低溫等離子體清洗設備的製作方法

2023-05-02 03:56:41

專利名稱：低溫等離子體清洗設備的製作方法
技術領域：
低溫等離子體清洗設備技術領域[0001]本實用新型涉及一種對物體表面汙染及氧化物進行還原清洗的設備，尤其是一種常溫常壓條件下的低溫等離子體清洗設備。
背景技術：
[0002]目前國內外電子封裝行業利用等離子體清洗技術主要有兩個工藝環節:其一是利用氧、氬混合氣體對晶片芯圓蝕刻後的殘留汙染物進行腐蝕轟擊清洗；其二是利用氫、氬混合氣體對引線框架焊線前的氧化汙染物進行還原分解剝離清洗。其所有的低溫等離子體生成環境氛圍都必須是在工作腔體真空狀態下進行的，因此必然存在清洗過程周期長、清洗物品容積小、工藝過程不連貫、員工勞動強度大、設備價格昂貴、使用效率偏低等諸多不足。[0003]類似於專利CN200510126280等技術方案公開了一種低溫等離子體用於晶片芯圓清洗的設備。該類技術方案通常是先將真空腔體按要求用真空分子泵抽至一定真空度，之後通入介質氣體進行自然擴散，隨後施加射頻功率源使之形成等離子體氛圍場，用其對該真空腔體內的被清洗物品進行等離子清洗。所有過程一般均需要人工進行操作。特別是被清洗物品數量發生較大變化時，真空腔體內的電容量也隨之發生變化,此時必然需要對射頻電源進行阻抗匹配。故而設備使用效率不高，且設備中的射頻電源、阻抗匹配器、真空分子泵、真空腔體等造價較高，不利於在封裝生產線上對引線框架進行清洗的工藝環節中大量推廣使用。[0004]類似於專利CN200880128306等技術方案則公開了一種利用低溫等離子體清洗引線框架的裝置。該類技術方案形成的產品自動化程度較高，它一般是在上述技術方案中加入自動上料排片和自動下料裝盒等輔助裝置。由於該類裝置精密度極高且體積較大，限制了用於引線框架清洗的真空腔體容積，故而整機效能不高，且整套清洗系統龐大、造價極高、維護複雜，只能在封裝行業中用於高檔晶片等不多的封裝場合。發明內容[0005]本實用新型提供了一種常溫常壓條件下的低溫等離子體清洗設備，該設備的構成和使用可以有效的解決現有技術和上述各種方案的諸多問題和不足。[0006]為實現在常溫常壓條 件下採用低溫等離子體對晶片引線框架的有效清洗之目的，本實用新型的技術方案是:發明製造一種低溫等離子體清洗設備，該設備構成包括有低溫等離子體發生裝置、多氣體比例混合供給裝置、物料輸送裝置、設備總控制器、高頻高壓電源、氣源等，低溫等離子體發生裝置通過高頻高壓電纜與高頻高壓電源發生器電連接，其特徵在於:所述低溫等離子體發生裝置、物料輸送裝置均設置在帶有觀察窗的密封反應倉內，該密封反應倉兩端的進出物料口處各設置一個風門阻隔裝置，所述物料輸送裝置由履帶輸送機構、自動上料機構、自動下料機構以及受控驅動電機組成，履帶輸送機構的履帶呈水平設置，自動上料機構和自動下料機構分置履帶兩端並靠近反應倉進出物料口處，所述低溫等離子體發生裝置位於履帶上方，數種氣源經多氣體比例混合供給裝置和管道，進入低溫等離子體發生裝置的輝光放電腔體內，形成等離子體態工作氣體束流並射向履帶上的物料。[0007]在上述低溫等離子體清洗設備技術方案中，所述低溫等離子體發生裝置由若干低溫等離子體發生單元組成，各個低溫等離子體發生單元均勻地排布於履帶輸送機構履帶正上方和斜上方，每個低溫等離子體發生單元均通過高頻高壓電纜與高頻高壓電源呈電連接，氣源經多氣體比例混合供給裝置和管道送入每個低溫等離子體發生單元的輝光放電腔體內，形成等離子體態工作氣體束流並從不同方向射向履帶上的物料。[0008]在上述低溫等離子體清洗設備技術方案中，所述若干低溫等離子體發生單元在履帶正上方和斜上方空間位置上相對交錯排列，低溫等離子體發生單元所產生等離子體態工作氣體束流噴射方向或垂直於履帶平面或與履帶平面的法線成三十度至六十度夾角。[0009]在上述低溫等離子體清洗設備技術方案中，所述低溫等離子體發生單元的輝光放電電極為針式陣列電極結構或為圓形針筒式電極結構。[0010]在上述低溫等離子體清洗設備技術方案中，所述多氣體比例混合供給裝置是由氣體流量調節閥、比例混合器、電磁控制氣閥構成。