一种水平式等离子体连续处理系统的制作方法

本发明涉及等离子体对材料的处理领域，更具体地，涉及到使用低气压等离子体放电来用于印制电路板制造过程中产生的孔内胶渣的刻蚀和表面清洁活化的水平连续处理方法。

背景技术：

等离子体刻蚀技术广泛应用于印制电路板制造中的胶渣去除，表面改性和聚四氟乙烯的活化处理。当前业界普遍使用的等离子体处理设备为单腔多片处理系统，如专利us20060163201a所提出的装置。如图1所示，该专利提及的等离子体刻蚀系统包含一个整体的等离子体腔体12，腔体内包含至少一对垂直放置的电极板38，被处理的基板（pcb用各类板材）26固定在框架29上后，整体将框架29推入到腔体12内。于是基板26就处于电极板38之间的空隙中。在腔体内抽真空并通入工艺气体后，由等离子体电源在电极板38之间产生等离子体，对电极板38间的基板26进行处理。显而易见的是，这样的系统架构需要人工进行对基板26进行上下板操作，因而无法将设备加入到自动化连续生产系统中。基板处理的均匀性依赖于设备的等离子体均匀性，在专利us20060163201a的架构下，在整个处理过程中，基板是固定在工作腔内不动的，每一片基板所处的空间位置、气流分布和电极极板制造装配上的差异均不同，很难做到同一批次基板所处的等离子体环境的一致性，因而处理后的基板不仅在板与板之间存在较大的差异，而且在同一块板材上也有较大的均匀性差异。

针对单腔多片等离子体处理系统需要人工干预上下料，并且无法与自动化连续生产接驳的问题，发明专利cn204817348u中公开了一种水平连续式真空等离子处理机。如图2所示，整体设备分为进料端4、静电处理室5（等离子体处理室）、出料端6，以及在进料端4和静电处理室5之间的两个槽体7和8，静电处理室5和出料端6之间的两个槽体9和10。每个槽体包含有独立的隔离门、真空泵和滚轮；该发明专利静电室内的生产过程是板材到达进料端4，抽真空到10torr，静电处理室5气压升高到10torr，打开隔离门，板材进入静电处理室，静电处理室抽真空到工作气压，开始工作；板材处理结束也需要类似的过程才能出静电处理室腔体。这导致了静电室内的等离子体在腔体气压变动的过程中无法维持一个稳定的工作状态，工作是一种非连续的节拍式；整个设备的运行效率和稳定性非常低。

技术实现要素：

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种水平式等离子体连续处理系统，实现连续上下料、工艺腔内等离子体持续工作的真正连续处理生产。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水平式等离子体连续处理系统,该系统包括：一个放料室，一个进样室，一个工艺腔，一个出样室和一个收料室，放料室和进样室之间，进样室和工艺腔之间，工艺腔和出样室之间，出样室和收料室之间有各自的能够独立运行的气密门；

放料室、进样室、工艺腔、出样室和收料室有各自独立运行的传送滚轮系统；

工艺腔内的传输系统还分为三段独立运行的传送滚轮系统；分别为初段传送滚轮组，中段传送滚轮组和末段传送滚轮组，通过控制工艺腔内的传送滚轮组的速度，可以任意调节板子在工艺腔内处理的时长；每个传送滚轮组上设有传感器，

初段滚轮组与进样室邻近，占据的区域为大于或等于一片基板行进方向上的长度。中段滚轮组为核心段，占据了工艺腔的中心区域和绝大部分的长度。基板等离子体处理的时间通过控制中段滚轮的速度来确定。末段滚轮组与出样室邻近，占据的区域为大于或等于一片基板行进方向上的长度。工艺腔在无基板进出的情况下，三段滚轮以中段滚轮的速度同速运行。当初段滚轮上无基板时，进样室与工艺腔之间的气密门打开，进样室内的滚轮组和工艺腔初段滚轮速度同步，并以远高于工艺腔中段滚轮的运行速度将进样室内的基板传输到工艺腔初段滚轮上。当基板传输到位后，工艺腔初段滚轮速度恢复到与中段滚轮同速，使基板以工艺需求的速度进行处理并能传输到中段滚轮上。同理，末段滚轮上有一片完整的基板时，出样室和工艺腔之间的气密门打开，工艺腔末段滚轮和出样室滚轮速度同步，以远高于工艺腔中段滚轮的运行速度将基板从工艺腔传送到出样室。当基板传输到位后，末段滚轮恢复到与中段滚轮同速，准备接收即将从中段滚轮过来的基板。通过三段滚轮的分开控制，使基板在等离子体核心的中段滚轮区域处理时始终没有被影响，做到了等离子体处理的恒速、稳定、连续和不间断。

