PLASMA原理ppt课件
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Plasma原理介绍
Plasma Cleaned25
Plasma Cleaned
Control
25
Control
Lab#2
Plasma Cleaned50
Control
50
# of Wires
1380 100 1378 94
1375 1375
Wire Size Pull
(mils) Test
1.5
5g
1.0
3g
1.5
5g
Pull Strength 4 5 4.7 6.5 6.5 7.8 6.3 6 6.7 6.2 4.5 2.9 5.1 4.4 2.2 3.2
AVG.STD.DEVIATION
Fsilure Mode 2L 2L N1 N1 N1 N2 N2 N1 N1 N1 2L 2L N2 2L 2L 2L 5.3 1.89
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.
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
Cross-section
Electron Energy Distribution Dissociation
Ionization
Electron Energy
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:
机也就随之出现。
工作原理 清洁效果的检验
Pull and Shear tests Water contact angle measurement Auger Electron Spectroscopic Analysis
Plasma原理介绍
等离子体波仿真。利用粒子模拟法跟 踪带电粒子在电磁场中的运动，模拟 等离子体波的传播和演化过程，研究 等离子体波的激发机制、传播特性等 问题。
03ห้องสมุดไป่ตู้
案例三
等离子体化学反应仿真。通过建立化 学反应动力学模型、设置反应条件和 边界条件等步骤，模拟等离子体中的 化学反应过程，分析反应产物的成分 和性质。
感谢观看
应用领域
金属、陶瓷、塑料等材料的表面改性 ，提高材料的性能和使用寿命。
环保领域中的等离子体处理技术
等离子体环保技术
利用等离子体的高能量密度和活性物种，对 废气、废水中的污染物进行高效处理。
应用领域
工业废气处理、污水处理、固体废弃物处理 等，实现环保和资源的有效利用。
05
Plasma诊断技术与方法
04
Plasma化学性质与应用研 究
等离子体化学反应类型及特点
等离子体化学反应类型
包括分解反应、合成反应、氧化还原反 应等。
VS
等离子体化学反应特点
反应速率快、反应条件温和、反应选择性 高。
材料表面改性技术应用
材料表面改性方法
通过等离子体处理改变材料表面的物 理和化学性质，如提高硬度、耐磨性 、耐腐蚀性等。
Plasma，中文称为“等离子体”，是 由部分电子被剥夺后的原子及原子团 被电离后产生的正负离子组成的离子 化气体状物质。
发Pla展sm历a的程研究起源于19世纪，随着
20世纪物理学的发展，尤其是电磁学 和原子物理学的进步，人们对Plasma 的认识逐渐深入。目前，Plasma技术 已广泛应用于能源、材料、环保、医 学等领域。
间距。
02
反应器设计
反应器的形状、材料和内部结构等参数会影响等离子体的分布和均匀性
第一章 等离子体概述(共50张PPT)
PECVD ( Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition ) -- 等离子体增强化学气相沉积法 典型的工业应用：等离子体刻蚀、镀膜、表面改性、喷涂、烧结、冶炼、加热、有害物处理
1～4电等子伏，离电流子为1态～10常0安及被以上称。 为“超气态”，它和气体有很多相似之处，
集体效应起主导作用：等离子体中相互作用的电磁 力是长程的。
宇宙中90％物质处于等离子体态
人类类的的生生存存伴伴随随着着水水，，水存水在存的在环的境环是境地是球地文球明得文以明进得化以、进发化展、的发的展热 的力学的环热境力，学这环种境环，境这远种离等环离境子远体离物等态离普子遍体存物在的态状普态遍。存因在而的，状天态然。等 因离子而体，就天只然能等存离在子于远体离就人只群能的存地在方于，远以闪离电人、群极的光地的方形，式以为闪人电们、所极敬 光畏、的所形赞式叹为。人们所敬畏、所赞叹。
温度 (度)
等离子体参数空间
星云
太阳风 星际空间
日冕
霓虹灯 荧光
磁约束 聚变
氢弹
惯性聚变
太阳核心 闪电
气体 液体 固体
北极光
火焰
人类居住环境
密度(cm-3)
等1.按离存在子分：体的分类
天然等离子体：太阳、恒星、星云、极光、雷电等
人工等离子体：日光灯、霓虹灯、电火花、电弧等
2.按电离度分： 等离子体：电子(ne )、正离子(离子 ni)、中性粒子（分子、
Tonks)首先引入等离子体（ Plasma ）这个名称。
涉及分子间作用力，而等离子体由气态转化时需要克服原 特点是焊缝平整，可以再加工,没有氧化物杂质,焊接速度快。
人类的生存伴随着水，水存在的环境是地球文明得以进化、发展的的热力学环境，这种环境远离等离子体物态普遍存在的状态。
1～4电等子伏，离电流子为1态～10常0安及被以上称。 为“超气态”，它和气体有很多相似之处，
