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電漿清洗(Plasma Cleaning)的效果會過期:接觸角量測、有效期與停放時間怎麼訂

電漿清潔(Plasma Cleaning)處理過的焊墊與基板,表面能會升高、比較好打線與上膠,但這個效果不是永久的:放在空氣裡,表面會再吸附污染,效果一天天退。所以電漿站要管的不是「有沒有做」,而是三件事:用接觸角量出做得夠不夠、訂出有效期、限制做完到下一站的停放時間。

一、電漿清洗原理,以及為什麼要放在打線、封膠、底填前面

電漿清洗是把氣體在低壓或常壓下激發成電漿,用其中的活性粒子打斷表面的有機污染並帶走,同時在表面接上極性官能基,讓表面能升高、比較容易被焊料或膠材潤濕。

助焊劑殘留、有機污染會讓焊墊表面能偏低,後果是打線的球剪與拉力變弱、底部填充或封膠附著不良,在多次回焊或濕度預處理後分層。IEEE 的研究以球剪、拉力與接觸角評估電漿清潔,結論是參數調得對時,接觸角與打線可靠度都改善;但也觀察到某一類電漿清潔反而降低球剪強度(Nowful, Lok & Lee,Effects of plasma cleaning on the reliability of wire bonding,EMAP 2001,IEEE)——參數要驗,不是越強越好。

封裝線上常見的順序:

  • 打線前:清洗 → 烘烤 → 電漿 → 打線。
  • 底部填充前:清洗 → 烘烤 → 電漿 → 點膠 → 固化。
  • 封膠前:再一次電漿,功率與時間通常比打線前更大。

二、接觸角量測:用水滴角當驗收指標,不用目視

接觸角是水滴落在表面時,液面與表面的夾角:角度越小代表越親水、表面能越高,電漿處理後角度通常會明顯下降。

「看起來乾淨」量不出表面能。產線上常見用水滴接觸角(水滴角)當電漿站的驗收數字:

  • 判定:例如接觸角 <30° 視為合格;底部填充前更嚴,有的製程要求 <20°。
  • 頻率:每班開工前量,取前、中、後 3 點;量產中每 2 小時抽 2 次。
  • 參數寫成中心值±容許:功率、時間、氣體、流量(例:氣體流量 ±10%),機台狀態用接觸角抽驗確認;一次裝載量設上限。
  • 過度清潔也是不良:電漿做太久或太強,表面可能出現白粉,後段附著反而變差。

問:接觸角多少才算乾淨?

答:依下一站需求訂。產線常見打線前、封膠前用 <30°,底部填充前有的訂 <20°;重點是固定量測點、頻率與判定值,並留紀錄看趨勢。

問:電漿清洗會不會洗過頭?

答:會。功率太大、時間太長可能出現白粉或傷到表面,研究也觀察到某類電漿清潔會降低球剪強度。參數要用球剪、拉力或接觸角驗出一個窗口。

三、有效期:做完電漿後,多久內要進下一站

另一篇 IEEE 期刊研究在電漿處理後追蹤焊墊暴露在空氣中的再污染,把表面自由能隨時間的變化和打線拉力的下降對應起來,作為「電漿後打線可放多久」的依據(Chan 等,IEEE Transactions on Advanced Packaging,2005,28(4))。產線上的做法就是把有效期寫進規範:

  • 打線前電漿:有效期例 24 小時。
  • 封膠前電漿:有效期例 12 小時(比打線前短,功率與時間也更大)。
  • 底部填充前電漿:停放例 <1 小時,超時再電漿約 3 分鐘;暫存用氮氣櫃。
  • 超過有效期:重新電漿,或交製程判定,不可直接進站。

問:電漿清洗後效果可以維持多久?

答:沒有通用數字,要依材料、環境與下一站訂並驗證;產線常見打線前 24 小時、封膠前 12 小時、底部填充前 1 小時內,存放用氮氣櫃可以延緩衰退。

問:電漿後要多久內打線?

答:照廠內規範的有效期,例如 24 小時內;超過就重做電漿,並用接觸角或拉力抽驗確認。

四、參數依下一站分級

電漿的功率與時間依下一站的敏感度分級:越接近最敏感的站(例如封膠),處理越久越強;黏晶、打線、封膠各有一組參數。另外搭配基板預烤條件表(依封裝別),超過電漿時間窗口要有矯正行動,而不是現場自己判斷要不要重做。

五、電漿清洗機的保養

  • 分級保養:日、月、半年三個層級,各有固定項目與紀錄。
  • 安全:使用 UV 臭氧類清潔設備時,臭氧排放有上限(例:0.1 ppm),強度計定期校正。
  • 長期停機:停機超過 2 天依程序關機。
  • 換參數或修機後:先跑假片並量接觸角,合格才放產品。

電漿站管制表(可直接改成廠內版本)

下一站接觸角判定有效期/停放上限超時處置
打線例 <30°(每班 3 點)例 24 小時重做電漿
封膠例 <30°例 12 小時重做電漿
底部填充例 <20°例 <1 小時(氮氣櫃暫存)再電漿約 3 分鐘

嘉鴻能幫的

接觸角判定、有效期與停放時間怎麼訂,可以線上和嘉鴻一起討論;電漿與前處理相關設備:

有類似問題嗎?寫信給嘉鴻,看看是否有配套方案。

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