PLASMA等离子清洗.doc

FPC／PCB除胶渣工艺－PLASMA等离子清洗
简要描述:一．等离子简介： PLASMA等离子清洗（又称电浆），起源于20****初期，随着高科技的发展，现大量应用在电路板钻孔后孔内清洁工序，传统的湿法高锰酸钾除胶渣工艺因有液体张力等原因，在现有电路板小孔，密孔，肓孔（BlindVia）等产品加工后常有残留胶渣（smear）。
一．等离子简介：

　　PLASMA等离子清洗（又称电浆），起源于20****初期，随着高科技的发展，现大量应用在电路板钻孔后孔内清洁工序，传统的湿法高锰酸钾除胶渣工艺因有液体张力等原因，在现有电路板小孔，密孔，肓孔（Blind Via）等产品加工后常有残留胶渣（smear）。所以以等离子清洁的干式制程受到瞩目。

　　二．电浆（以下统称电浆）产生方式：
　　能产生电浆的方式很多，以下是几种高密度电浆的产生方式： １．感应耦合式电浆产生法（ICP）

　　感应耦合式电浆工作原理，如下图，线圈上加一高频电源，当线圈电流发生变化时，由安培定律H = J + 0(E/t)知，可产生变动磁场，同时由法拉第定律E = - 0(H/t)知此变动之磁场会感应一反方向电场，并加速电子与线圈电流相反的二次电流。下图为电浆实际工作中的照片。

　　２．中空阴极电浆产生法（HCP）

　　３．电子回旋共振电浆产生法（ECR）

　　三．电浆工作原理

　　电浆是紫外线发莹光的产物，继固体，液体，气体之后，电浆体是物质的第四态。

　　电浆是一团带正，负电荷之粒子所形成的气体，正常情况下，正，负电荷总数相等；电浆中还含有中性的气体原子，分子及自由基。至于整团气体粒子中，正离子（或电荷）所占的比例，则定义为离子化程度（ionization degree），所以电浆产生方式的不同，压力，电源供应器之功率不一，离子化程度也会不一样。
　　所有电浆都会发光（glow），原理类同日光灯的原理，在真空环境下激发态粒子(excited state, X*)返回基态（ground state, X）时，将其能量以光子的形式放出来所造成。
　　RX* → RX + hν

　　电浆内组成复杂，其工作时内部反应也极为繁杂，包括有气体分子之激发（excitation），解离（dissociation），离子化（ionization），结合（recombination）等作用，可能发生的反应如下表。

　　四．电浆在PCB/FPC中的应用

　　电浆去胶渣机可达到以下四种功能：

　　１．电浆清洁功能（Plasma Cleaning）

　　在电路板（FPC/PCB）出货前，会用电浆做一次表面清洁的动作。常规情况电路板的下游客户会对产品进行来料检验，如打线测试（Wire Bonding Test），拉力测试（Wire Pull Test）等,在没有做表面清洁的时候，常常会有一些污染导致测试不通过。退货，客诉的事情时有发生，不单是经济上的损失，失去的还有信誉。为避免以上的问题，在出货前做表面电浆清洁，在这个日益追求品质的年代已成趋势。

　　２．电浆活化功能（Plasma Activation）

　　主要针对一些活性不强，较惰性的材料，如Teflon等，此类型材料不容易用酸，碱做活化，但我们可以利用电浆内的离子或活性自由基对材料进行活化。水滴角度测试是检测材料表面活性的最好方法。如下：

　　活化材料表面主要是对碳氢化物的清洁，因此种化合物属亲油情，故水滴角度测试时角度会偏大（70到100度）；经电浆处理后，电浆中离子或活性自由基与碳氢化物轻易反应生成挥发性碳氢化合，如CO、CO2、CH4、CHxOy等，所以电浆后水滴角度会偏小（10至30度）。下图是台湾晖盛与珠海光晟电子提供的测试资料：
　　３．电浆除渣功能（Plasma Descum）
　　同上，除渣的主要对象也是碳氢化物，线路板常规制程上完绿油后做显影成像，此工序在做精密BGA时会出现绿油显影不净，或有绿油残留时，也可通过电浆的方法做一次表面的清洁动作。针对FPC而言，在经压制，丝印等高污染工序后同样会有细小残胶留于铜面，在后续表面处理时造成漏镀，异色等问题，同样电浆可去除表面残胶，根据材料与工艺及客户要求的不同，基本可去除表面直径大小约5um的胶状物。
　　４．电浆孔内去胶渣功能（Plasma Desmear）
　　孔内去胶渣也是目前电浆在行业中应用较多,较广的工艺。孔内胶渣是指在电路板钻孔工序（机械钻孔及镭射钻孔）中因高温造成高分子材料熔融在孔壁金属面的焦渣，而并非机械钻孔加工造成的毛边，毛刺。此胶渣也是以碳氢化物为主，电浆中的离子或自由基可轻易反映成挥发性的碳氢氧化合物，最后由抽真空系统带除。所以电浆过的孔壁，在电镀后做切片时会有一定的胶内蚀，在IPC-6013A标准里，内蚀深度不能超过5um。见下图，切片孔内胶层内蚀实物图及电浆前后除胶模拟图：

　　在HDI板的应用中，因小孔径大都用激光钻孔，钻污较多，电浆在此后工艺的应用更为广范。见下图，激光钻孔后电浆前后效果图及切片：

　　电浆后用EDS（Energy Dispersion Spectrum）来检测其含碳量，在未做任何处理的钻孔后成品，其含碳量约为39%，经电浆去胶后，可降到0-20%等。（主要也是根据加工参数而定）

　　五．电浆工艺流程及参数

　　电浆的工作环境是一个真空的环境，注入相关气体，在射频（RF）电流作用下进行相关反映去除碳氢化物：工艺流程如下：上料－抽真空－注入气体－压力控制－电浆启动－电浆计时－电浆完成－气体关闭－抽真空－破真空－下料。主要控制参数有：底压压力（250mtorr），工作压力（300-350mtorr），功率（6-8kw），时间(10-15min)，气体流量及比例(6:2:1,O2:N2:CF4)。