基板在工艺腔内连续串列式地通过等离子体区域进行处理，使得每片基板经过的等离子体处理过程相同，因而将板与板之间的差异降低到最低。而就单片极板而言，其在传输方向上的区域的等离子体经历也是完全相同的，因此单片板内的均匀性也会好于位置固定的单片基板；

初段传送滚轮组的传感器感应到工艺腔初段传送滚轮组上没有板子后，打开进样室和工艺腔之间气密门，板子从进样室快速传送至工艺腔，然后关闭气密门，末段传送滚轮组上的传感器感应到工艺腔末段传送滚轮组上走过一片完整的板子后，打开工艺腔和出样室之间气密门，板子从工艺腔快速传送至出样室，然后关闭气密门；

进样室、工艺腔和出样室有独立的抽气和充气系统；基板进入进样室后，进样室进行抽真空，进样室压强到达工艺腔的气压后停止抽气，出料室在气密门关闭后，充入氮气至大气压状态，打开气密门，将基板传输进收料室，通过调节每组电极区域的功率、气体和抽气速率，能使板子在行进过程中进行不同的处理而达到不同的处理目的.

作为本发明的进一步改进，滚轮组传送系统在放料室中为第一传送滚轮组；进样室中为第二传送滚轮组；工艺腔中的传送滚轮组细分为能独立控制的三组，分别为初段传送滚轮组，中段传送滚轮组和末段传送滚轮组；出样室中为第三传送滚轮组；收料室中为第四传送滚轮组，各个相邻的腔体之间包含有独立运行的气密门，放料室和进样室之间的气密门为第一气密门，进样室和工艺腔之间的气密门为第二气密门，工艺腔和出样室之间的气密门为第三气密门，出样室和收料室之间的气密门为第四气密门，放料室和进样室以及收料室和出样室之间的气密门打开的条件是两个腔体均为正常大气压，工艺腔和进样室以及工艺腔和出样室之间的气密门打开的条件为进样室或出样室气压与工艺腔气压相同，使得在气密门打开后，工艺腔内的气压不会出现剧烈波动而影响等离子体的稳定运行。

作为本发明的进一步改进，进样室内包含有上下两个红外辐射加热模块，能够对产品进行快速加热升温，当进样室压强低于1torr后，预加热模块对基板双面进行快速预热升温，使基板温度接近设定的工艺温度。

作为本发明的进一步改进，所述工艺腔内包含有4组电极装置，每组电极装置包含上下两个相同的极板总成，工艺腔内的4组电极相互独立，拥有各自的电源、温控、供气系统，当然，工艺腔的长度和其内配置的电极模块数量可以根据实际的工艺需求进行数量上的增减，同时每个电极组的位置设置有独立的抽气口，

作为本发明的进一步改进，每个电极组拥有各自的等离子体激发电源，每组电极拥有独立的供气系统，每个供气系统包含4组mfc，用来控制氧气、四氟化碳、氩气和氮气的流入,每组电极的位置都设置有抽气口，每个抽气口由一个蝶阀控制着抽气的速率，所有电极处的抽气口最终汇总到真空泵组。

作为本发明的进一步改进，所述极板本体上加载射频电压，用于和相对的另外一片极板之间形成等离子体，用于加热或冷却的热油从入口进入极板，在极板内部均匀流过后从出口流出。反应气体通过进口流入，并通过金属气管进入到极板内部区域，最终从喷气口喷出，进入等离子体区域。