[0011]在上述低溫等離子體清洗設備技術方案中，所述氣源為氬氣、氫氣、氧氣、氮氣、氦氣、氟氣。[0012]在上述低溫等離子體清洗設備技術方案中，所述履帶是由耐腐蝕抗靜電的金屬合金材料或氟塑料複合金屬薄膜製成，所述受控驅動電機為可自調可受外控的變速電機。[0013]在上述低溫等離子體清洗設備技術方案中，所述的自動上料機構和自動下料機構為吸盤式氣動機械機構或磋輪式電動機械機構，自動上料機構和自動下料機構受設備總控制器控制。[0014]在上述低溫等離子體清洗設備技術方案中，所述密封反應倉內為自然條件下的常溫常壓狀態。[0015]眾所周知，等離子體是物質的一種存在狀態。通常物質是以固態、液態、氣態三種狀態存在，但在一些特定的外部條件下，物質有第四種狀態即等離子態存在。等離子體狀態中存在下列物質:處於高速運動狀態的電子；處於激活狀態的中性原子、分子、原子團(自由基)；離子化的原子、分子；未反應的分子、原子等，但物質在總體上仍保持電中性狀態。[0016]本實用新型給出的低溫等離子體清洗設備正是在常溫常壓的自然條件下，對諸如集成電路引線框架、矽晶圓晶片、印刷電路板等物品表面的氧化物和汙染物進行清洗，清洗機理如下:本實用新型低溫 等離子體清洗設備將高頻高壓電源施加於低溫等離子體發生裝置，其中通入相應工藝要求的介質氣體，使裝置形成輝光放電，從而電離流經的介質氣體，進而產生高能量的無序的等離子體狀態工作氣體。利用等離子體狀態工作氣體內的物理高能粒子和化學活性基團作用於被清洗物品的表面，通過化學反應和物理作用以達到氧化物還原和汙染物清洗目的。清洗通常包括以下過程:介質氣體被激發為等離子態，氣相物質被吸附在固體表面，被吸附基團與固體表面分子反應生成產物分子，產物分子解析形成氣相，反應殘餘物脫離表面。[0017]本實用新型的優點是充分發揮了低溫等離子體發生裝置的獨特優勢，構造了一款新型實用的低溫等離子體清洗設備，由於密封反應倉內始終處在常溫常壓的自然條件下，故而整個設備造價大大降低，連續清洗作業的自動化程度較高，設備運行操作簡單，非常有利於在半導體封裝行業的引線框架清洗、矽晶圓晶片清洗以及電子元件、印刷電路板等的清洗。


[0018]圖1是本實用新型低溫等離子體清洗設備的主結構示意圖。[0019]圖2是本實用新型低溫等離子體清洗設備的結構剖面圖，圖1的A-A剖面圖。[0020]圖3是本實用新型低溫等離子體清洗設備的結構剖面圖，圖1的B-B剖面圖。[0021]圖4是實施例一採用的針式陣列電極等離子體發生單元結構示意圖。[0022]圖5是圖4的C-C剖面圖。[0023]圖6是實施例二採用的束流圓形針筒式電極等離子體發生單元結構示意圖。[0024]圖7是圖6的D-D剖面圖。[0025]在附圖中，I是等離子體發生器單元，2是物料輸送履帶，3是自動上料機構，4是進料口及風門阻隔裝置，5是高頻高壓電纜，6是高頻高壓電源，7是設備總控制器，8是氣源，9是氣源，10是多氣體比例混合供給裝置，11是介質氣體輸送管道，12是取料口及風門阻隔裝置，13是自動下料機構，14是密封反應倉，15是組合支架。
具體實施方式
[0026]實施例一[0027]本實施例為一種用於對 引線框架或印刷線路板等物品進行還原分解清洗的低溫等離子體清洗設備，其結構如附圖1、附圖2、附圖3所示，本實施例氣源種類分別為氫氣和IS氣。[0028]本實施例的低溫等離子體發生裝置由九個低溫等離子體發生單元I組成，九個低溫等離子體發生單元固定於組合支架15，從右至左第一、三、五、七、九個低溫等離子體發生單元設置在履帶2正上方，這五個低溫等離子體發生單元所產生的等離子體裝態工作氣體束流噴射方向垂直於履帶平面，第二個、第六個低溫等離子體發生單元設置在履帶2中心線一側的斜上方，這兩個低溫等離子體發生單元所產生的等離子體狀態工作氣體束流噴射方向與履帶平面成四十五度夾角，第四個、第八個低溫等離子體發生單元設置在履帶2中心線另一側的斜上方，這兩個低溫等離子體發生單元所產生的等離子體狀態工作氣體束流噴射方向與履帶平面的法線成四十五度夾角。