从基片的处理表面上去除铜氧化物薄膜的方法技术

本发明专利技术提供一种从基片的处理表面上去除铜氧化物薄膜的方法，该方法包括：将处理表面具有铜氧化物薄膜的基片送入一个装置，所述装置包括发射电极部件，发射电极部件包括外壳和发射电极，外壳至少部分由绝缘材料构成并具有内部空间和至少一个与内部空间流体连通的流体入口，发射电极连接于外壳上并由导电基底限定，导电基底包含延伸至目标区域中的大量导电端和多个穿过导电基底的小孔，所述小孔与内部空间流体连通，以允许含还原气体的气体混合物通过，发射电极靠近电极部件和基片，所述基片、基底电极和电极部件位于所述目标区域内；使气体混合物通过目标区域；在基底电极和导电基底之间施加脉动的直流电压，以便在目标区域内产生电子，至少一部分电子附着在至少一部分还原气体上，从而形成带负电的还原气体；使带负电的还原气体接触处理表面，以便还原在基片处理表面上的金属氧化物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及去除基片表面上的金属氧化物且尤其是铜氧化物薄膜的方法。
技术介绍
晶片凸起是一种用于内部引线焊接的芯片焊接区上产生厚金属凸起的方法。通常通过在片焊接区上沉积焊料，然后回流(这里指首次回流)以进行合金化处理并且将焊料凸起的形状由蘑菇状变成半球状。具有首次回流凸起的芯片被“轻碰”，以符合基片上焊料可润湿端的印迹，然后经过二次回流形成焊点。本文将这些焊点称为内部引线焊点。高熔点焊料(如＞300℃)通常用于晶片凸起处理中，由于其允许随后的装孔步骤，比如外部引线焊接处理，利用低熔点焊料(如＜230℃)而不会破坏内部引线焊接。第一次回流后焊料凸起的形状是很关键的。例如，大的凸起高度有利于更好的接合和更高的抗疲劳性。进一步地，形成凸起的应优选基本上均匀以确保平整性。确信具有相对大的凸起高度的基本上均匀的焊料凸起与第一次回流期间没有氧化物的凸起表面有关。在焊料凸起晶片的第一次回流期间，通常有两种主要去除焊料氧化物的方法。一种方法是回流温度为400至450℃利用纯氢的无焊剂焊接。该方法的主要问题是纯氢的易燃特性，这极大地限制了该方法的应用。第二种方法是在沉积的焊料凸起上应用有机焊剂，或应用于已印在晶片上以形成凸起的焊料膏混合物中，并在惰性环境中回流凸起，以使得焊剂能有效地去除焊料表面的初始氧化物。然而该方法有其自身的缺点。由于焊剂分解在焊料凸起中可形成小的空隙。这些空隙不仅可降低所形成焊点的电和机械性能，而且可破坏焊料凸起晶片的共平面并影响随后的芯片焊接处理。已分解的焊剂挥发物也会污染回流熔炉，这会提高维护成本。此外，焊剂残留物时常留在晶片上会导致侵蚀和降低部件的性能。为去除上述回流过程的焊剂残留物，可采用利用氟氯碳(CFC)作为清除剂的后清除处理。然而，后清除增加了额外的步骤并延长了制备过程的时间。此外，由于对保护地球的臭氧层的潜在破坏，禁止利用氟氟碳(CFC)作为清除剂。尽管利用少量催化剂减少残留使无清除焊剂得到了发展，但在焊剂残留量和焊剂活性的收益和损失间存在折衷。因此促进产生高反应性的H2游离基，从而减少氢浓度的有效范围并且降低减少表面氧化物的处理温度的催化方法是工业上所寻求的。现有技术利用几种技术进行无焊剂(干式)焊接。一种技术是使用激光熔化或加热金属氧化物至它们的挥发温度。该方法通常在惰性气体或还原气体下进行，以阻止被释放污染物再氧化。然而氧化物和基底金属的熔点或沸点相似，并且使基底金属熔化或挥发是不希望的。因此该激光方法难以实施。通常激光是昂贵的、操作低效并且需要对氧化层的直达线路瞄准。这些因素限制了激光技术在多数焊接应用的使用。升温下通过暴露于反应气体(如H2)可化学地还原(如生成H2O)表面氧化物。通常使用在惰性载体(如N2)中含有5％或更多还原气体的混合物。然后在升温下通过解吸作用从表面释放反应产物(如H2O)，并被气流场带走。典型的处理温度超过350℃。然而该方法是低速的和低效的，即使在升温下亦如此。利用更多的活性还原物质可促进还原过程的速度和效率。利用传统等离子体技术可制备这些活性物质。音频、无线电或微波频的气体等离子体可用于制备用于表面去氧化的反应性游离基。在该处理中，高强度的电磁辐射用于电离和分解H2、O2、SF6或包括含氟化合物的其它物质而成为高反应性游离基。可在低于300℃的温度下进行表面处理。然而为获得等离子形成的最佳条件，通常在真空条件下进行该处理。真空操作需要昂贵的装置，并且必须以缓慢的、分批的过程进行，而不是快的、连续的过程。同样等离子体通常在处理箱中广泛分散，并且难以控制在具体的基片区域。因此，反应过程中不能有效地利用反应物质。等离子体通过溅射也可导致破坏处理箱，并且可在绝缘表面产生聚集的空间电荷，这可能导致微电路破坏。微波自身也能引起微电路破坏，并且处理期间基片温度难于控制。等离子体也能释放有潜在危险的紫外光。