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COG 等离子表面清洗
发布时间:2015/9/23 16:32:55  阅读:4308
目前组装技术的趋势主要是SIP、BGA、CSP封装使半导体器件向模块化、高集成化和小型化方向发展。在这样的封装与组装工艺中,最大的问题是粘结填料处的有机物污染和电加热中形成的氧化膜等。由于在粘结表面有污染物存在,导致这些元件的粘接强度降低和封装后树脂的灌封强度降低,直接影响到这些元件的组装水平与继续发展。为提高与改善这些元件的组装能力,大家都在想尽一切办法进行处理。提高实践证明,在封装工艺中适当地引入等离子清洗技术进行表面处理,可以大大改善封装可靠性和提高成品率。
    在玻璃基板(LCD)上安装裸芯片IC的COG工艺过程中,当芯片粘接后进行高温硬化时,在粘结填料表面有基体镀层成分析出的情况。还时有Ag浆料等连接剂溢出成分污染粘结填料。如果能在热压绑定工艺前用等离子清洗去除这些污染物,则热压绑定的质量能够大幅提升。进一步说,由于基板与裸芯片IC表面的润湿性都提高了,则LCD—COG模块的粘结密接性也能提高,同时也能够减少线条腐蚀的问题。
 
什么是等离子体?
     离子体通常称作物质的第四种状态,前三种状态是固体、液体、气体,它们是比较常见的,就存在于我们周围。 离子体尽管在宇宙的别处非常丰富,但在地球上只存在于某种特定环境。离子体的自然存在包括闪电、北极光。就好像把固体转变成气体需要能量一样,产生离子体也需要能量。一定量的离子体是由带电粒子和中性粒子(包括原子、离子和自由粒子)混合组成。离子体能够导电,和电磁力起反应。
     当温度升高时,物质就由固体变成液体,液体则会变成气体。当气体的温度升高时,此气体分子会分离成为原子,若温度继续上升,围绕在原子核周围的电子就会脱离原子成离子(正电荷)与电子(负电荷),此现象称为“电离”。因电离现象而带有电荷离子的气体便称为“等离子(PLASMA)”。因此通常将等离子归类为自然界中的“固体”、“液体”、“气体”等物态以外的“第四态”。
     在实验中,若施加电场于气体就会产生电离现象,这称为放电电离等离子。事实上,在大自然界所发生的各种现象中,高达99.9%的宇宙空間是充满等离子状态的。等离子的定义为:当空间中的离子数与电子数接近相同使空间呈现电中性之状态时,便称为等离子。
 
等离子清洗原理
     给气态物质更多的能量,比如加热,将会形成等离子体。当到达等离子状态时,气态分子裂变成了许许多多的高度活跃的粒子。这些裂变不是永久的,一旦用于形成等离子体的能量消失,各类粒子重新结合,形成原来的气体分子。与湿法清洗不同,等离子清洗的机理是依靠处于“等离子态”的物质的“活化作用”达到去除物体表面污渍的目的。从目前各类清洗方法来看,等离子体清洗也是所有清洗方法中最为彻底的剥离式的清洗方式。
    等离子清洗一般是利用激光、微波、电晕放电、热电离、弧光放电等多种方式将气体激发成等离子状态。
    在等离子清洗应用中,主要是利用低压气体辉光等离子体。一些非聚合性无机气体(Ar2、N2、H2、O2等)在高频低压下被激发,产生含有离子、激发态分子,自由基等多种活性粒子。一般在等离子清洗中,可把活化气体分为两类,一类为惰性气体的等离子体(如Ar2、N2等);另一类为反应性气体的等离子体(如O2、H2等)。这些活性粒子能与表面材料发生反应,其反应过程如下:
电离——气体分子——激发——激发态分子——清洗——活化表面
 等离子产生的原理如下
    从上图可以看出,给一组电极施以射频电压(频率约为几十兆赫兹),电极之间形成高频交变电场,区域内气体在交变电场的激荡下,产生等离子体。活性等离子对被清洗物进行表面物理轰击与化学反应双重作用,使被清洗物表面物质变成粒子和气态物质,经过抽真空排出,而达到清洗目的。
等离子清洗的清洗过程从原理上分为两个过程
过程1为:有机物的去除
    首先是利用等离子的原理将气体分子激活:
O2→ O + O+2e-,   O+ O2 → O3,  O3 → O + O2
然后利用O,O3与有机物进行反应,达到将有机物排除的目的:
有机物+ O,O3→  CO2 + H2O
过程2为:表面的活化
首先是利用等离子的原理将气体分子激活:
O2→ O + O+2e-,   O+ O2 → O3,  O3 → O + O2
然后利用O,O3含氧官能团的表面活化作用,来改善材料的粘着性和湿润性能,其反应为:
R•+O•→RO•
R•+O2→ROO•
     在实际使用中,考虑到生产成本及实际使用稳定性,一般使用净化的ADC(压缩空气)、O2、N2,只有在一些特殊场合才使用氩气。这是利用等离子体中的氧气的游离基的运动使表面达到亲水基化。当形成这一亲水基时,等离子氧游离基与基板表面的碳结合生成CO2,从而除去有机物质。
等离子清洗技术能够清除金属、陶瓷、塑料、玻璃表面的有机污染物,可以明显改变这些表面的粘接性及焊接强度。离子化过程能够容易地控制和安全地重复实现。可以说,有效的表面处理对于产品的可靠性或过程效率的提高是至关重要的,等离子技术也是目前最理想的技术。通过表面活化,等离子技术可以改善绝大多数物质的性能:洁净度、亲水性、斥水性、粘结性、标刻性、润滑性、耐磨性。
 
