等離子表面處理中的工藝氣體如何選擇？

      等離子清洗機常用的工藝氣體有氧氣 、氬氣 、氮氣、壓縮空氣 、二氧化碳 、氫氣、四氟化碳等。它是將氣體電離產生等離子體對工件進行表面處理,無論是進行清洗還是表面活化,為達到最佳的處理效果會選用不同的工藝氣體,那么等離子清洗機的常用工藝氣體又該如何選擇呢?

 1.氧氣

       氧氣是等離子清洗常用的活性氣體,屬于物理+化學的處理方式,電離后產生的離子體能夠對表面進行物理轟擊,形成粗糙表面。同時高活性的氧離子能夠與被斷鍵后的分子鏈發生化學反應形成活性基團的親水表面,達到表面活化的目的;被斷鍵后的有機污染物的元素會與高活性的氧離子發生化學反應,形成CO、CO2、H2O等分子結構脫離表面,達到表面清洗的目的。

      氧氣主要應用于高分子材料表面活化及有機污染物去除,但不適用于易氧化的金屬表面。真空等離子狀態下的氧等離子呈現淡藍色,部分放電條件下類似白色。放電環境光線比較亮,肉眼觀察時可能會出現看不到真空腔體內有放電的情況。

2.氬氣

       氬氣是一種惰性氣體,電離后產生的離子體不會與基材發生化學反應,在等離子清洗中主要被應用于基材表面的物理清洗及表面粗化,最大的特點就是在表面清洗中不會造成精密電子器件的表面氧化。正因如此,氬等離子清洗機在半導體、微電子、晶圓制造等行業被廣泛應用。

      氬氣在真空等離子清洗機中被電離所產生的等離子體呈暗紅色。在相同的放電環境下,氫氣和氮氣所產生的等離子體顏色都是呈紅色,但氬等離子體的亮度會低于氮氣且高于氫氣,還是比較好區分的。

1)表面清洗

       在晶圓、玻璃等產品的表面Particle去除的工藝中,通常都是采用Ar等離子體對表面Particle進行轟擊,以達到Particle被打散、松動(與基材表面脫離)的效果,再配合超聲波清洗或離心清洗等工藝,將表面的Particle進行去除。特別是在在半導體封裝工藝中,完成打線工藝后為防止導線氧化,都是采用氬等離子體或氬氫等離子體進行表面清洗。

2)表面粗化

        等離子清洗機的表面粗化又稱表面刻蝕,其目的是提升材料表面的粗糙度,以增加粘接、印刷、焊接等工藝結合力,經氬等離子清洗機處理后的表面張力會明顯提升。活性氣體所產生的等離子體也可以增加表面的粗糙度,但氬氣電離后產生的粒子相對較重,氬離子在電場的作用下的動能會明顯高于活性氣體,所以其粗化效果會更加明顯,在無機物基材表面粗化工藝中應用最為廣泛。如玻璃基材表面處理、金屬基材表面處理等。

3)活性氣體輔助

       在等離子清洗機的活化和清洗工藝中,工藝氣體經常被混合使用,以達到更佳的效果。因為氬氣的分子比較大,電離后產生的粒子比較后,在進行表面清洗和活化時通常會配合活性氣體混合使用,最常見的就是氬氣和氧氣的混合。氧氣為高活性氣體,可有效地對有機污染物或有機基材表面進行化學分解,但其粒子相對較小,斷鍵和轟擊能力有限,如加上一定比例的氬氣,那么所產生的等離子體對有機污染物或有機基材表面的斷鍵和分解能力就會更強,加快清洗和活化的效率。

     氬氣與氫氣混合應用在打線和打鍵工藝中,除增加焊盤粗糙度外,還可以有效去除焊盤表面的有機污染物,同時對表面的輕微氧化進行還原,在半導體封裝和SMT等行業中被廣泛應用。

3.氫氣

4.氮氣

       氮氣電離形成的等離子體能夠與部分分子結構發生鍵合反應,所以也是一種活性氣體,但相對于氧氣和氫氣而言,其粒子比較重,通常情況下在等離子清洗機應用中會把此氣體界定在活性氣體氧氣、氫氣與惰性氣體氬氣之間的一種氣體。在清洗活化的同時能夠達到一定轟擊、刻蝕的效果,同時能夠防止部分金屬表面出現氧化。氮氣與其他氣體組合形成的等離子體通常會被應用于一些特殊材料的處理。真空等離子狀態下氮等離子也是呈紅色,在相同的放電環境下,氮等離子會比氬等離子和氫等離子更亮一些。

5.四氟化碳

       四氟化碳在電離之后的等離子體含有氫氟酸，是一種能夠用于刻蝕和有機物去除的腐蝕性氣體，能夠對線路板的微孔進行除膠處理或者一些精密材料的納米級刻蝕。