九個低溫等離子體發生單元通過高頻高壓電纜5與高頻高壓電源6電氣連接，九個低溫等離子體發生單元通過介質氣體輸送管道11與多氣體比例混合供給裝置10相連通，氣源8為氫氣，氣源9為氬氣，氫氣8和氬氣9通過管道11與多氣體比例混合供給裝置10相連通。本實施例九個低溫等離子體發生單元採用針式陣列式電極等離子體發生單元，其結構如附圖4、附圖5所示，該低溫等離子體發生單元的電極由成對的針式陣列極板構成，所述針式陣列極板系若干金屬針按幾何陣列垂直安裝在金屬平板上，且金屬針和金屬平板均塗覆有耐腐蝕的非極性絕緣材料，成對的針式陣列正極板與針式陣列負極板的金屬針相對且錯位嵌入組裝，當高頻高壓電源通過高頻高壓電纜分別與針式陣列正負極板相連接，電極之間會形成輝光放電，從而電離穿過其周圍的介質氣體，使穿過放電區域的介質氣體成為等離子體狀態工作氣體束流，並噴射向被清洗物料。[0029]本實施例中密封反應倉14兩端的下部分別設置有進料口 4和取料口 12，在進料口 4和取料口 12處各設置有一個風門阻隔裝置，風門阻隔裝置能形成一道「風簾」，將密封反應倉與外部相對隔開，阻止外界空氣進入到密封反應倉內。[0030]本實施例中密封反應倉14內部設置有組合支架15，九個低溫等離子體發生單元I固定於該組合支架15，在密封反應倉14內的下部安裝有物料輸送履帶2和受控驅動電機，該履帶2由受控驅動電機驅動，該履帶2右端處安裝自動上料機構3，該履帶2左端處安裝自動下料機構13。本實施例中的物料履帶傳輸裝置2是由耐腐蝕、抗靜電的鈦合金材料製成，該履帶可人工調控物料傳輸速度，也可受設備總控制器7控制以調控物料的輸送速度，該速度取決於物料的清洗處理工藝時間和傳輸履帶長度。本實施例中的自動上料機構3、自動下料機構13採用磋輪式電動機械機構，自動上料機構3、自動下料機構13與傳輸履帶2聯動，且受設備總控制器7控制，其上料、下料速度取決於被清洗處理物品的外形尺寸和傳輸履帶的傳輸速度。[0031]本實施例中的多氣體比例混合供給裝置10又是由兩隻帶流量顯示的氣體流量調節閥、一組多輸入氣體比例混合器和一隻受設備總控制器控制的電磁氣閥構成；在設備運行中，氫氣和氬氣的比例由氣體流量調節閥調整，再由比例混合器充分混合後，最後由總控制器控制電磁氣閥以控制介質氣體的射流流量，該流量大小取決於物料清洗處理工藝的具體要求。[0032]本實施例中設備總控制器7分別控制高頻高壓電源6、多氣體比例混合供給裝置10、物料輸送履帶2、自動上料機構3、自動下料機構13，設備總控制器7除了保證設備有條不紊地上料和下料外，還能改變和調整密封反應倉14內部等離子體狀態工作氣體的密度，改變和調整物料在輸送履帶2上的移動速度，以達到所需要的清洗效果。[0033]本實施例中的等離子體發生裝置1、履帶傳輸裝置2、自動上料下料裝置3、13等均集中組合安裝在透明密封反應倉14空間內；設備總控制器7、高頻高壓電源發生器6、多氣體比例混合供給裝置10及氣源8、9等均安裝在該密封反應倉空間外部；進料口 4、取料口12處均設置有風門阻隔裝置。[0034]用本實施例中的清洗設備對半導體封裝行業數家微電子封裝企業的8種不同規格的引線框架進行清洗實驗，在同等工藝條件和檢驗標準下，與現有技術方案產品比較:清洗處理速度提高了 5 20倍，人工操作時間為現有技術方案產品的1/4，而本實施例的清洗設備造價僅為現有技術方案 產品的1/2 1/8，且工藝過程中省去了壓縮空氣裝置等設備設施。[0035]實施例二[0036]本實施例為一種用於對矽材料表面或精密機械零件殘留有機汙染物進行清洗的低溫等離子體清洗設備，其結構仍如附圖1、附圖2、附圖3所示，本實施例氣源種類分別為氧氣和氬氣。[0037]本實施例清洗設備的結構基本同實施例一，區別之一是本實施例介質氣體不相同；區別之二是本實施例的低溫等離子體發生裝置由三十三個低溫等離子體發生單元組成，三十三個低溫等離子體發生單元沿履帶上方的排列方式及布局類同於實施例一；區別三是本實施例三十三個低溫等離子體發生單元採用束流圓形針筒式低溫等離子體發生單元，其結構如附圖6、附圖7所示；該等離子體發生單元的電極為圓形針筒式結構，其金屬針電極外表面和金屬圓筒電極內表面均塗覆有耐腐蝕的非極性絕緣材料，金屬針電極通過尾部的絕緣材料端封蓋密封固定在金屬圓筒內且兩電極保持同心，高頻高壓電源兩電極通過高頻高壓電纜分別連接放電針和圓筒，放電針與圓筒之間會形成輝光放電，從而電離穿過其周圍的介質氣體，使穿過放電區域的介質氣體成為等離子體狀態工作氣體束流，並噴射向被清洗物料。