专利名称：低温等离子体清洗设备的制作方法
技术领域：
低温等离子体清洗设备技术领域[0001]本实用新型涉及一种对物体表面污染及氧化物进行还原清洗的设备，尤其是一种常温常压条件下的低温等离子体清洗设备。
背景技术：
[0002]目前国内外电子封装行业利用等离子体清洗技术主要有两个工艺环节:其一是利用氧、氩混合气体对晶片芯圆蚀刻后的残留污染物进行腐蚀轰击清洗；其二是利用氢、氩混合气体对引线框架焊线前的氧化污染物进行还原分解剥离清洗。其所有的低温等离子体生成环境氛围都必须是在工作腔体真空状态下进行的，因此必然存在清洗过程周期长、清洗物品容积小、工艺过程不连贯、员工劳动强度大、设备价格昂贵、使用效率偏低等诸多不足。[0003]类似于专利CN200510126280等技术方案公开了一种低温等离子体用于晶片芯圆清洗的设备。该类技术方案通常是先将真空腔体按要求用真空分子泵抽至一定真空度，之后通入介质气体进行自然扩散，随后施加射频功率源使之形成等离子体氛围场，用其对该真空腔体内的被清洗物品进行等离子清洗。所有过程一般均需要人工进行操作。特别是被清洗物品数量发生较大变化时，真空腔体内的电容量也随之发生变化,此时必然需要对射频电源进行阻抗匹配。故而设备使用效率不高，且设备中的射频电源、阻抗匹配器、真空分子泵、真空腔体等造价较高，不利于在封装生产线上对引线框架进行清洗的工艺环节中大量推广使用。[0004]类似于专利CN200880128306等技术方案则公开了一种利用低温等离子体清洗引线框架的装置。该类技术方案形成的产品自动化程度较高，它一般是在上述技术方案中加入自动上料排片和自动下料装盒等辅助装置。由于该类装置精密度极高且体积较大，限制了用于引线框架清洗的真空腔体容积，故而整机效能不高，且整套清洗系统庞大、造价极高、维护复杂，只能在封装行业中用于高档芯片等不多的封装场合。发明内容[0005]本实用新型提供了一种常温常压条件下的低温等离子体清洗设备，该设备的构成和使用可以有效的解决现有技术和上述各种方案的诸多问题和不足。[0006]为实现在常温常压条 件下采用低温等离子体对芯片引线框架的有效清洗之目的，本实用新型的技术方案是:发明制造一种低温等离子体清洗设备，该设备构成包括有低温等离子体发生装置、多气体比例混合供给装置、物料输送装置、设备总控制器、高频高压电源、气源等，低温等离子体发生装置通过高频高压电缆与高频高压电源发生器电连接，其特征在于:所述低温等离子体发生装置、物料输送装置均设置在带有观察窗的密封反应仓内，该密封反应仓两端的进出物料口处各设置一个风门阻隔装置，所述物料输送装置由履带输送机构、自动上料机构、自动下料机构以及受控驱动电机组成，履带输送机构的履带呈水平设置，自动上料机构和自动下料机构分置履带两端并靠近反应仓进出物料口处，所述低温等离子体发生装置位于履带上方，数种气源经多气体比例混合供给装置和管道，进入低温等离子体发生装置的辉光放电腔体内，形成等离子体态工作气体束流并射向履带上的物料。[0007]在上述低温等离子体清洗设备技术方案中，所述低温等离子体发生装置由若干低温等离子体发生单元组成，各个低温等离子体发生单元均匀地排布于履带输送机构履带正上方和斜上方，每个低温等离子体发生单元均通过高频高压电缆与高频高压电源呈电连接，气源经多气体比例混合供给装置和管道送入每个低温等离子体发生单元的辉光放电腔体内，形成等离子体态工作气体束流并从不同方向射向履带上的物料。[0008]在上述低温等离子体清洗设备技术方案中，所述若干低温等离子体发生单元在履带正上方和斜上方空间位置上相对交错排列，低温等离子体发生单元所产生等离子体态工作气体束流喷射方向或垂直于履带平面或与履带平面的法线成三十度至六十度夹角。[0009]在上述低温等离子体清洗设备技术方案中，所述低温等离子体发生单元的辉光放电电极为针式阵列电极结构或为圆形针筒式电极结构。[0010]在上述低温等离子体清洗设备技术方案中，所述多气体比例混合供给装置是由气体流量调节阀、比例混合器、电磁控制气阀构成。