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。人們又稱物質(zhì)的第四態(tài)，等離子體在世界上到處都存在著：
??太陽，很多恒星
??北極光（見右圖）
??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，是推動等離子體發(fā)展的zui大推動力
??八十年代國外開始用于其他領(lǐng)域的清洗以及表面改性
??國內(nèi)在zui近兩三年開始用于電子元件清洗，表面改性還無人問津

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程即可用下列6個反應(yīng)式來表示

氧氣等離子體的產(chǎn)生（見右圖反應(yīng)式）??*個反應(yīng)式表示氧氣分子在得到外界能量后變成氧氣陽離子，并放出自由電子過程??第二個反應(yīng)式表示氧氣分子在得到外界能量后分解形成兩個氧原子自由基的過程??第三個反應(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，在第四個反應(yīng)式中，氧氣釋放電子回到通常狀態(tài)的同時發(fā)出光能（紫外線）??在第五個反應(yīng)式中，激發(fā)態(tài)的氧氣分子分解成兩個氧原子自由基??第六個反應(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離子的過程，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能即運(yùn)動速度質(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，對于Te大大高于Ti和Tn的場合，即低壓體氣的場合，此時氣體的壓力只有幾百個帕斯卡，當(dāng)采用直流電壓或高頻電壓做電場時，由于電子本身的質(zhì)量很小，在電場中容易得到加速，從而可獲得平均可達(dá)數(shù)電子伏特的高能量，對于電子，此能量的對應(yīng)溫度為幾萬度（K），而離子由于質(zhì)量較大，很難被電場加速，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，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為高溫等離子體，太陽就是自然界中的高溫等離子體。由于高溫等離子體對物體表面的作用過于強(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，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，不同類型的氣體在清洗過程中的反應(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，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生成新的自由基，這種反應(yīng)過程還可能繼續(xù)進(jìn)行下去，zui后分解成水、二氧化碳之類的簡單分子。在另一些情況下，自由基與物體表面分子結(jié)合的同時，會釋放出大量的結(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，因此比離子的移動速度要快得多，當(dāng)進(jìn)行等離子體處理時，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離子的作用，陽離子有加速沖向帶負(fù)電荷表面的傾向，此時使物體表面獲得相當(dāng)大的動能，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)象稱為濺射現(xiàn)象，而通過離子的沖擊作用可*促進(jìn)物體表面化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的幾率4）紫外線與物體表面的反應(yīng)??紫外線具有很強(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，而且紫外線具有很強(qiáng)的穿透能力，可透過物體的表面深達(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
??用無線電波范圍的高頻產(chǎn)生的等離子體與激光等直射光線不同，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)，所以不必過多考慮被清洗物體形狀的影響，而且對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，加上清洗過程不需要使用價格昂貴的有機(jī)溶劑，因此它的運(yùn)行成本要低于傳統(tǒng)的清洗工藝
??由于不需要對清洗液進(jìn)行運(yùn)輸、貯存、排放等處理措施，所以生產(chǎn)場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：它不分處理對象，可處理不同的基材，無論是金屬、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，還能改變材料本身的表面性能，如提高表面的潤濕性能，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)?yán)重削弱鍵合區(qū)的粘接性能，而傳統(tǒng)的濕法清洗對鍵合區(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
??等離子體清洗對基板焊盤的影響
??基板焊盤上的污染物（如氧化物和碳?xì)浠衔铮档捅砻尜|(zhì)量和明顯地降低引線鍵合的成功率，彌散于空間中的污染含量達(dá)到1g/m3就會*地影響引線鍵合的強(qiáng)度。因此在引線鍵合前清洗焊盤表面是十分重要的。
??對焊盤進(jìn)行表面清洗后，把接觸角作為衡量表面質(zhì)量的一個重要標(biāo)準(zhǔn)；采用焊球剪切力測試和引線拉力測試來評價等離子體清洗的效果；采用俄歇電子能譜（AES）對焊盤進(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，具有不分材料類型均可進(jìn)行清洗、清洗質(zhì)量好、對環(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，對鍵合特性、引線框架的性能等的影響有很大差異。例如，對鋁鍵合區(qū)采用氬氫等離子體清洗一段時間后，鍵合區(qū)的粘接性能有明顯提高，但是過長的時間也會對鈍化層造成損害；對焊盤采用物理反應(yīng)機(jī)制等離子體清洗會造成“二次污染”，反而降低了焊盤的表面特性；對銅引線框架采用兩種不同機(jī)制的等離子清洗，拉力測試的結(jié)果有很大差異
??因此，選擇合適的清洗方式和清洗時間，對提高封裝質(zhì)量和可靠性是十分重要的
??進(jìn)一步資料請參考右邊附件