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            微波等離子清洗機及技術在 LCD 中的應用

            2017-01-17

            1. 等離子清洗原理

            等離子體是由帶正、 負電荷的離子和電子, 也可能還有一些中性的原子和分子所組成的集合體。在宏觀上一般呈電中性。等離子體可以是固態、 液態和氣態。電離氣體就是一種氣態等離子體。等離子體中的基本過程是在電場和磁場的作用下,各種帶電粒子間相互作用,引起多種效應。

            常見的產生等離子的方式分為三種: ( 1) 大氣等離子體; ( 2) 射頻等離子體; ( 3) 微波等離子體。這是根據產生等離子體的發生頻率來分,大氣等離子體為 40 kHz, 射頻等離子體為 13. 56 MHz,微波等離子體為 2. 45 GHz。這其中大氣等離子體和射頻等離子體為電場產生等離子的方式, 微波等離子體為磁場產生等離子體的方式。

            等離子清洗技術是等離子體特殊性質的具體應用。微波等離子清洗機產生等離子體的裝置是在密封容器中設置的微波等離子源,用真空泵實現一定的真空度, 隨著氣體愈來愈稀薄,分子間距及分子或離子的自由運動距離也愈來愈長,受電場作用,它們發生碰撞而形成等離子體,這些離子的活性很高,其能量足以破壞幾乎所有的化學鍵, 在任何暴露的表面引起化學反應。下圖腔體桌面式微波等離子清洗系統兩個主要組成部分:

             

            Alpha Plasma AL 18研究/小批量型腔體桌面式微波等離子清洗機

             

             

            配套適合潔凈間使用的干式真空泵

             

            2. LCD 行業中的清洗方式

            LCD的COG組裝過程,是在 ITO 玻璃上貼裝 IC 裸片,利用金球的變形與壓縮來使 ITO 玻璃上的引腳與IC芯片上的引腳導通。由于精細線路不斷發展的技術,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,會導致因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。通過洗凈工藝后的電極端子與顯示器,增強了偏光板粘貼的成品率,并且電極端與導電膜間的粘附性也大大改善,從而改善了產品的質量及其穩定性。

             

            ITO玻璃的結構和應用

             

            3. 微波等離子體在 LCD 行業中的具體應用

            等離子清洗技術實際是高精度的干法清洗設備,它的清洗范圍為納米級別的有機和無機污染物。LCD行業中的ITO玻璃在運送和濕法清洗后,表面殘留的有機溶液和無機顆粒,成為影響 IC貼合到ITO玻璃上的主要因素。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( Ar、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Ar、 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: 給一組電極施加射頻電壓(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。微波等離子體清洗技術,采用 2.45 GHz 的微波源,在一定的低壓環境下,激發充入反應倉內的氧氣和氬氣的混合氣體,使氣體離子化,離子化的氣體帶電轟擊到ITO玻璃表面,會產生化學和物理兩種清洗效果,下面將逐一分析。

            首先是氧氣,氧氣主要發生的為等離子化學方面的清洗氧氣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

            其次是氬氣,氬氣主要發生的為等離子物理方面的清洗。

            表面反應以物理反應為主的等離子體清洗,典型的為氬等離子轟擊物體表面, 使其產生一定的粗糙度, 以獲得表面的最大化。

            微波等離子清洗處理材料表面時, 處理時的工藝氣體、氣體流量、 功率和處理時間直接影響材料表面處理質量, 合理選擇這些參數將有效提高處理的效果。同時處理時的溫度、 氣體分配、 真空度、 電極設置、 靜電保護等因素也影響處理質量。因此,對不同的材料要制定選用不同的工藝參數。

            以下兩圖為 LCD 在等離子清洗前后的接觸角對比:

             

            4. 等離子過程中的靜電損傷問題

            等離子技術中,大氣等離子體和射頻等離子體不可避免的會產生靜電損傷,因為這兩種等離子體的產生方式不可避免地會使用正負電極,而在清洗的過程中,正負電極之間的電壓差有上千伏,會有一定的幾率出現靜電,在 ITO 玻璃表面的引線就有可能會被擊穿,從而產生靜電損傷,造成對產品的損壞。

            但是采用微波等離子體的清洗方式,就會對靜電損傷從根本上有所避免,因為微波等離子體的產生方式與其他兩種等離子體不同,微波等離子體的產生不需要正負電極,不需要很高的電壓差,它是由微波發生器連接的磁控管,在反應倉旁邊的諧振腔內由磁場的正負極產生等離子體,對反應倉的 ITO 玻璃不直接接觸,只是產生的等離子體對ITO玻璃表面進行清洗和表面活化。這就從根本上避免了對 ITO玻璃的靜 電 損 傷 問 題, 不 會 在 離 子 清 洗 的 過 程 中 產 生損失。

            Alpha Plasma等離子清洗機采用的是2.45Ghz微波等離子源,其主要應用清洗機理就是化學清洗。

            以化學清洗為主的微波等離子清洗有以下幾個優點:

            無害處理過程,最低偏置電壓;

            ②快速反應,極高電子密度;

            ③無電極的等離子發生方式,零維護;

            ④無UV紫外光線產生。

             

             

            5. 結束語

            LCD 工藝水平飛速發展,LCD 制造技術極限不斷受到挑戰并發展,已成為代表先進制造技術的前沿技術。在清洗行業對清洗的要求也越來越高,常規清洗已經不能滿足要求,在

            軍用技術以及半導體行業中尤其如此,等離子體清洗比較理想地解決了這些精密清洗的要求,又符合當今環保的形勢。

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            部分摘錄:《微波等離子清洗技術在 LCD 中的應用》,馬 良,苗俊芳,牛進毅,中國電子科技集團公司第二研究所; 《山西電子技術》,文章編號: 1674-4578( 2012) 04-0031-02。


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