微波等离子清洗机及技术在 LCD 中的应用

2017-01-17

1. 等离子清洗原理

等离子体是由带正、 负电荷的离子和电子, 也可能还有一些中性的原子和分子所组成的集合体。在宏观上一般呈电中性。等离子体可以是固态、 液态和气态。电离气体就是一种气态等离子体。等离子体中的基本过程是在电场和磁场的作用下,各种带电粒子间相互作用,引起多种效应。

常见的产生等离子的方式分为三种: ( 1) 大气等离子体; ( 2) 射频等离子体; ( 3) 微波等离子体。这是根据产生等离子体的发生频率来分,大气等离子体为 40 kHz, 射频等离子体为 13. 56 MHz,微波等离子体为 2. 45 GHz。这其中大气等离子体和射频等离子体为电场产生等离子的方式, 微波等离子体为磁场产生等离子体的方式。

等离子清洗技术是等离子体特殊性质的具体应用。微波等离子清洗机产生等离子体的装置是在密封容器中设置的微波等离子源,用真空泵实现一定的真空度, 随着气体愈来愈稀薄,分子间距及分子或离子的自由运动距离也愈来愈长,受电场作用,它们发生碰撞而形成等离子体,这些离子的活性很高,其能量足以破坏几乎所有的化学键, 在任何暴露的表面引起化学反应。下图腔体桌面式微波等离子清洗系统两个主要组成部分:

 

Alpha Plasma AL 18研究/小批量型腔体桌面式微波等离子清洗机

 

 

配套适合洁净间使用的干式真空泵

 

2. LCD 行业中的清洗方式

LCD的COG组装过程,是在 ITO 玻璃上贴装 IC 裸片,利用金球的变形与压缩来使 ITO 玻璃上的引脚与IC芯片上的引脚导通。由于精细线路不断发展的技术,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因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。通过洗净工艺后的电极端子与显示器,增强了偏光板粘贴的成品率,并且电极端与导电膜间的粘附性也大大改善,从而改善了产品的质量及其稳定性。

 

ITO玻璃的结构和应用

 

3. 微波等离子体在 LCD 行业中的具体应用

等离子清洗技术实际是高精度的干法清洗设备,它的清洗范围为纳米级别的有机和无机污染物。LCD行业中的ITO玻璃在运送和湿法清洗后,表面残留的有机溶液和无机颗粒,成为影响 IC贴合到ITO玻璃上的主要因素。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( Ar、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Ar、 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: 给一组电极施加射频电压(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。微波等离子体清洗技术,采用 2.45 GHz 的微波源,在一定的低压环境下,激发充入反应仓内的氧气和氩气的混合气体,使气体离子化,离子化的气体带电轰击到ITO玻璃表面,会产生化学和物理两种清洗效果,下面将逐一分析。

首先是氧气,氧气主要发生的为等离子化学方面的清洗氧气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

其次是氩气,氩气主要发生的为等离子物理方面的清洗

表面反应以物理反应为主的等离子体清洗,典型的为氩等离子轰击物体表面, 使其产生一定的粗糙度, 以获得表面的最大化。

微波等离子清洗处理材料表面时, 处理时的工艺气体、气体流量、 功率和处理时间直接影响材料表面处理质量, 合理选择这些参数将有效提高处理的效果。同时处理时的温度、 气体分配、 真空度、 电极设置、 静电保护等因素也影响处理质量。因此,对不同的材料要制定选用不同的工艺参数。

以下两图为 LCD 在等离子清洗前后的接触角对比:

 

4. 等离子过程中的静电损伤问题

等离子技术中,大气等离子体和射频等离子体不可避免的会产生静电损伤,因为这两种等离子体的产生方式不可避免地会使用正负电极,而在清洗的过程中,正负电极之间的电压差有上千伏,会有一定的几率出现静电,在 ITO 玻璃表面的引线就有可能会被击穿,从而产生静电损伤,造成对产品的损坏。

但是采用微波等离子体的清洗方式,就会对静电损伤从根本上有所避免,因为微波等离子体的产生方式与其他两种等离子体不同,微波等离子体的产生不需要正负电极,不需要很高的电压差,它是由微波发生器连接的磁控管,在反应仓旁边的谐振腔内由磁场的正负极产生等离子体,对反应仓的 ITO 玻璃不直接接触,只是产生的等离子体对ITO玻璃表面进行清洗和表面活化。这就从根本上避免了对 ITO玻璃的静 电 损 伤 问 题, 不 会 在 离 子 清 洗 的 过 程 中 产 生损失。

Alpha Plasma等离子清洗机采用的是2.45Ghz微波等离子源,其主要应用清洗机理就是化学清洗。

以化学清洗为主的微波等离子清洗有以下几个优点:

无害处理过程,最低偏置电压;

②快速反应,极高电子密度;

③无电极的等离子发生方式,零维护;

④无UV紫外光线产生。

 

 

5. 结束语

LCD 工艺水平飞速发展,LCD 制造技术极限不断受到挑战并发展,已成为代表先进制造技术的前沿技术。在清洗行业对清洗的要求也越来越高,常规清洗已经不能满足要求,在

军用技术以及半导体行业中尤其如此,等离子体清洗比较理想地解决了这些精密清洗的要求,又符合当今环保的形势。

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部分摘录:《微波等离子清洗技术在 LCD 中的应用》,马 良,苗俊芳,牛进毅,中国电子科技集团公司第二研究所; 《山西电子技术》,文章编号: 1674-4578( 2012) 04-0031-02。