1 Plasma清洗原理
通常物质以固态、液态、气态 3 种状态存在,而 Plasma 是物质存在于 3 种物质状态之外的另一种状态,及在一些特殊的情况下物质原子内的电子脱离原子核的吸引,使物质呈为正负带电粒子状态。它的清洗原理就是在一组电极施以射频电压,区域内的气体被电极之间形成的高频交变电场激荡下,形成等离子体。活性等离子对被清洗物进行物理撞击或化学反应作用,使被清洗物表面物质变成粒子和气态物质,然后在经过抽真空排出,以达到清洗目的。
Plasma 清洗过程中与材料表面产生的反应主要有两种方式,一种是靠等离子对被清洗件表面作纯物理撞击作用。常用的气体有不活泼气体如氩气(Ar)、氮气(N 2 )等。另一种则是靠等离子中的自由基来做化学反应,常用的活泼气体有氢气(H 2 )、氧气(O 2 )等。
a)图示 1,表示氩气(Ar)等离子体以纯物理撞击方式来打破有机物的化学键并使表面污染物脱离基板。研究表明在压力较低时,离子的能量越高,因而在物理撞击时,离子的能量越高,撞击作用越强,所以若要以物理反应为主时,应在较小压力下来进行反应,这样清洗效果较好。
b) 图示 2 表示活性气体 O 2 在电离情况下,其等离子体里的高活性自由基与材料表面做化学反应,且在压力较高时,对自由基的产生较有利,所以若要以化学反应为主时,应选择在高压下进行反应。
2 实验验证
在选取氧气和氩气作为 plasma 清洗条件时,综合考虑产品元件,以及氧气 plasma 清洗过程中容易在清洗元件表面产生新的氧化物,造成二次污染,而氩气等离子清洗的机理是通过粒子动能产生的物理清洗且氩气是惰性气体,在等离子清洗中不会与产品元器件发生化学反应,可以保持元件表面的化学纯净性,不会造成二次污染。所以以下实验只选用单一气体氩气作为 plasma 清洗的工艺气体。
2. 1 水滴角
实验方案:本实验通过对未清洗,传统(超声波 + 电子氟化液)湿清洗、plasma 清洗的三种状态下的基板分别进行水滴角测试,对水滴角大小来判定清洗效果。
实验条件:10 等级无尘室,传统清洗与 plasma 清洗分别在清洗后 30 分钟进行水滴角测量。
实验设备:运用 Phoenix-Pico/Nano 型号的接触角测定仪进行水滴角大小进行测定。
实验材料:基于 AL 2 O 3 的陶瓷基板。
实验结果:
从图 3 和表 1 的实验数据显示未清洗基板水滴角最大,其次是传统清洗,水滴角最小的是经过 plasma 清洗后的基板,表明 plasma 清洗效果明显优于传统清洗的效果。
2. 2 键合后推力 test 验证
实验方案:本实验通过对所需 Bond 的基板在未清洗、传统清洗、plasma 清洗三种状态的基板分别在进行 Filp – Chip Bond,且在 Bond 后进行推力实验,以及键合的状态进行比较分析来判断清洗方式对键合的影响。
实验条件:10 等级无尘室,对三种状态的基板 Filp – Chip Bond。
实验 设备: 用 型 号 Nordson DAGE ( DAGE-SERIES-4000PXY)多功能焊接强度测试仪进行推力测试;推力治具在受到持续加大的推力时芯片分离基板,测试仪记录芯片分离时所用的最大推力。
实验结果:
通过表 2 的实验结果表明基板通过 plasma 清洗之后芯片上的 Bump(Au)与基板上的 pad 之间的键合程度明显优于未清洗和传统清洗的基板。说明 plasma 清洗能有效的清除 Bond pad上的污染物等,从而使 Bump(Au)与 Bond pad 产生更多的键结使之得到充分的焊接。
2. 3 比较分析芯片分离基板之后基板 pad 上的 Bump 状态
将芯片分离之后观察分析芯片上的 Bump 是否保留在基板Pad 上,从而判定 Bump(Au)与基板 pad 键合的有效性。通过试验可以比较基板在三种状态下分别进行 Flip-Chip Bond,并对制品进行 Push out 测试,比较分析基板上保留的 Bump 数量。
测试结果:
