什么是等離子體
??含有離子、電子、高活性自由基和電中性分子的可以導(dǎo)電的氣體，這就叫等離子體。人們又稱(chēng)物質(zhì)的第四態(tài)，等離子體在世界上到處都存在著：
??太陽(yáng)，很多恒星
??北極光（見(jiàn)右圖）
??日光燈，霓虹燈
??電弧焊等等
等離子體技術(shù)的發(fā)展
??六十年代集成電路的刻蝕發(fā)展，是推動(dòng)等離子體發(fā)展的zui大推動(dòng)力
??八十年代國(guó)外開(kāi)始用于其他領(lǐng)域的清洗以及表面改性
??國(guó)內(nèi)在zui近兩三年開(kāi)始用于電子元件清洗，表面改性還無(wú)人問(wèn)津
等離子體的產(chǎn)生機(jī)理??高真空??高頻，高壓??工作氣體，如氧氣、氫氣、氬氣、氮?dú)獾??電子被加速，轟擊工作氣體分子，發(fā)生電離，產(chǎn)生離子??污垢被氧化成二氧化碳和水或其它氣體，被抽走??如氧氣等離子體形成過(guò)程即可用下列6個(gè)反應(yīng)式來(lái)表示
氧氣等離子體的產(chǎn)生（見(jiàn)右圖反應(yīng)式）??*個(gè)反應(yīng)式表示氧氣分子在得到外界能量后變成氧氣陽(yáng)離子，并放出自由電子過(guò)程??第二個(gè)反應(yīng)式表示氧氣分子在得到外界能量后分解形成兩個(gè)氧原子自由基的過(guò)程??第三個(gè)反應(yīng)式表示氧氣分子在具有高能量的激發(fā)態(tài)自由電子作用下轉(zhuǎn)變成激發(fā)態(tài)??第四第五反應(yīng)式則表示激發(fā)態(tài)的氧氣分子進(jìn)一步發(fā)生轉(zhuǎn)變，在第四個(gè)反應(yīng)式中，氧氣釋放電子回到通常狀態(tài)的同時(shí)發(fā)出光能（紫外線(xiàn)）??在第五個(gè)反應(yīng)式中，激發(fā)態(tài)的氧氣分子分解成兩個(gè)氧原子自由基??第六個(gè)反應(yīng)式表示氧氣分子在激發(fā)態(tài)自由電子的作用下，分解成氧原子自由基和氧原子陽(yáng)離子的過(guò)程，當(dāng)這些反應(yīng)連續(xù)不斷發(fā)生，就形成氧氣等離子體??其他氣體的等離子體的形成過(guò)程也可用相似的反應(yīng)式描述。當(dāng)然實(shí)際反應(yīng)要比這些反應(yīng)式描述的更為復(fù)雜
等離子體的分類(lèi)1）低溫和高溫等離子體??在等離子體中，不同微粒的溫度實(shí)際上是不同的，所具有的溫度是與微粒的動(dòng)能即運(yùn)動(dòng)速度質(zhì)量有關(guān)，把等離子體中存在的離子的溫度用Ti表示，電子的溫度用Te表示，而原子、分子或原子團(tuán)等中性粒子的溫度用Tn表示，對(duì)于Te大大高于Ti和Tn的場(chǎng)合，即低壓體氣的場(chǎng)合，此時(shí)氣體的壓力只有幾百個(gè)帕斯卡，當(dāng)采用直流電壓或高頻電壓做電場(chǎng)時(shí)，由于電子本身的質(zhì)量很小，在電場(chǎng)中容易得到加速，從而可獲得平均可達(dá)數(shù)電子伏特的高能量，對(duì)于電子，此能量的對(duì)應(yīng)溫度為幾萬(wàn)度（K），而離子由于質(zhì)量較大，很難被電場(chǎng)加速，因此溫度僅幾千度。由于氣體粒子溫度較低（具有低溫特性），因此把這種等離子體稱(chēng)為低溫等離子體。當(dāng)氣體處于高壓狀態(tài)并從外界獲得大量能量時(shí)，粒子之間的相互碰撞頻率大大增加，各種微粒的溫度基本相同，即Te基本與Ti及Tn相同，我們把這種條件下得到的等離子體稱(chēng)為高溫等離子體，太陽(yáng)就是自然界中的高溫等離子體。由于高溫等離子體對(duì)物體表面的作用過(guò)于強(qiáng)烈，因此在實(shí)際應(yīng)用中很少使用，目前投入使用的只有低溫等離子體2）活潑氣體和不活潑氣體等離子體??根據(jù)產(chǎn)生等離子體時(shí)應(yīng)用的氣體的化學(xué)性質(zhì)不同，可分為不活潑氣體等離子體和活潑氣體等離子體兩類(lèi)，不活潑氣體如氬氣（Ar）、氮?dú)猓∟2）、氟化氮（NF3）、四氟化碳（CF4）等，活潑氣體如氧氣（O2）、氫氣（H2）等，不同類(lèi)型的氣體在清洗過(guò)程中的反應(yīng)機(jī)理是不同的，活潑氣體的等離子體具有更強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)活性