作为本发明的进一步改进，所述工艺腔内的电极组之间有挡板n阻隔，挡板具有水平的缝隙，允许传送滚轮组和其上传送的产品通过。电极组各自的气体供应因为挡板的存在，绝大部分在扩散到邻近挡板区域前就被真空抽气系统吸走。其中，抽气挡板的设置，使得从电极区域充入的工作气体能在产品附近停留后再经由产品侧边的区域由抽气口抽走。抽气挡板和电极间挡板形成的狭小抽气通道使得该区域的气体流速增加，进一步防止两个电极组间的气体相互扩散。

作为本发明的进一步改进，所述进样室设置有独立的真空泵组，真空泵组与进样室连接的位置设置有电磁阀，电磁阀用于控制进样室输入氮气的开关；出样室设置有独立的真空泵组，真空泵组与出样室连接的位置设置有电磁阀，电磁阀用于控制出样室输入氮气的开关。

作为本发明的进一步改进，系统运行过程中，放料室和收料室始终处在正常大气压环境下，进样室和出样室根据过程需要在正常大气压数值与工艺腔气压数值之间变动，工艺腔始终处在0.10~0.30torr的工作气压下。具体的气压值由实际应用的工艺需求决定，可以使得各组电极模块区域的气压一样，也可以有差别，不论哪种情况，各组电极模块区域的气压是稳定不变的，使得等离子体持续运行，基板的处理过程不会中断。

本发明的有益效果是：采用调整工艺腔前后的进样室和出样室气压等于或低于工艺腔气压，使得工艺腔在进出基板时不会有气压变动，达到等离子体持续运行的目的；通过在工艺腔设置三段或以上的独立传送滚轮，进口的滚轮用于快速接收进样室传送过来的基板，出口的滚轮用于快速将基板传输到出样室，保证了中段核心的处理区域供料速度稳定不变，做到了对基板的稳定、连续和不间断的处理；水平连续的基板处理方式使基板在工艺腔内连续串列式地通过等离子体区域，每片基板经过的等离子体处理过程基本相同；因而将板与板之间的差异降低到最低；而就单片极板而言，其在传输方向上的区域的等离子体经历也是完全相同的，因此单片板内的均匀性也会好于位置固定的单片基板。

附图说明

图1是发明专利us20060163201a的附图说明；

图2是发明专利cn204817348u的附图说明；

图3是本发明一种优选的系统架构示意图，附图中各标记如下：1、放料室，2、进样室，3、工艺腔，4、出样室，5、收料室，a1、放料室1传送滚轮组，a2、进样室2传送滚轮组，a3、工艺腔3初段传送滚轮组，a4、工艺腔3中段传送滚轮组，a5、工艺腔3末段传送滚轮组，a6、出样室4传送滚轮组，a7、收料室5传送滚轮组，b1、放料室1和进样室2之间气密门，b2、进样室2和工艺腔3之间气密门，b3、工艺腔3和出样室4之间气密门，b4、出样室4和收样室5之间气密门，c、进样室2预加热模块，d、工艺腔3电极；

图4是本发明一种优选的极板总成构造，附图中各标记如下：h1、热油出口，h2、热油入口，j1、气体入口，j2、金属气管，j3、气体喷口，k、极板本体；

图5是本发明一种优选的各腔体抽气、供气和电源结构示意图，附图中各标记如下：e1、进样室2抽气管路电磁阀，e2、进样室2充气管路电磁阀，e3、出样室4抽气管路电磁阀，e4、出样室4充气管路电磁阀，f1、进样室2真空泵组，f2、工艺腔3真空泵组，f3、出样室4真空泵组，g1、第一电极位抽气口蝶阀，g2、第二电极位抽气口蝶阀，g3、第三电极位抽气口蝶阀，g4、第四电极位抽气口蝶阀，p1、第一电极电源，p2、第二电极电源，p3、第三电极电源，p4、第四电极电源；

图6是本发明一种优选的电极组间挡板的示意图，附图中各标记如下：a、传送滚轮组，d、电极，g、蝶阀，l、抽气口挡板，m、抽气口，n、电极组间挡板。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

如图3所示，一种水平式等离子体连续处理系统，该系统包括：一个放料室1，一个进样室2，一个工艺腔3，一个出样室4和一个收料室5，放料室1和进样室2之间，进样室2和工艺腔3之间，工艺腔3和出样室4之间，出样室4和收料室之5间有各自的能够独立运行的气密门；