[0011]在上述低温等离子体清洗设备技术方案中，所述气源为氩气、氢气、氧气、氮气、氦气、氟气。[0012]在上述低温等离子体清洗设备技术方案中，所述履带是由耐腐蚀抗静电的金属合金材料或氟塑料复合金属薄膜制成，所述受控驱动电机为可自调可受外控的变速电机。[0013]在上述低温等离子体清洗设备技术方案中，所述的自动上料机构和自动下料机构为吸盘式气动机械机构或磋轮式电动机械机构，自动上料机构和自动下料机构受设备总控制器控制。[0014]在上述低温等离子体清洗设备技术方案中，所述密封反应仓内为自然条件下的常温常压状态。[0015]众所周知，等离子体是物质的一种存在状态。通常物质是以固态、液态、气态三种状态存在，但在一些特定的外部条件下，物质有第四种状态即等离子态存在。等离子体状态中存在下列物质:处于高速运动状态的电子；处于激活状态的中性原子、分子、原子团(自由基)；离子化的原子、分子；未反应的分子、原子等，但物质在总体上仍保持电中性状态。[0016]本实用新型给出的低温等离子体清洗设备正是在常温常压的自然条件下，对诸如集成电路引线框架、硅晶圆芯片、印刷电路板等物品表面的氧化物和污染物进行清洗，清洗机理如下:本实用新型低温 等离子体清洗设备将高频高压电源施加于低温等离子体发生装置，其中通入相应工艺要求的介质气体，使装置形成辉光放电，从而电离流经的介质气体，进而产生高能量的无序的等离子体状态工作气体。利用等离子体状态工作气体内的物理高能粒子和化学活性基团作用于被清洗物品的表面，通过化学反应和物理作用以达到氧化物还原和污染物清洗目的。清洗通常包括以下过程:介质气体被激发为等离子态，气相物质被吸附在固体表面，被吸附基团与固体表面分子反应生成产物分子，产物分子解析形成气相，反应残余物脱离表面。[0017]本实用新型的优点是充分发挥了低温等离子体发生装置的独特优势，构造了一款新型实用的低温等离子体清洗设备，由于密封反应仓内始终处在常温常压的自然条件下，故而整个设备造价大大降低，连续清洗作业的自动化程度较高，设备运行操作简单，非常有利于在半导体封装行业的引线框架清洗、硅晶圆芯片清洗以及电子元件、印刷电路板等的清洗。
[0018]图1是本实用新型低温等离子体清洗设备的主结构示意图。[0019]图2是本实用新型低温等离子体清洗设备的结构剖面图，图1的A-A剖面图。[0020]图3是本实用新型低温等离子体清洗设备的结构剖面图，图1的B-B剖面图。[0021]图4是实施例一采用的针式阵列电极等离子体发生单元结构示意图。[0022]图5是图4的C-C剖面图。[0023]图6是实施例二采用的束流圆形针筒式电极等离子体发生单元结构示意图。[0024]图7是图6的D-D剖面图。[0025]在附图中，I是等离子体发生器单元，2是物料输送履带，3是自动上料机构，4是进料口及风门阻隔装置，5是高频高压电缆，6是高频高压电源，7是设备总控制器，8是气源，9是气源，10是多气体比例混合供给装置，11是介质气体输送管道，12是取料口及风门阻隔装置，13是自动下料机构，14是密封反应仓，15是组合支架。
具体实施方式
[0026]实施例一[0027]本实施例为一种用于对 引线框架或印刷线路板等物品进行还原分解清洗的低温等离子体清洗设备，其结构如附图1、附图2、附图3所示，本实施例气源种类分别为氢气和IS气。[0028]本实施例的低温等离子体发生装置由九个低温等离子体发生单元I组成，九个低温等离子体发生单元固定于组合支架15，从右至左第一、三、五、七、九个低温等离子体发生单元设置在履带2正上方，这五个低温等离子体发生单元所产生的等离子体装态工作气体束流喷射方向垂直于履带平面，第二个、第六个低温等离子体发生单元设置在履带2中心线一侧的斜上方，这两个低温等离子体发生单元所产生的等离子体状态工作气体束流喷射方向与履带平面成四十五度夹角，第四个、第八个低温等离子体发生单元设置在履带2中心线另一侧的斜上方，这两个低温等离子体发生单元所产生的等离子体状态工作气体束流喷射方向与履带平面的法线成四十五度夹角。