该处理也需要昂贵的电装置并消耗可观的能量，从而降低其总的成本效率。美国专利号U.S.5,409,543公开一种在真空环境中利用热灯丝热分解分子氢制备活性氢物质(即原子氢)的方法。激发的氢化学还原基片表面。热灯丝的温度范围可为500℃至2200℃。电偏压网用于偏转或俘获热灯丝发射的过量游离电子。在惰性载气中由含有2％至100％的氢的混合物制备活性物质或原子氢。美国专利号U.S.6,203,637公开了一种利用热电子阴极放电来活化氢的方法。从热电子阴极释放电子引起气体层放电，由此产生活性物质。该释放过程在含有热灯丝的独立箱或远的箱中进行。离子和活化的中性物质流入处理箱，从而化学还原氧化的金属表面。然而，该热阴极处理需要真空环境达到最佳效率和灯丝寿命。真空操作需要必须并入焊接传送带系统的昂贵装置，从而降低其效率总价。Potier等人，“Fluxless Soldering Under Activated Atmosphere atAmbient Pressure”，Surface Mount International Conference，1995，SanJose，CA，和美国专利号U.S.6,146,503，6,089,445，6,021,940，6,007,637，5,941,448，5,858,312和5,722,581公开了利用放电制备活化H2(或其它还原气体，如CH4或NH3)的方法。还原气体通常以“百分比水平”出现在惰性载体中(N2)。利用“几千伏特”的交流电源产生放电。间接箱中电极释放的电子产生激发的或不稳定的物质，它们实质上是不带电物质，然后流至基片。由此引起的处理还原了基底金属上的氧化物，使之可在接近150℃下被焊接。然而该间接放电箱需要巨大的装置成本，并且不容易改型以适合现存的焊接传送带系统。此外，该方法通常用于在焊接前预处理金属表面，而不是去除焊料氧化物。美国专利号U.S.5,433,820公开了一种利用来自高电压(1kV至50kV)电极的大气压下的放电或等离子体表面处理方法。电极被置于最接近基底而不是远的箱中。电极释放的游离电子产生活性氢游离基—一种含有原子氢的等离子体—然后它们通过置于氧化基片上的绝缘屏蔽的孔。该绝缘屏蔽使活性氢浓缩至需脱氧的特定表面位置。然而该绝缘屏蔽会聚集可改变电场并阻碍精确控制的表面电荷。所述的方法仅用于熔化基底金属表面。因此，本领域需要提供一种在可减少热能的相对低温下、经济且有效地进行焊料凸起晶片的无焊剂回流方法。本领域进一步需要提供一种为节省购买和维护真空装置的费用而在接近室温或大气压环境下进行的无焊剂回流方法和装置。此外，本领域需要提供一种利用不易燃气体环境的无焊剂回流方法。
技术实现思路
本专利技术通过提供一种不利用焊剂去除基片表面的金属氧化物的装置和方法满足本领域的部分需要，即使不是全部需要。为此，本专利技术提供一种，该方法包括将处理表面具有铜氧化物薄膜的基片送入一个装置，所述装置包括发射电极部件，发射电极部件括外壳和发射电极，外壳至少部分由绝缘材料构成并具有内部空间和至少一个与内部空间流体连通的流体入口，发射电极连接于外壳上并由导电基底限定，导电基底包含延伸至目标区域中的大量导电端和多个穿过导电基底的小孔，所述小孔与内部空间流体连通，以允许含还原气体的气体混合物通过，发射电极靠近电极部件和基片，基片本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从基片的处理表面上去除铜氧化物薄膜的方法，该方法包括：将处理表面具有铜氧化物薄膜的基片送入一个装置，所述装置包括发射电极部件，所述发射电极部件括外壳和发射电极，所述外壳至少部分由绝缘材料构成，所述外壳具有内部空间和至少一个与该内 部空间流体连通的流体入口，该发射电极连接于该外壳上并且由导电基底限定，该导电基底包含延伸至目标区域中的大量导电端以及多个穿过所述导电基底的小孔，其中所述小孔与该内部空间流体连通，以允许含还原气体的气体混合物通过，所述发射电极靠近所述电极部件和所述基片，所述基片、基底电极和电极部件位于所述目标区域内；使所述气体混合物通过该目标区域；在该基底电极和该导电基底之间施加脉动的直流电压，以便在该目标区域内产生电子，所述电子的至少一部分附着在所述还原气体的至少一部分上，从 而形成带负电的还原气体；和使所述带负电的还原气体接触所述处理表面，以便还原在所述基片的处理表面上的金属氧化物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：CC董，WT麦德莫特，A施瓦尔兹，GK阿斯拉尼安，RE帕特里克，GA奥贝克，DA小塞科贝，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，BTU国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]