集体效应起主导作用：等离子体中相互作用的电磁 力是长程的。
宇宙中90％物质处于等离子体态
人类类的的生生存存伴伴随随着着水水，，水存水在存的在环的境环是境地是球地文球明得文以明进得化以、进发化展、的发的展热 的力学的环热境力，学这环种境环，境这远种离等环离境子远体离物等态离普子遍体存物在的态状普态遍。存因在而的，状天态然。等 因离子而体，就天只然能等存离在子于远体离就人只群能的存地在方于，远以闪离电人、群极的光地的方形，式以为闪人电们、所极敬 光畏、的所形赞式叹为。人们所敬畏、所赞叹。
温度 (度)
等离子体参数空间
星云
太阳风 星际空间
日冕
霓虹灯 荧光
磁约束 聚变
氢弹
惯性聚变
太阳核心 闪电
气体 液体 固体
北极光
火焰
人类居住环境
密度(cm-3)
等1.按离存在子分：体的分类
天然等离子体：太阳、恒星、星云、极光、雷电等
人工等离子体：日光灯、霓虹灯、电火花、电弧等
2.按电离度分： 等离子体：电子(ne )、正离子(离子 ni)、中性粒子（分子、
Tonks)首先引入等离子体（ Plasma ）这个名称。
涉及分子间作用力，而等离子体由气态转化时需要克服原 特点是焊缝平整，可以再加工,没有氧化物杂质,焊接速度快。
人类的生存伴随着水，水存在的环境是地球文明得以进化、发展的的热力学环境，这种环境远离等离子体物态普遍存在的状态。
plasma原理
通过测量等离子体对入射激光的散射光强度和角度分布，可以推断出等离子体的电子密 度和温度。
干涉测量（Interferometry）
利用光的干涉现象测量等离子体的电子密度分布和折射率变化，从而得到等离子体的密 度和形状。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电学诊断技术
静电探针（Langmuir Probe）
通过测量插入等离子体中的静电探针上的电流和电压特性，可以推断出等离子体的电子 密度、电子温度和等离子体电位等参数。
。因为粒子运动形成电流，而电流又产生磁场并反过来影响粒子运动。
等离子体分类与特点
高温等离子体
低温等离子体
温度相当于108~109K完全电离的等离子体 ，如太阳、受控热核聚变等离子体。
指部分电离的，整体保持电中性的气体， 其温度一般略高于或接近常温。
燃烧等离子体
辉光放电等离子体
温度为102~105K，适当浓度的燃料和氧化 剂混合并点燃后，高温燃烧产生的包含大 量正负带电粒子和中性粒子的体系。
plasma原理
汇报人：XX
目 录
• 等离子体基本概念与性质 • Plasma产生方法与设备 • Plasma物理过程与机制 • Plasma化学过程与反应机制 • Plasma诊断技术与方法 • Plasma应用领域及前景展望
01
等离子体基本概念与性质
等离子体定义及组成
等离子体定义
等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成 的离子化气体状物质，尺度大于德拜长度的宏观电中性电离气体，其运动行为 主要由电磁力支配，并表现出显著的集体行为。
03
Plasma物理过程与机制
粒子间相互作用力
库仑力
带电粒子之间的相互作用力，遵 循库仑定律，同种电荷相互排斥 ，异种电荷相互吸引。
干涉测量（Interferometry）
利用光的干涉现象测量等离子体的电子密度分布和折射率变化，从而得到等离子体的密 度和形状。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
电学诊断技术
静电探针（Langmuir Probe）
通过测量插入等离子体中的静电探针上的电流和电压特性，可以推断出等离子体的电子 密度、电子温度和等离子体电位等参数。
。因为粒子运动形成电流，而电流又产生磁场并反过来影响粒子运动。
等离子体分类与特点
高温等离子体
低温等离子体
温度相当于108~109K完全电离的等离子体 ，如太阳、受控热核聚变等离子体。
指部分电离的，整体保持电中性的气体， 其温度一般略高于或接近常温。
燃烧等离子体
辉光放电等离子体
温度为102~105K，适当浓度的燃料和氧化 剂混合并点燃后，高温燃烧产生的包含大 量正负带电粒子和中性粒子的体系。
plasma原理
汇报人：XX
目 录
• 等离子体基本概念与性质 • Plasma产生方法与设备 • Plasma物理过程与机制 • Plasma化学过程与反应机制 • Plasma诊断技术与方法 • Plasma应用领域及前景展望
01
等离子体基本概念与性质
等离子体定义及组成
等离子体定义
等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成 的离子化气体状物质，尺度大于德拜长度的宏观电中性电离气体，其运动行为 主要由电磁力支配，并表现出显著的集体行为。
03
Plasma物理过程与机制
粒子间相互作用力
库仑力
带电粒子之间的相互作用力，遵 循库仑定律，同种电荷相互排斥 ，异种电荷相互吸引。
Plasma原理介绍
O2是利用自由原子以化学有方机物法蚀除有机物的,
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
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﹕
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.