等離子體與物體表面的作用1）原子團(tuán)等自由基與物體表面的反應(yīng)??由于這些自由基呈電中性，存在壽命較長(zhǎng)，而且在離子體中的數(shù)量多于離子，因此自由基在等離子體中發(fā)揮著重要作用，自由基的作用主要表現(xiàn)在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中能量傳遞的"活化"作用，處于激發(fā)狀態(tài)的自由基具有較高的能量，因此易于與物體表面分子結(jié)合時(shí)形成新的自由基，新形成的自由基同樣處于不穩(wěn)定的高能量狀態(tài)，很可能發(fā)生分解反應(yīng)，在變成較小分子同時(shí)生成新的自由基，這種反應(yīng)過(guò)程還可能繼續(xù)進(jìn)行下去，zui后分解成水、二氧化碳之類(lèi)的簡(jiǎn)單分子。在另一些情況下，自由基與物體表面分子結(jié)合的同時(shí)，會(huì)釋放出大量的結(jié)合能，這種能量又成為引發(fā)新的表面反應(yīng)推動(dòng)力，從而引發(fā)物體表面上的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被去除2）電子與物體表面的作用??一方面電子對(duì)物體表面的撞擊作用，可促使吸附在物體表面的氣體分子發(fā)生分解和解吸，另一方面大量的電子撞擊有利引起化學(xué)反應(yīng)。由于電子質(zhì)量極小，因此比離子的移動(dòng)速度要快得多，當(dāng)進(jìn)行等離子體處理時(shí)，電子要比離子更早達(dá)到物體表面，并使表面帶有負(fù)電荷，這有利于引發(fā)進(jìn)一步反應(yīng)3）離子與物體表面的作用??通常指的是帶正電荷的陽(yáng)離子的作用，陽(yáng)離子有加速?zèng)_向帶負(fù)電荷表面的傾向，此時(shí)使物體表面獲得相當(dāng)大的動(dòng)能，足以撞擊去除表面上附著的顆粒性物質(zhì)，我們把這種現(xiàn)象稱(chēng)為濺射現(xiàn)象，而通過(guò)離子的沖擊作用可*促進(jìn)物體表面化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的幾率4）紫外線(xiàn)與物體表面的反應(yīng)??紫外線(xiàn)具有很強(qiáng)的光能，可使附著在物體表面物質(zhì)的分子鍵發(fā)生斷裂而分解，而且紫外線(xiàn)具有很強(qiáng)的穿透能力，可透過(guò)物體的表面深達(dá)數(shù)微米而產(chǎn)生作用
等離子體清洗的優(yōu)點(diǎn)
??在經(jīng)過(guò)等離子清洗以后，被清洗物體已經(jīng)很干燥，不必再經(jīng)干燥處理即可送往下道工序
??不使用三氯乙甲ODS有害溶劑，清洗后也不會(huì)產(chǎn)生有害污染物，屬于有利于環(huán)保的綠色清洗方法
??用無(wú)線(xiàn)電波范圍的高頻產(chǎn)生的等離子體與激光等直射光線(xiàn)不同，它的方向性不強(qiáng)，因此它可以深入物體的微細(xì)孔眼和凹陷的內(nèi)部并完成清洗任務(wù)，所以不必過(guò)多考慮被清洗物體形狀的影響，而且對(duì)這些難清洗部位的清洗效果與用氟里昂清洗的效果相似甚至更好
??整個(gè)清洗工藝流程在幾分鐘即可完成，因此具有效率高的特點(diǎn)
??等離子清洗需要控制的真空度約為100Pa，這種真空度在工廠(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中很容易實(shí)現(xiàn)。這種裝置的設(shè)備成本不高，加上清洗過(guò)程不需要使用價(jià)格昂貴的有機(jī)溶劑，因此它的運(yùn)行成本要低于傳統(tǒng)的清洗工藝