(1)从图 6 可以看出在基板未清洗状态下,Bond 后将芯片与基板分离,有较大部分 Bump 并没有键合到基板 pad 上(少球率:(32/72)* 100% =47%),虽然金球(Au)经 Flip-Chip Bond后芯片 bump 已变形但是在少球的基板 pad 上并没有 Bump 的残留物,未得到有效键合此状态为失效。
(2) 从图 7 显示在基板传统清洗状态下并经。Flip-Chip Bond 后将芯片分离,任有部分 Bump 并没有有效的键合到基板pad 上(少球率:(10/72)* 100% =13%},虽然 Bump 经压合后已变形且可以看出基板 pad 上有少量金球(Au)的残留,但从前面的推力实验可以看出其平均推力为:1363. 78gf;而芯片 Bump的最小剪切力大于 72* 19 = 1389gf 此推力较低,其 Bond 键合可靠性较低。
(3) 基板在 plasma 清洗状态下并经过 Bond 后将芯片分离,芯片上的 Bump 全部转移到基板的 Bond pad 上(少球率:0%),芯片 Bump 与 pad 得到了充分的焊接,完全达到了倒装工艺对产品焊接的要求,提高了键合的可靠性。
4 成分比较分析
将基板在未清洗、传统清洗、plasma 清洗三种状态下,对基板 pad 的提取物进行成分分析,通过杂质的含量多少来判断清洗的效果。
测试条件与设备:
Model2100 Trift II TOF-SIMS (Physical Electronics,USA)
TOF-SIMSAnalysis Conditions:
Primarylon Beam: Gallium LMIG (bunched)
PrimaryBeam Energy: 15KeV
Testregion: 100* 100(um 2 )200* 200(um 2 )
ChargeNeutralization: used
测试结果:
a)在为进行清理的基板 pad 上提前物有较多的杂质且含量最高。
b)在进行传统清洗之后基板 pad 上提取物杂质含量有所降低,但杂质种类任然较多,影响键合质量。
c)在进行 plasma 清洗之后基板 pad 上提取物杂质明显得到了降低。
测试结果表明未清洗与传统清洗中基板 pad 上的杂质含量明显多于 plasma 清洗之后的杂质含量。而基板 bond pad 上杂质含量是影响基板与芯片 bump 键合质量的主要因素。
5 结论
本文验证了 plasma 清洗在 Flip-Chip Bond 工艺中起的重要作用,通过对基板进行 plasma 清洗能够有效的清除基板因前端工艺而残留的杂质,从而在 Flip-Chip Bond 工艺中使芯片的Bump 与基板上的 Pad 更能够有效的键合,提高其键合的可靠性。而且相对于传统湿法清洗工艺来说更为绿色环保,成本更低。
玻璃盖板镀膜也称玻璃盖板喷涂、镀膜应用于5G行业,涵盖手机盖板镀膜、玻璃盖板镀膜、显示屏镀膜、保护片镀膜、光学材料镀膜等。玻璃盖板镀膜可以使玻璃盖板、背板更漂亮,还能起到抗指纹、防炫光、抗紫外线、耐酸碱、抗氧化的作用。
等离子预处理是采用等离子表面处理机(一般为低温常压旋转喷头等离子表面处理机)在AF、AS、AG、AR镀膜(喷涂)工艺前,对基材表面进行精细化清洗、蚀刻和活化,可以得到非常薄的高张力涂层表面,有利于喷涂药水的附着牢固和厚薄均匀。
等离子清洗技术在处理中具有如下优势:
(1) 环保节能。相比于传统湿法清洗技术,等离子清洗技术属于干式工艺,不消耗水和化学试剂,省能源、无污染
(2) 具有在线生产能力,能实现全自动化处理,处理时间短,效率高,成本低
(3) 不分处理基材类型,均可进行处理,能处理形状较复杂的材料,材料表面处理的均匀性好
(4) 对材料表面的作用仅涉及到纳米级处理,可在保持处理材料原本特效的同时,赋予其另一种新的功能
(5) 处理温度低,不对材料表面造成损害,特别适合处理高分子材料
