此e-又会受电场作用往正电极方向移动, 于移动过程会撞击chamber内之气体分子(ex. : Ar原子…等), 产生Ar+等气态正离子, 此Ar+再受电场的作用去撞击负电极板, 又再产生表面原子以及二次电子(e-)…等, 如此周而复始之作用即为Plasma产生之原理.
目前使用的Ar的成份
Ar >= 99.99% N2 <= 55 ppm O2 <= 10 ppm H2 <= 5 ppm H2O <=20 ppm 总的碳含量 <= 10 ppm
Ar的纯度与清洗的效果
在Plasma清洗时,首先利用Vacuum pump将Chamber内的空气抽至设定的gas stable(不可能将空气完全抽空),然后就开始注入Ar,当Ar的含量达到设定的体积后(通过监控Chamber的压力值),RF ON,Plasma产生. 因而,在反映中Ar与一定数量的空气同时存在; 当Ar的纯度不足,即空气的成分稍多时,也不会有太多的影响(Ar分子数量<-->分子间隔.
Electrode configuration（形成电场） Process gas selected for use（Ar） Flow rate / pressure of selected gas(2cc/min) Amount of RF energy applied to the vacuum pump Vacuum chamber threshold pressure （0.2Mpa)
O2是利用自由原子以化学方法蚀除有机物的, O2 + e ------> 2O＋e CO2 + H2O＋e 优点: 清洗速度比较快,并且清洗的效果显著,比较干净 缺点: 不适宜易氧化的材料的清洗
有机物
Ar Plasma
利用比较重的离子,以物理方法打破有机物脆弱的化学键并是表面污染物脱离被清洗物表面,清除有机物得方程式为﹕ Ar + e ------> Ar+ + 2e - -----> Ar+ + CxHy 优点:由于Ar为惰性气体,不会氧化材质,因而被 普遍使用 缺点: 清洗效果较弱. 因此O2+ Ar的效果比较好
Plasma Process:
Energetic Process (积极的处理) 适合于Etching/cleaning
Moderate Process(中等的处理) 适合于表面活化
Plasma Parameter (Pc32系列)
目前HYBIRD所使用PLASMA:
Argon Plasma----pc32P-M
使用场合 :Wire Bonding之前及Molding之前; 主要作用 :清除基板表面污染物,W/B之前PLASMA主要蚀除PAD上氧化物,清除表面杂质,同时增加PAD表面粗糙度和接触面积,从而提高着线可靠性与稳定性; Molding之前主要是增加表面洁净度与接触面积,以便改善表面分子活性! 参数设置 : Power: 300W Pressure:0.22Torr Time: 20S Gas Flow:5cc/min 效 果 :目前P1,P2均为Argon Plasma,对无机颗粒有较好的清除效果,但由于其通过物理作用来处理表面有机物,所以速度较慢,效果也并不是很好;如果能结合O2 对有机物的化学作用,PLASMA 的效果会更加明显, 建 议 :用(Ar + O2) PLASMA 代替 (Ar)PLASMA
Plasma 功效
W/B的主要污染物为: SMT残留物:松香:主要成分为Polyethylene(聚乙烯) Polypropylene(聚丙烯)等有机物; 癸烷:(SMT清洗液残留物)主要成分: Pdystyrene(聚苯乙烯)Mylar(聚酯薄膜)等有机物; 金属表面氧化物; 已经硬化的光敏元素:,如:焊锡等无机物; 空气中的各种有机无机颗粒及基板表面的残留液体.
Normalized Energy Distribution
分裂分子所须的能量(Dissociation) 原子离子化所需的能量(Ionization)
实际应用
1.目前PLASMA用于W/B之前清洗基板上附着的有机物(如FLUX的残留﹑清洗剂的残留﹑Epoxy outgas等),以利于打线.其原理如下: Ar + e ------> Ar+ + 2e - -----> Ar+ + CxHy 清洗后的基板﹐可用打线后测推拉力来Monitor其清洗效果﹒
PLASMA对所有的有机物都有明显得清洗作用,但是 他对硬化焊锡等无机物却物能为力!
表 面 活 化
表面活化主要用于聚合体(Polymers),通过Plasma的洗,(在O2或Ar Plasma中进行短暂的暴光即可),可以增加表面的粘着力. 原理: 通过Plasma,清除表面的污染物, 使其表面变粗,可以暴露出更多的表面区域,以建立miniature dipoles(微形的双极子),从而增加电性的粘着力.具体请见﹕
Plasma机构原理图
Plasma产生的条件
足够的反应气体和反应气压 反应产物须能高速撞击清洗物的表面 具有足够的能量供应 反应后所产生的物质必须是可挥发性的细微结合物,以便于Vacuum Pump将其抽走 Pump的容量和速度须足够大,以便迅速排出反应的付产品,及再填充反应气体
O2 Plasma
实际应用
2.用于W／B之后﹐Moding之前 2.1主要作用: 活化基板,增加接触面积,提高表面分子的物 理活化性,以利于Molding compound与基板 的结合. 2.2其原理如下: Ar + e ------> Ar+ + 2e - -----> Ar+ + CxHy
13.56MHz
e-
e-
PCB
Ar
高频电极
地极
检验方法----- Pull and Shear test
Pull and Shear test 应用最为广泛.
推力头
根据推力值可以判定Plasma效果如何,如果效果较差则推力值会小.
根据拉力值可以判定Plasma效果如何,如果效果差则拉力值小.