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COG 等離子表面清洗
發布時間:2015/9/23 16:32:55  閱讀:3817
目前組裝技術的趨勢主要是SIP、BGA、CSP封裝使半導體器件向模塊化、高集成化和小型化方向發展。在這樣的封裝與組裝工藝中,最大的問題是粘結填料處的有機物污染和電加熱中形成的氧化膜等。由于在粘結表面有污染物存在,導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與繼續發展。為提高與改善這些元件的組裝能力,大家都在想盡一切辦法進行處理。提高實踐證明,在封裝工藝中適當地引入等離子清洗技術進行表面處理,可以大大改善封裝可靠性和提高成品率。
    在玻璃基板(LCD)上安裝裸芯片IC的COG工藝過程中,當芯片粘接后進行高溫硬化時,在粘結填料表面有基體鍍層成分析出的情況。還時有Ag漿料等連接劑溢出成分污染粘結填料。如果能在熱壓綁定工藝前用等離子清洗去除這些污染物,則熱壓綁定的質量能夠大幅提升。進一步說,由于基板與裸芯片IC表面的潤濕性都提高了,則LCD—COG模塊的粘結密接性也能提高,同時也能夠減少線條腐蝕的問題。
 
什么是等離子體?
     離子體通常稱作物質的第四種狀態,前三種狀態是固體、液體、氣體,它們是比較常見的,就存在于我們周圍。 離子體盡管在宇宙的別處非常豐富,但在地球上只存在于某種特定環境。離子體的自然存在包括閃電、北極光。就好像把固體轉變成氣體需要能量一樣,產生離子體也需要能量。一定量的離子體是由帶電粒子和中性粒子(包括原子、離子和自由粒子)混合組成。離子體能夠導電,和電磁力起反應。
     當溫度升高時,物質就由固體變成液體,液體則會變成氣體。當氣體的溫度升高時,此氣體分子會分離成為原子,若溫度繼續上升,圍繞在原子核周圍的電子就會脫離原子成離子(正電荷)與電子(負電荷),此現象稱為“電離”。因電離現象而帶有電荷離子的氣體便稱為“等離子(PLASMA)”。因此通常將等離子歸類為自然界中的“固體”、“液體”、“氣體”等物態以外的“第四態”。
     在實驗中,若施加電場于氣體就會產生電離現象,這稱為放電電離等離子。事實上,在大自然界所發生的各種現象中,高達99.9%的宇宙空間是充滿等離子狀態的。等離子的定義為:當空間中的離子數與電子數接近相同使空間呈現電中性之狀態時,便稱為等離子。
 
等離子清洗原理
     給氣態物質更多的能量,比如加熱,將會形成等離子體。當到達等離子狀態時,氣態分子裂變成了許許多多的高度活躍的粒子。這些裂變不是永久的,一旦用于形成等離子體的能量消失,各類粒子重新結合,形成原來的氣體分子。與濕法清洗不同,等離子清洗的機理是依靠處于“等離子態”的物質的“活化作用”達到去除物體表面污漬的目的。從目前各類清洗方法來看,等離子體清洗也是所有清洗方法中最為徹底的剝離式的清洗方式。
    等離子清洗一般是利用激光、微波、電暈放電、熱電離、弧光放電等多種方式將氣體激發成等離子狀態。
    在等離子清洗應用中,主要是利用低壓氣體輝光等離子體。一些非聚合性無機氣體(Ar2、N2、H2、O2等)在高頻低壓下被激發,產生含有離子、激發態分子,自由基等多種活性粒子。一般在等離子清洗中,可把活化氣體分為兩類,一類為惰性氣體的等離子體(如Ar2、N2等);另一類為反應性氣體的等離子體(如O2、H2等)。這些活性粒子能與表面材料發生反應,其反應過程如下:
電離——氣體分子——激發——激發態分子——清洗——活化表面
 等離子產生的原理如下
    從上圖可以看出,給一組電極施以射頻電壓(頻率約為幾十兆赫茲),電極之間形成高頻交變電場,區域內氣體在交變電場的激蕩下,產生等離子體;钚缘入x子對被清洗物進行表面物理轟擊與化學反應雙重作用,使被清洗物表面物質變成粒子和氣態物質,經過抽真空排出,而達到清洗目的。
等離子清洗的清洗過程從原理上分為兩個過程
過程1為:有機物的去除
    首先是利用等離子的原理將氣體分子激活:
O2→ O + O+2e-,   O+ O2 → O3,  O3 → O + O2
然后利用O,O3與有機物進行反應,達到將有機物排除的目的:
有機物+ O,O3→  CO2 + H2O
過程2為:表面的活化
首先是利用等離子的原理將氣體分子激活:
O2→ O + O+2e-,   O+ O2 → O3,  O3 → O + O2
然后利用O,O3含氧官能團的表面活化作用,來改善材料的粘著性和濕潤性能,其反應為:
R•+O•→RO•
R•+O2→ROO•
     在實際使用中,考慮到生產成本及實際使用穩定性,一般使用凈化的ADC(壓縮空氣)、O2、N2,只有在一些特殊場合才使用氬氣。這是利用等離子體中的氧氣的游離基的運動使表面達到親水基化。當形成這一親水基時,等離子氧游離基與基板表面的碳結合生成CO2,從而除去有機物質。
等離子清洗技術能夠清除金屬、陶瓷、塑料、玻璃表面的有機污染物,可以明顯改變這些表面的粘接性及焊接強度。離子化過程能夠容易地控制和安全地重復實現?梢哉f,有效的表面處理對于產品的可靠性或過程效率的提高是至關重要的,等離子技術也是目前最理想的技術。通過表面活化,等離子技術可以改善絕大多數物質的性能:潔凈度、親水性、斥水性、粘結性、標刻性、潤滑性、耐磨性。
 
