批量式与在线式等离子清洗机对比：如何选择？

等离子清洗机主要用于对电子封装用芯片、基板等元器 件表面污物的清洗及表面特性的改善。目前，等离子清洗设 备主要有批量式与在线式两种。等离子清洗机产生等离子 体的装置是在密封容器中设置两个电极形成电场，用真空泵 实现一定的真空度，随着气体愈来愈稀薄，分子间距及分子 或离子的自由运动距离也愈来愈长，受电场作用，它们发生 碰撞而形成等离子体，这些离子的活性很高，其能量足以破 坏几乎所有的化学键，在任何暴露的表面引起化学反应。因 此，等离子清洗机对于电子元器件表面污物的清洗具有很好 的效果。

1、建模

本文首先在三维设计软件 Solidworks 的环境中，分别建 立了批量式等离子清洗机和在线式等离子清洗机的模型，如 图 1、2 所示。

图 1 所示的批量式等离子清洗机的主要结构包括: 反应 仓、壳体、控制系统、气路系统、电源以及真空系统等。 图 2 所示的在线式等离子清洗机的主要结构包括: 上下 料推料机构、上下料置取料平台、上下料提升系统、上下料传 输系统、上下料拨料机构、反应仓、设备主体框架和电气控制 系统等。 在线式等离子清洗机是在批量式等离子清洗设备基础 上为了尽量减少生产工艺中的人工参与而设计的一种设备， 主要针对集成电路 IC 封装工艺中引线键合前进行引线框架 芯片、基板的等离子清洗，彻底去除其表面的氧化物、微颗粒 污染物，达到改善材料表面性质，提高引线键合强度，降低焊 不上、虚焊的可能性。 本文主要对两种清洗机共有的结构———反应仓的特性 进行对比，其三维模型如图 3、4 所示。通过使用 ANSYS 有 限元分析软件进行仿真，对两种清洗机反应仓的气流密度和 电磁场特性进行了模拟。

2、ANSYS 简介

ANSYS 是世界上著名的大型通用有限元计算软件，它 包括热、电、磁、流体和结构等诸多模块，具有强大的求解器 和前、后处理功能，同时也为用户自己进行二次开发提供了 友好的开发环境，可为我们解决复杂、庞大的工程项目和致 力于高水平的科研攻关提供了一个优良的工作环境，广泛应 用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽 车交通、国防军工、电子、土木工程、生物医学、水利、日用家 电等行业。

本文在 ANSYS 中建立了两种反应仓的等效模型，对其 定义材料属性、划分网格、施加载荷及设定边界约束条件，最 后进行求解，分别求解了两种反应仓中气流密度及其电磁场 的分布情况。

3、气流密度模拟结果

通过模拟分析，得到了两种反应仓内部气流分布图。图 5 是批量式等离子清洗机反应仓使用 ANSYS 分析后所得的 气流分布图。图 6 是在线式等离子清洗机反应仓使用 ANSYS 分析后所得的气流分布图。其中图中底部的颜色条代 表速度，从左到右依次增大，图中箭头代表气流方向和密度。

将两种反应仓内部气流速度具体的模拟结果列于 表 1。 

从表格中的数据可知，在线式等离子清洗机反应仓中气 流运行的速度非常快，最大值是 0． 614e10，大约是批量式等 离子清洗机反应仓中气流运行速度的 106 倍。从模拟图中 也可看出，在线式等离子清洗机反应仓中气流密度较大，且 比较均匀，对于电子元器件的清洗效果更好。

4、电磁场模拟结果

通过模拟分析，得到了两种反应仓内部电流密度和磁感 应强度分布图。图 7 和图 8 是批量式等离子清洗机反应仓 内部的电流密度值和磁感应强度 B 值; 图 9 和图 10 是在线 式等离子清洗机反应仓内部的电流密度值和磁感应强度 B 值。

将两种反应仓内部电磁场具体的模拟结果列于表 2。

通过对比表格中的数据可知: 在线式等离子清洗机反应 仓内的电流密度值和磁感应强度值较大，等离子体分布更加 均匀，具有更好的清洗效果。从分布图中也可以看到，在线 式等离子清洗机反应仓内中央部分的电流密度值比两边的 值大，这样当把清洗物品放入反应仓中央时，也可使清洗更 彻底。

5、结束语

随着工业和电子类消费产品市场的发展，电子设备变得 更加轻薄，更加紧凑。这种市场需求推动了微电子封装的小 型化，也对封装的可靠性提出了相应的要求，高质量的封装 技术可以提高电子产品的寿命。封装过程中的芯片粘结空 隙、较低的引线键合强度、焊球分层或脱落等问题成为制约 封装可靠性的重要因素，必须在不破坏材料表面特性及电特 性的前提下，有效地清除各种玷污，将等离子体清洗引入电 子封装中，能够显著改善封装质量和可靠性［3］。本文通过对 两种等离子清洗机反应仓内部的气流密度和电磁场对比分 析可知，在线式等离子清洗机清洗效果更好，它具有高的生 产效率，优良的均匀性和一致性，无人为二次污染，无静电损 伤，无溅射及过热损伤，且非常有利于环境保护，清洗后不会 产生有害污染物，在这全球高度关注环保意识的情况下越发 显示出它的重要性。