??由于不需要對(duì)清洗液進(jìn)行運(yùn)輸、貯存、排放等處理措施，所以生產(chǎn)場(chǎng)地很容易保持清潔衛(wèi)生
??等離子清洗的zui大技術(shù)特點(diǎn)是：它不分處理對(duì)象，可處理不同的基材，無(wú)論是金屬、半導(dǎo)體、氧化物還是高分子材料（如聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚酰亞胺、聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂等高聚物）都可用等離子體很好地處理，因此，特別適合不耐熱和不耐溶劑的基底材料。而且還可以有選擇地對(duì)材料的整體、局部或復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行部分清洗。
??在完成清洗去污的同時(shí)，還能改變材料本身的表面性能，如提高表面的潤(rùn)濕性能，改善膜的附著力等，這在許多應(yīng)用中都是非常重要的
等離子體清洗的局限
??如太厚的污物和粗固體粉粒需要前處理
??紡織物不能處理
等離子體清洗的應(yīng)用舉例
??等離子體清洗鋁鍵合區(qū)
??集成電路鍵合區(qū)的質(zhì)量對(duì)微電子器件的可靠性起到非常重要的作用。封裝作為器件和電子系統(tǒng)之間的*連接，鍵合區(qū)必須無(wú)污染物和具有良好的鍵合特性。污染物（如氧化物和有機(jī)殘?jiān)?huì)嚴(yán)重削弱鍵合區(qū)的粘接性能，而傳統(tǒng)的濕法清洗對(duì)鍵合區(qū)的污染物去除不*或者不能去除。研究表明，采用等離子體清洗能夠有效去除鍵合區(qū)的表面沾污物，提高鍵合區(qū)的粘接性
??等離子體清洗對(duì)基板焊盤(pán)的影響
??基板焊盤(pán)上的污染物（如氧化物和碳?xì)浠衔铮?huì)降低表面質(zhì)量和明顯地降低引線(xiàn)鍵合的成功率，彌散于空間中的污染含量達(dá)到1g/m3就會(huì)*地影響引線(xiàn)鍵合的強(qiáng)度。因此在引線(xiàn)鍵合前清洗焊盤(pán)表面是十分重要的。
??對(duì)焊盤(pán)進(jìn)行表面清洗后，把接觸角作為衡量表面質(zhì)量的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)；采用焊球剪切力測(cè)試和引線(xiàn)拉力測(cè)試來(lái)評(píng)價(jià)等離子體清洗的效果；采用俄歇電子能譜（AES）對(duì)焊盤(pán)進(jìn)行進(jìn)一步分析
等離子體清洗設(shè)備實(shí)例
鐘罩式的放電腔
真空腔內(nèi)柔和的淡紫色的等離子體放電，
等離子體清洗的總結(jié)
??等離子體清洗，具有不分材料類(lèi)型均可進(jìn)行清洗、清洗質(zhì)量好、對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)
??等離子體清洗技術(shù)在微電子封裝中具有廣泛的應(yīng)用，主要用于去除表面污物和表面刻蝕等，工藝的選擇取決于后序工藝對(duì)材料表面的要求、材料表面的原有特征、化學(xué)組成以及表面污染物性質(zhì)
??將等離子體清洗引入微電子封裝中，能夠顯著改善封裝質(zhì)量和可靠性。但是采用不同的工藝，對(duì)鍵合特性、引線(xiàn)框架的性能等的影響有很大差異。例如，對(duì)鋁鍵合區(qū)采用氬氫等離子體清洗一段時(shí)間后，鍵合區(qū)的粘接性能有明顯提高，但是過(guò)長(zhǎng)的時(shí)間也會(huì)對(duì)鈍化層造成損害；對(duì)焊盤(pán)采用物理反應(yīng)機(jī)制等離子體清洗會(huì)造成“二次污染”，反而降低了焊盤(pán)的表面特性；對(duì)銅引線(xiàn)框架采用兩種不同機(jī)制的等離子清洗，拉力測(cè)試的結(jié)果有很大差異
??因此，選擇合適的清洗方式和清洗時(shí)間，對(duì)提高封裝質(zhì)量和可靠性是十分重要的
??進(jìn)一步資料請(qǐng)參考右邊附件
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