清洗前 (%) 清洗后 (%)
Au
62.4
79.16
Cu
3.4
-
Ni
3.2
O
10.71
C
17.87
S
2.42
8.22 12.62
gas(2cc/min) Amount of RF energy applied to the
vacuum pump Vacuum chamber threshold pressure
（0.2Mpa)
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;
初版刘卓更新版彭齐全当chamber内部之压力低到某一程度约101torr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
初版----刘卓 更新版----彭齐全
Plasma工作原理介绍
Plasma原理介绍
Pull Strength 4 5 4.7 6.5 6.5 7.8 6.3 6 6.7 6.2 4.5 2.9 5.1 4.4 2.2 3.2
AVG.STD.DEVIATION
Fsilure Mode 2L 2L N1 N1 N1 N2 N2 N1 N1 N1 2L 2L N2 2L 2L 2L 5.3 1.89
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,
2.2其原理如下: Ar + e ------> Ar+ + 2e - -----> Ar+ + CxHy
²Plasma 效果表（Bond yield)
Plasma 参数﹕0.2 torr pressure; 75 watts power; 113 lpm vacuum.
# of
Lab#1 Devices
Plasma Cleaned25
Plasma Cleaned
Control
25
Control
Lab#2
Plasma Cleaned50
Control
50
# of Wires
1380 100 1378 94
1375 1375
Wire Size Pull
(mils) Test
1.5
5g
1.0
3g
1.5
Plasma工作原理PPT演示课件
*
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
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.
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!
*
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
*
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.
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
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.
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!
*
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
*
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.
Plasma原理介绍
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.
Normalized Energy Distribution
分裂分子所须的 能量 (Dissociation)
原子离子化所需 的能量 (Ionization)
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﹒
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.
Plasma Process
Plasma Parameter－－(pc32系列)
Plasma 功效
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,
地极
由于受电场作用会加速撞击负电极板, 产生
e-
Ar
e-
+Ar
+Ar
高频电极
PCB
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
gas(2cc/min) Amount of RF energy applied to the
vacuum pump Vacuum chamber threshold pressure
有太多的影响(Ar分子数量<-->分子间隔.
Normalized Energy Distribution
分裂分子所须的 能量 (Dissociation)
原子离子化所需 的能量 (Ionization)
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﹒
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.
Plasma Process
Plasma Parameter－－(pc32系列)
Plasma 功效
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,
地极
由于受电场作用会加速撞击负电极板, 产生
e-
Ar
e-
+Ar
+Ar
高频电极
PCB
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
gas(2cc/min) Amount of RF energy applied to the
vacuum pump Vacuum chamber threshold pressure
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– Metal Leadframe Oxidation
• 印刷电路板孔中的残余物 Smearing in Printed
Circuit Boards
• 打印记号 Marking
4
等离子体应用
Plasma Applications
• 表面污染物去除 Contamination Removal
– Wire Bonding – Encapsulation – Ball Attach
+ AC
_
GAS: Ar
微微波 波電 电浆 漿 ( MMWW pplassmmaa))
GAS: Ar , O2
e- + e-
e-
e- + e-
+ + e-
e- + + e-
e+ e-
e+
ee-
e-
+
e+
e- + e- +
+ e-
e-
e-
+ e-
+ e-
e- + e-
+
e-
&UM PUMP
5
機台型別:
站別: 2700 (PLASMA) 機台廠牌:ASE 機台型別 :JASON 701
6
What is Plasma
一. 何谓“电浆” ?