在汽车产业以电动化智能化、网联化为长期趋势的发展路径下,汽车电子占整车比重持续上升,进而带动汽车 PCB 板的需求增长。如特斯拉 Model 3,其 PCB 总价值量超过 2500 元,是普通燃油车的 6.25 倍。
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郑州大学橡塑模具国家工程研究中心刘春太教授团队在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上发表了题为“MXene-coated Wrinkled Fabrics for Stretchable and Multifunctional Electromagnetic Interference Shielding and Electro/Photo-Thermal Conversion Applications”的文章(DOI:10.1021/acsami.1c19890)。通过简单的预拉伸和喷涂方法制备了具有褶皱结构的热塑性聚氨酯(TPU) /MXene复合织物(TMFs)。其褶皱结构存储了一定的可拉伸表面区域,保护MXene导电网络在拉伸过程中不受破坏。其中,极低的MXene负载量(0.5 mg cm-2)的TMF在50%的应变范围内,在动态拉伸过程中以及反复拉伸后均中表现出良好稳定的30 dB左右的电磁屏蔽性能。此外,由于其高导电性和局部表面等离子体共振(LSPR)效应,TMFs具有优异的焦耳加热(在5 V电压下可达104℃)和光热转换性能,并且在拉伸状态下仍具有良好的电/光热转换性能。因此,本工作在有效屏蔽电磁波的基础上集成了可调节热管理性能,为多功能可穿戴材料提供了新的策略。 图6(a)100 mW/cm2光照射下TMFs的温度-时间曲线。右边的插图是对应的红外图像。(b)不同辐照功率密度下TMF-9的温度曲线。(c)实验数据和饱和温度与辐照功率密度的线性拟合。(d)TMF-3在开-关光照循环下的温度-时间曲线。100mW/cm2辐照功率密度下TMF-9在不同应变下的(e)温度曲线和(f)红外相机图像。 郑州大学橡塑模具国家工程研究中心的硕士研究生董婧雯是该论文的第一作者,通讯作者为苏凤梅副教授、冯跃战副教授和刘春太教授。该研究得到了国家自然科学基金(21704096,51703217,12072325)和河南省自然科学项目(20A430028)的资金支持。 原文链接: https://doi.org/10.1021/acsami.1c19890
图1(a)Ti3C2Tx MXene纳米片和(b)具有精细微褶皱结构的TPU/MXene织物的制造过程示意图。
图2(a)Ti3AlC2、(b)多层Ti3C2Tx 和(c)Ti3C2Tx MXene纳米片的SEM图,(d)分层Ti3C2Tx MXene纳米片的TEM和(e)AFM图像((e)中插图是对应的SAED图案)。(f)通过AFM图像统计分层Ti3C2Tx MXene的横向尺寸。(g)Ti3AlC2和分层Ti3C2Tx MXene的XRD图谱。(g)Ti3AlC2和Ti3C2Tx MXene的XPS图谱。(i)Ti3C2Tx MXene的XPS Ti 2p图谱。
图3(a-c)不同放大倍数下TPU纳米纤维膜表面形态的SEM图像,(d-f)具有褶皱结构的TPU/MXene织物在动态拉伸过程中的表面形态变化,(g-i)动态拉伸过程中平面TPU/MXene织物表面形态的变化。
图4(a)不同MXene含量TMF的EMI屏蔽性能。TMF-12(b)在不同施加应变下,以及(c)在50个应变周期后的电磁干扰屏蔽性能。(d)不同MXene含量的TMF和平面TMF的R-A系数。(e)TMF-12在不同施加应变下的R-A系数。(f)褶皱TMF的EMI屏蔽机理图。
图5(a)在4 V电压下TMF的温度曲线。(b)在1至5 V下TMF-9的温度曲线和对应的(c)红外相机图像。(d)在不同电压下的饱和温度与U2的关系。(e)在4 V电压下,TMF-9在各种施加应变下的温度曲线。(f)TMF-9加热器的温度可调性。(g,h)戴在手套上的可穿戴TMF-9加热器的数字和红外相机图像。