九个低温等离子体发生单元通过高频高压电缆5与高频高压电源6电气连接，九个低温等离子体发生单元通过介质气体输送管道11与多气体比例混合供给装置10相连通，气源8为氢气，气源9为氩气，氢气8和氩气9通过管道11与多气体比例混合供给装置10相连通。本实施例九个低温等离子体发生单元采用针式阵列式电极等离子体发生单元，其结构如附图4、附图5所示，该低温等离子体发生单元的电极由成对的针式阵列极板构成，所述针式阵列极板系若干金属针按几何阵列垂直安装在金属平板上，且金属针和金属平板均涂覆有耐腐蚀的非极性绝缘材料，成对的针式阵列正极板与针式阵列负极板的金属针相对且错位嵌入组装，当高频高压电源通过高频高压电缆分别与针式阵列正负极板相连接，电极之间会形成辉光放电，从而电离穿过其周围的介质气体，使穿过放电区域的介质气体成为等离子体状态工作气体束流，并喷射向被清洗物料。[0029]本实施例中密封反应仓14两端的下部分别设置有进料口 4和取料口 12，在进料口 4和取料口 12处各设置有一个风门阻隔装置，风门阻隔装置能形成一道“风帘”，将密封反应仓与外部相对隔开，阻止外界空气进入到密封反应仓内。[0030]本实施例中密封反应仓14内部设置有组合支架15，九个低温等离子体发生单元I固定于该组合支架15，在密封反应仓14内的下部安装有物料输送履带2和受控驱动电机，该履带2由受控驱动电机驱动，该履带2右端处安装自动上料机构3，该履带2左端处安装自动下料机构13。本实施例中的物料履带传输装置2是由耐腐蚀、抗静电的钛合金材料制成，该履带可人工调控物料传输速度，也可受设备总控制器7控制以调控物料的输送速度，该速度取决于物料的清洗处理工艺时间和传输履带长度。本实施例中的自动上料机构3、自动下料机构13采用磋轮式电动机械机构，自动上料机构3、自动下料机构13与传输履带2联动，且受设备总控制器7控制，其上料、下料速度取决于被清洗处理物品的外形尺寸和传输履带的传输速度。[0031]本实施例中的多气体比例混合供给装置10又是由两只带流量显示的气体流量调节阀、一组多输入气体比例混合器和一只受设备总控制器控制的电磁气阀构成；在设备运行中，氢气和氩气的比例由气体流量调节阀调整，再由比例混合器充分混合后，最后由总控制器控制电磁气阀以控制介质气体的射流流量，该流量大小取决于物料清洗处理工艺的具体要求。[0032]本实施例中设备总控制器7分别控制高频高压电源6、多气体比例混合供给装置10、物料输送履带2、自动上料机构3、自动下料机构13，设备总控制器7除了保证设备有条不紊地上料和下料外，还能改变和调整密封反应仓14内部等离子体状态工作气体的密度，改变和调整物料在输送履带2上的移动速度，以达到所需要的清洗效果。[0033]本实施例中的等离子体发生装置1、履带传输装置2、自动上料下料装置3、13等均集中组合安装在透明密封反应仓14空间内；设备总控制器7、高频高压电源发生器6、多气体比例混合供给装置10及气源8、9等均安装在该密封反应仓空间外部；进料口 4、取料口12处均设置有风门阻隔装置。[0034]用本实施例中的清洗设备对半导体封装行业数家微电子封装企业的8种不同规格的引线框架进行清洗实验，在同等工艺条件和检验标准下，与现有技术方案产品比较:清洗处理速度提高了 5 20倍，人工操作时间为现有技术方案产品的1/4，而本实施例的清洗设备造价仅为现有技术方案 产品的1/2 1/8，且工艺过程中省去了压缩空气装置等设备设施。[0035]实施例二[0036]本实施例为一种用于对硅材料表面或精密机械零件残留有机污染物进行清洗的低温等离子体清洗设备，其结构仍如附图1、附图2、附图3所示，本实施例气源种类分别为氧气和氩气。[0037]本实施例清洗设备的结构基本同实施例一，区别之一是本实施例介质气体不相同；区别之二是本实施例的低温等离子体发生装置由三十三个低温等离子体发生单元组成，三十三个低温等离子体发生单元沿履带上方的排列方式及布局类同于实施例一；区别三是本实施例三十三个低温等离子体发生单元采用束流圆形针筒式低温等离子体发生单元，其结构如附图6、附图7所示；该等离子体发生单元的电极为圆形针筒式结构，其金属针电极外表面和金属圆筒电极内表面均涂覆有耐腐蚀的非极性绝缘材料，金属针电极通过尾部的绝缘材料端封盖密封固定在金属圆筒内且两电极保持同心，高频高压电源两电极通过高频高压电缆分别连接放电针和圆筒，放电针与圆筒之间会形成辉光放电，从而电离穿过其周围的介质气体，使穿过放电区域的介质气体成为等离子体状态工作气体束流，并喷射向被清洗物料。[0038]利用本实施例可以对硅晶圆芯片或精密机械零件表面进行氧化分解清洗，也可以对各类塑料或橡胶进行表面改性处理。[0039]本实施例的操作 及控制同实施例一，在此不重复。