物质形态 ： 固体 、 液体 、 气体 、 电浆
7
所谓电浆，即是包含离子电子与中性粒子或部分游离的气体。 (Partially Ionized Gas)。里面的组成由各种带电荷的电子，离 子(Ion)及不带电的激发态分子和原子团(Radicals) 、自由基、 紫外线等。
(Contamination Sources: Fluorine, Nickel Hydroxide, Photoresist, Epoxy Paste, Organic Solvent Residue, smear in PCB, and scum)
• 表面活化 Surface Activation
• 光电子工业 Optoelectronic Industry
– Laser Diodes – Fiber Assembly – Hermetic Packaging – MEMS
• 印刷电路工业 Printed Circuit Industry
– Printed Circuit Board
3
集成电路封装面临的挑战
8
自然的电浆
电浆的形式有自然电浆（如北极光，星云，太阳核，闪电）及人造（如电 虹灯，火焰喷射器，日光灯，半导体制程的溅渡，半导体制程的干蚀刻， 半导体封装制程的电浆清洗。
Nebula
Lightning
Magnetic Fusing Reactor
Volcano
Fluorescent Lamp Neon light 9
2
综述 Overview:
• 微电子工业 Microelectronic Industry
– Flash, EEPROM – DRAM, SRAM – Analog/Linear – Microcontrollers, Microprocessors, Microperipherals – ASIC
PLASMA CLEANING原理简介
Presented by Chao Fang
1
目录 Agenda
• 等离子技术在高级封装工业的应用 Application of Plasma Technology in Advanced Packaging Industries.
• 等离子技术简介 Introduction to Plasma Technology
– Die Attach – Encapsulation – Flip Chip Underfill – Marking
• 表面改性和刻蚀 Surface Modification and Etch
– Fluxless Soldering – Cladding layer removal on fiber
10
等离子体的组成
Components of a Plasma
• 电子 Electrons
• 离子 Ions
– Positive
• Ar + e-
Ar+ + 2e-
– Negative
• Cl2 + 2e-
2Cl-
• 自由基 Free Radicals:
– CH4 + e-
• 光子 Photons
IC Assembly and Packaging: Specific Challenges
• 不良的芯片粘结 Poor Die Attach
– Insufficient Heat Dissipation Due to Poor Die Attach
• 不良的导线连接强度 Poor Wire Bond Strength
– Contamination on Bond Pad
• 覆晶填料 Flip Chip Underfill
– Fillet Height of Underfill
– Void in Flip Chip Underfill
• 剥离 Delamination
– Laminate Materials Releasing Moisture
射頻或交流电 R浆 F( o(RrFAorCACppllaassmm a) a)
cathode
VACUUM PUMP
e-
+ e-
e-
e- + e-
+ + e-
e- + + e-
e+ e-
e+
ee-
e-
+
e+
e-
+ e-
+
e-
+ e-
e- + + e-
e-
e- + e-
+
e-
+ e-
e- +
anode
.CH3 + .H + e-
– Ar + e-
Ar* + e-
Ar + e- + hn
• 中性粒子 Neutrals
11
PLASMA作用原理說明
Plasma with RF 产生方式
如图将电极板施以13.56MHZ之交流电源，电子在两极板 间加速而获得能量，此高能量之电子撞击反应气体分子 （如Ar,H2）而产生离子，原子，自由基，电子等。
人工的电浆
电浆的产生是利用直流，交流，射射频或微波能源的方式，在适当的低压状态 （约100mTorr至1Torr(1atm=760Torr)及密闭空间通以电源（12ev)，将通入密闭空 间之气体离子化，产生气态之粒子；利用离子化之粒子及借由极板所提供之电场， 加速粒子间之撞击作用。而经由撞击产生之二次电子与通入密闭空间之气态粒子， 尤其是不带电荷的气体分子及原子团再次发生撞击。在撞击之间便产生了电浆及 火光。而经由撞击之电子与粒子相结合而变成原子团。