[0038]利用本實施例可以對矽晶圓晶片或精密機械零件表面進行氧化分解清洗，也可以對各類塑料或橡膠進行表面改性處理。[0039]本實施例的操作 及控制同實施例一，在此不重複。
權利要求1.一種低溫等離子體清洗設備，該設備構成包括有低溫等離子體發生裝置、多氣體比例混合供給裝置、物料輸送裝置、設備總控制器、高頻高壓電源、氣源等，低溫等離子體發生裝置通過高頻高壓電纜與高頻高壓電源發生器電連接，其特徵在於:所述低溫等離子體發生裝置、物料輸送裝置均設置在帶有觀察窗的密封反應倉內，該密封反應倉兩端的進出物料口處各設置一個風門阻隔裝置，所述物料輸送裝置由履帶輸送機構、自動上料機構、自動下料機構以及受控驅動電機組成，履帶輸送機構的履帶呈水平設置，自動上料機構和自動下料機構分置履帶兩端並靠近反應倉進出物料口處，所述低溫等離子體發生裝置位於履帶上方，數種氣源經多氣體比例混合供給裝置和管道，進入低溫等離子體發生裝置的輝光放電腔體內，形成等離子體態工作氣體束流並射向履帶上的物料。
2.如權利要求1所述的低溫等離子體清洗設備，其特徵在於:所述低溫等離子體發生裝置由若干低溫等離子體發生單元組成，各個低溫等離子體發生單元均勻地排布於履帶輸送機構履帶正上方和斜上方，每個低溫等離子體發生單元均通過高頻高壓電纜與高頻高壓電源呈電連接，氣源經多氣體比例混合供給裝置和管道送入每個低溫等離子體發生單元的輝光放電腔體內，形成等離子體態工作氣體束流並從不同方向射向履帶上的物料。
3.如權利要求2所述的低溫等離子體清洗設備，其特徵在於:所述若干低溫等離子體發生單元在履帶正上方和斜上方空間位置上相對交錯排列，低溫等離子體發生單元所產生等離子體態工作氣體束流噴射方向或垂直於履帶平面、或與履帶平面法線成三十度至六十度夾角。
4.如權利要求1或2所述的低溫等離子體清洗設備，其特徵在於:所述多氣體比例混合供給裝置是由氣體流量調節閥、比例混合器、電磁控制氣閥構成。
5.如權利要求1所述的低溫等離子體清洗設備，其特徵在於:所述履帶是由耐腐蝕抗靜電的金屬合金材料或氟塑料複合金屬薄膜製成，所述受控驅動電機為可自調、可受外控的變速電機。
6.如權利要求1所述的低溫等離子體清洗設備，其特徵在於:所述的自動上料機構和自動下料機構為吸盤式氣動機械機構或磋輪式電動機械機構，自動上料機構和自動下料機構受設備總控制器控制。
7. 如權利要求1所述的低溫等離子體清洗設備，其特徵在於:所述密封反應倉內為自然條件下的常溫常壓狀態。
專利摘要本實用新型涉及一種低溫等離子體清洗設備，該設備低溫等離子體發生裝置、履帶輸送機構、自動上料、下料機構以及受控驅動電機設置在密封反應倉內，該反應倉兩端的進出物料口處各設置一個風門阻隔裝置，履帶輸送機構履帶呈水平設置，自動上料機構和自動下料機構分置履帶兩端並靠近反應倉進出物料口處，低溫等離子體發生裝置設置於履帶上方，數種氣源經多氣體比例混合供給裝置和管道進入低溫等離子體發生裝置的輝光放電腔體內，在高頻高壓電源的作用下形成等離子體態工作氣體束流並射向履帶上的物料，進行物理和化學方式清洗。本實用新型在常溫常壓條件下完成清洗，可方便地對半導體封裝引線框架、矽晶圓晶片、電子元件、印刷線路板、精密機械零件等進行清洗，有效的解決被清洗物品材料表面氧化和有機物汙染問題，極大提高了晶片的引線焊接質量和封裝品質。
文檔編號C23F1/12GK203085491SQ20132001465
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月11日 優先權日2013年1月11日
發明者程方, 程宇宸, 郭勇 申請人:南京華科皓納電氣科技有限責任公司, 程方