(1)从产品结构来看,主要是乳液型,水溶性次之,胶乳型则不常见。
(2)从原料来看,多元醇主要用聚醚型,聚酯型次之,聚碳酸酯极少见。异氰酸酯的品种更少,只有TDI,HDI、MDI仅见报道。扩链剂多用醇类,胺类较少使用。
(3)从制备方法及种类来看,一般是自乳化,羧酸型、阴离子体系;外乳化,磺酸型,季铵盐型乳化体系较少;熔融分散,固体自发分散法等则未涉及。
(4)从理论与应用角度来看,着重应用开发,理论研究很少。
白乳化工艺也是制备高性能水性聚氨酯的重要影响因素,笔者结合实际工作谈几点看法:
(1)乳化温度宜低不宜高,不应超过45℃。
(2)成盐剂选有机碱类较合适,其用量应严格控制。
(3)选择高效乳化设备能收到事半功倍的效果。
高性能水性聚氨酯胶粘剂应具有以下特点:
(1)耐水、耐介质性好。
(2)粘接强度高,初粘力大。
(3)良好的贮存稳定性。
(4)耐冻融,耐较高温度。
(5)干燥速度较快,低环境温度下成膜性良好。
(6)施工工艺佳。
来源:华夏蓝科技
头足类生物的皮肤内有反射板以周期性排列在一起形成生物光子纳米结构,这种超微结构与入射光发生物理作用,反射特定光波,在视觉上呈现虹彩结构色,在其隐身能力中发挥了重要作用。这些头足类海洋生物能够根据行为、环境在几秒到几分钟之内改变反射板的折射率和板厚(即晶格间距),控制自身颜色的变换。通过模拟这种结构,牛文斌教授等人开发出了一种兼具光学和电学双信号同步输出的多功能仿生变色离子皮肤(CIskin),实现了包括拉伸、压力、温度、红外光在内的四重外部刺激的可视化感知。与目前已报道的仿生电子皮肤相比,该CIskin不仅展现出快速的电学/变色同步响应特性,特别是实现了对外部刺激空间分布的可视化,突破了柔性电子学器件难以直接可视化交互的瓶颈,为新兴柔性电子学的发展提供了新思路。研究成果以题为“Cephalopod-Inspired Chromotropic Ionic Skinwith Rapid Visual Sensing Capabilities to Multiple Stimuli”发表在ACS Nano (2021, DOI:10.1021/acsnano.1c00181)上。 原文链接: https://doi.org/10.1021/acsnano.1c00181 将仿生光子晶体结构色与织物结合,是构建可穿戴织物材料、推动结构色材料实用化的有效途径。因此,团队利用光子晶体带隙和氢键之间的协同作用,首先将三维光子晶体结构固定在氢键型超分子弹性体中,制备了具有优良力致变色特性和机械性能的光子弹性体;而后,利用原子层沉积技术在多级微结构的涤纶织物纤维表面化学共轴生长一层透明导电的铝掺杂氧化锌薄膜,得到了导电涤纶织物;最后,将三维光子晶体结构半嵌入到上述织物结构中,成功构造了一种在应变施加时具有快速和持久稳定的光电双响应的新型电子织物,并展示了它们在可视化可穿戴器件中的应用,为基于织物的可视化交互式传感器的实现开辟了新的道路。相关成果以“Interactively mechanochromic electronic textile sensor with rapid and durable electrical/optical response for visualized stretchable electronics” 为题,近日发表在 Chemical Engineering Journal (2021, DOI:10.1016/j.cej.2021.130870)上。 原文链接: https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130870 光子晶体结构色材料在长期的使用过程中不可避免的会受到外力破坏,这会导致性能降低、甚至功能丧失。