权利要求1.一种低温等离子体清洗设备，该设备构成包括有低温等离子体发生装置、多气体比例混合供给装置、物料输送装置、设备总控制器、高频高压电源、气源等，低温等离子体发生装置通过高频高压电缆与高频高压电源发生器电连接，其特征在于:所述低温等离子体发生装置、物料输送装置均设置在带有观察窗的密封反应仓内，该密封反应仓两端的进出物料口处各设置一个风门阻隔装置，所述物料输送装置由履带输送机构、自动上料机构、自动下料机构以及受控驱动电机组成，履带输送机构的履带呈水平设置，自动上料机构和自动下料机构分置履带两端并靠近反应仓进出物料口处，所述低温等离子体发生装置位于履带上方，数种气源经多气体比例混合供给装置和管道，进入低温等离子体发生装置的辉光放电腔体内，形成等离子体态工作气体束流并射向履带上的物料。
2.如权利要求1所述的低温等离子体清洗设备，其特征在于:所述低温等离子体发生装置由若干低温等离子体发生单元组成，各个低温等离子体发生单元均匀地排布于履带输送机构履带正上方和斜上方，每个低温等离子体发生单元均通过高频高压电缆与高频高压电源呈电连接，气源经多气体比例混合供给装置和管道送入每个低温等离子体发生单元的辉光放电腔体内，形成等离子体态工作气体束流并从不同方向射向履带上的物料。
3.如权利要求2所述的低温等离子体清洗设备，其特征在于:所述若干低温等离子体发生单元在履带正上方和斜上方空间位置上相对交错排列，低温等离子体发生单元所产生等离子体态工作气体束流喷射方向或垂直于履带平面、或与履带平面法线成三十度至六十度夹角。
4.如权利要求1或2所述的低温等离子体清洗设备，其特征在于:所述多气体比例混合供给装置是由气体流量调节阀、比例混合器、电磁控制气阀构成。
5.如权利要求1所述的低温等离子体清洗设备，其特征在于:所述履带是由耐腐蚀抗静电的金属合金材料或氟塑料复合金属薄膜制成，所述受控驱动电机为可自调、可受外控的变速电机。
6.如权利要求1所述的低温等离子体清洗设备，其特征在于:所述的自动上料机构和自动下料机构为吸盘式气动机械机构或磋轮式电动机械机构，自动上料机构和自动下料机构受设备总控制器控制。
7. 如权利要求1所述的低温等离子体清洗设备，其特征在于:所述密封反应仓内为自然条件下的常温常压状态。
专利摘要本实用新型涉及一种低温等离子体清洗设备，该设备低温等离子体发生装置、履带输送机构、自动上料、下料机构以及受控驱动电机设置在密封反应仓内，该反应仓两端的进出物料口处各设置一个风门阻隔装置，履带输送机构履带呈水平设置，自动上料机构和自动下料机构分置履带两端并靠近反应仓进出物料口处，低温等离子体发生装置设置于履带上方，数种气源经多气体比例混合供给装置和管道进入低温等离子体发生装置的辉光放电腔体内，在高频高压电源的作用下形成等离子体态工作气体束流并射向履带上的物料，进行物理和化学方式清洗。本实用新型在常温常压条件下完成清洗，可方便地对半导体封装引线框架、硅晶圆芯片、电子元件、印刷线路板、精密机械零件等进行清洗，有效的解决被清洗物品材料表面氧化和有机物污染问题，极大提高了芯片的引线焊接质量和封装品质。
文档编号C23F1/12GK203085491SQ20132001465
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月11日 优先权日2013年1月11日
发明者程方, 程宇宸, 郭勇 申请人:南京华科皓纳电气科技有限责任公司, 程方