等離子清洗在COG-LCD組裝技術中的應用
     LCD的COG組裝過程,是將裸片IC貼裝到ITO玻璃上,利用金球的壓縮與變形來使ITO玻璃上的引腳與IC上的引腳導通。由于精細線路技術的不斷發展,目前已經發展到生產Pitch為20μm、線條為10μm的產品。這些精細線路電子產品的生產與組裝,對ITO玻璃的表面清潔度要求非常高,要求產品的可焊接性能好、焊接牢固、不能有任何有機與無機的物質殘留在ITO玻璃上來阻止ITO電極端子與IC BUMP的導通性,因此,對ITO玻璃的清潔顯得非常重要。在目前的ITO玻璃清潔工藝中,大家都在嘗試利用各種清洗劑(酒精清洗、棉簽+檸檬水清洗、超聲波清洗)進行清洗,但由于清洗劑的引入,會導致由于清洗劑的引入而帶來其他的相關問題,因此,探索新的清洗方法成為各廠家的努力方向。通過逐步的試驗,利用等離子清洗的原理來對ITO玻璃進行表面清潔,是比較有效的清潔方法。
     在對液晶玻璃進行的等離子清洗中,使用的活化氣體是氧的等離子體,它能除去油性污垢和有機污染物粒子,因為氧等離子體可將有機物氧化并形成氣體排出。它的唯一問題是需要在去除粒子后加入一個除靜電裝置,其清洗工藝如下:
吹氣--氧等離子體--除靜電   
通過干式洗凈工藝后的LCD及其電極端子ITO,潔凈度、粘結性得到大大改善。
清洗過程如下:
清洗前   等離子照射 清洗后
下面是經過等離子清洗前后的效果差別
1.使用設備: 等離子大氣壓等離子清洗機;氣體:無油干燥空氣
2.將20pcs IC Bump向上放置(粘在黃膠紙上),進行Plasma清洗,然后再將IC正常熱壓到LCD上,進行測試,觀察產品顯示狀況。
3.將23pcs顯示白條,并且未封硅膠的產品,進行Plasma清洗,然后再測試,觀察白條顯示狀況。
4.取2pcs顯示OK的產品,在同一位置裸露的ITO上沾上汗漬(不戴手套,直接戴手指套,約15分鐘后手指套內的汗漬),將其中1pcs進行Plasma清洗,然后產品一起通電,觀察腐蝕狀況(車間溫度管控范圍:22℃+/-6℃,濕度控制范圍55%+/-15%)。
產品A經過等離子清洗;產品B不進行等離子清洗。通過連續的通電實驗(200小時)后,情況如下:產品A在通電71.5H時出現第一條缺線,通電77H時出現第二條缺線; 而產品B在通電4.5H時,顯示缺四條線。
從上面的實驗數據可以看出:
1、等離子清洗時產生的靜電不會對產品造成不良;
2、等離子可清洗ITO表面的微量導電臟污,可以改善由于漏電導致的白條現象;
3、等離子清洗可以降低被污染產品的腐蝕速度和腐蝕程度。
 從上面的原理分析及實驗數據可以得出: 等離子清洗可用于LCD玻璃及LCD—COG半成品玻璃組裝過程的清洗,來改善產品的質量及其穩定性。 
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