针对上述问题,牛文斌教授等人通过设计合成动态共价键网络Vitrimer并引入光子晶体结构中,利用光子晶体带隙和动态共价网络的协同作用,将三维光子晶体结构固定在Vitrimer网络中,从而构建出力学性能优良的Vitrimer光子弹性体。该光子vitrimer弹性体具有良好的机械显色性、优异的力学性能和自愈能力,并可作为一种可视化的人机交互传感器件用于跟踪人体运动。该器件可通过肉眼直接可见的颜色变化,实时感知外界的应变和应力,实现了使用者与设备的直接智能交互。相关成果以“Photonic Vitrimer Elastomer with Self-Healing, High Toughness, Mechanochromism, and Excellent Durability based on Dynamic Covalent Bond”为题,发表在Advanced Functional Materials(2021, DOI:10.1002/adfm.202009017)上。 原文链接: https://doi.org/10.1002/adfm.202009017 柔性光子晶体纤维在通信、生物医学、智能穿戴材料等领域广泛应用,然而,制备具有适应性、多功能、高性能的柔性光子纤维一直是一个巨大的挑战。牛文斌教授等人通过在透明的聚酯纤维表面共轴生长Al2O3/ZnO一维光子晶体壳层,构建了新型的兼具光学和电学功能的形状记忆光子晶体光纤(SMPF)。该光子晶体光纤有可调谐的结构颜色、各向异性的光学反射特性和优异的机械稳定性,特别是,表现出了独特的形状记忆能力。这在以前的光子晶体光纤中很难实现。得益于光子带隙和形状记忆能力,这些SMPF能够应用于光波导,引导光束沿着特定通道进入生物组织深层,用于深部组织成像和光疗等。此外,氧化锌材料的光电、热释电效应,使其可以用作形状记忆温度传感器件,用于实时动态监测口呼吸、鼻呼吸和红外光。该工作为构建柔性多功能光子纤维提供了一个通用平台,并在生物组织深部的光动力治疗、可穿戴电子器件和智能机器等领域具有广阔的应用前景。相关成果以Flexible Multifunctional Photonic Crystal Fibers with Shape Memory Capability for Optical Waveguides and Electrical Sensors为题,近日发表在Industrial & Engineering Chemistry Research 上。 原文链接: 碳纤维是一种导电导热、轻质、高强、耐腐蚀等的战略性新材料,然而其片状石墨微晶结构导致表面化学惰性和高结晶度,传统有机分子染料根本无法对其着色,只能呈现黑色。牛文斌教授等先通过等离子表面活化,进而原子层沉积共轴化学生长一层均匀氧化锌,利用薄膜干涉原理,产生结构色,赋予了碳纤维亮丽颜色;通过调节薄膜厚度,获得了一系列连续可控的彩色碳纤维。在上述基础上,进一步利用氧化锌固有的热释电、压电等特性,将其与柔性导电薄膜ITO/PET结合,设计构建了一种新型彩色碳纤维的单根纤维微传感器件。该微传感器可以对外界UV、温度和红外光进行检测,并具有高柔性、彩色、多功能、小型化的特点,可进一步与其他器件或电路集成,极大的拓展了上述彩色碳纤维材料的应用范围。相关成果以Highly Flexible, Multicolored, and Multifunctional Single-Fiber-Based Microsensors for UV, Temperature, and Infrared Detection为题,近日发表在Industrial & Engineering Chemistry Research (2021, DOI:10.1021/acs.iecr.1c02166)上。 原文链接: https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c02166
https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c01153