等离子清洗在COG-LCD组装技术中的应用
     LCD的COG组装过程,是将裸片IC贴装到ITO玻璃上,利用金球的压缩与变形来使ITO玻璃上的引脚与IC上的引脚导通。由于精细线路技术的不断发展,目前已经发展到生产Pitch为20μm、线条为10μm的产品。这些精细线路电子产品的生产与组装,对ITO玻璃的表面清洁度要求非常高,要求产品的可焊接性能好、焊接牢固、不能有任何有机与无机的物质残留在ITO玻璃上来阻止ITO电极端子与IC BUMP的导通性,因此,对ITO玻璃的清洁显得非常重要。在目前的ITO玻璃清洁工艺中,大家都在尝试利用各种清洗剂(酒精清洗、棉签+柠檬水清洗、超声波清洗)进行清洗,但由于清洗剂的引入,会导致由于清洗剂的引入而带来其他的相关问题,因此,探索新的清洗方法成为各厂家的努力方向。通过逐步的试验,利用等离子清洗的原理来对ITO玻璃进行表面清洁,是比较有效的清洁方法。
     在对液晶玻璃进行的等离子清洗中,使用的活化气体是氧的等离子体,它能除去油性污垢和有机污染物粒子,因为氧等离子体可将有机物氧化并形成气体排出。它的唯一问题是需要在去除粒子后加入一个除静电装置,其清洗工艺如下:
吹气--氧等离子体--除静电   
通过干式洗净工艺后的LCD及其电极端子ITO,洁净度、粘结性得到大大改善。
清洗过程如下:
清洗前   等离子照射 清洗后
下面是经过等离子清洗前后的效果差别
1.使用设备: 等离子大气压等离子清洗机;气体:无油干燥空气
2.将20pcs IC Bump向上放置(粘在黄胶纸上),进行Plasma清洗,然后再将IC正常热压到LCD上,进行测试,观察产品显示状况。
3.将23pcs显示白条,并且未封硅胶的产品,进行Plasma清洗,然后再测试,观察白条显示状况。
4.取2pcs显示OK的产品,在同一位置裸露的ITO上沾上汗渍(不戴手套,直接戴手指套,约15分钟后手指套内的汗渍),将其中1pcs进行Plasma清洗,然后产品一起通电,观察腐蚀状况(车间温度管控范围:22℃+/-6℃,湿度控制范围55%+/-15%)。
产品A经过等离子清洗;产品B不进行等离子清洗。通过连续的通电实验(200小时)后,情况如下:产品A在通电71.5H时出现第一条缺线,通电77H时出现第二条缺线; 而产品B在通电4.5H时,显示缺四条线。
从上面的实验数据可以看出:
1、等离子清洗时产生的静电不会对产品造成不良;
2、等离子可清洗ITO表面的微量导电脏污,可以改善由于漏电导致的白条现象;
3、等离子清洗可以降低被污染产品的腐蚀速度和腐蚀程度。
 从上面的原理分析及实验数据可以得出: 等离子清洗可用于LCD玻璃及LCD—COG半成品玻璃组装过程的清洗,来改善产品的质量及其稳定性。 
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