放料室1、进样室2、工艺腔3、出样室4和收料室5有各自独立运行的传送滚轮系统；

工艺腔3内的传输系统还分为三段独立运行的传送滚轮系统；分别为初段传送滚轮组a3，中段传送滚轮组a4和末段传送滚轮组a5，通过控制工艺腔3内的传送滚轮组a3~a5的速度，可以任意调节板子在工艺腔内处理的时长；每个传送滚轮组上设有传感器，

初段传送滚轮组a3的传感器感应到工艺腔初段传送滚轮组a3上没有板子后，打开进样室和工艺腔之间气密门b2，板子从进样室2快速传送至工艺腔3，然后关闭气密门b2，末段传送滚轮组a5上的传感器感应到工艺腔末段传送滚轮组a5上走过一片完整的板子后，打开工艺腔和出样室之间气密门b3，板子从工艺腔快速传送至出样室4，然后关闭气密门b3；

进样室2、工艺腔3和出样室4有独立的抽气和充气系统；基板进入进样室2后，进样室2进行抽真空，进样室2压强到达工艺腔的气压后停止抽气，出料室4在气密门b3关闭后，充入氮气至大气压状态，打开气密门b4，将基板传输进收料室5，通过调节每组电极区域的功率、气体和抽气速率，能使板子在行进过程中进行不同的处理而达到不同的处理目的.

滚轮组传送系统在放料室1中为第一传送滚轮组a1；进样室2中为第二传送滚轮组a2；工艺腔3中的传送滚轮组细分为能独立控制的三组，分别为初段传送滚轮组a3，中段传送滚轮组a4和末段传送滚轮组a5；出样室4中为第三传送滚轮组a6；收料室5中为第四传送滚轮组a7，各个相邻的腔体之间包含有独立运行的气密门，放料室1和进样室2之间的气密门为第一气密门b1，进样室2和工艺腔3之间的气密门为第二气密门b2，工艺腔3和出样室4之间的气密门为第三气密门b3，出样室4和收料室5之间的气密门为第四气密门b4，放料室1和进样室2以及收料室5和出样室4之间的气密门打开的条件是两个腔体均为正常大气压，工艺腔3和进样室2以及工艺腔3和出样室4之间的气密门打开的条件为进样室2或出样室4气压与工艺腔气压相同，使得在气密门打开后，工艺腔内的气压不会出现剧烈波动而影响等离子体的稳定运行。

进样室2内包含有上下两个红外辐射加热模块，能够对产品进行快速加热升温，当进样室2压强低于1torr后，预加热模块c对基板双面进行快速预热升温，使基板温度接近设定的工艺温度，工艺温度由具体的工艺确定，范围在40~100℃。

所述工艺腔3内包含有4组电极装置，每组电极装置包含上下两个相同的极板总成，工艺腔3内的4组电极相互独立，拥有各自的电源、温控、供气系统，同时每个电极组的位置设置有独立的抽气口，如图5所示，

每个电极组拥有各自的等离子体激发电源p1~p4，每组电极拥有独立的供气系统，每个供气系统包含4组mfc，用来控制氧气、四氟化碳、氩气和氮气的流入,每组电极的位置都设置有抽气口，每个抽气口由一个蝶阀g1~g4控制着抽气的速率，所有电极处的抽气口最终汇总到真空泵组f2。

如图4所示，所述极板本体k上加载射频电压，用于和相对的另外一片极板之间形成等离子体，用于加热或冷却的热油从入口h2进入极板，在极板内部均匀流过后从出口h1流出。反应气体通过进口j1流入，并通过金属气管j2进入到极板内部区域，最终从喷气口j3喷出，进入等离子体区域。

如图6所示，所述工艺腔3内的电极组之间有挡板n阻隔，挡板n具有水平的缝隙，允许传送滚轮组和其上传送的产品通过。电极组各自的气体供应因为挡板n的存在，绝大部分在扩散到邻近挡板区域前就被真空抽气系统吸走。其中，抽气挡板l的设置，使得从电极区域充入的工作气体能在产品附近停留后再经由产品侧边的区域由抽气口抽走。抽气挡板l和电极间挡板n形成的狭小抽气通道使得该区域的气体流速增加，进一步防止两个电极组间的气体相互扩散。

所述进样室2设置有独立的真空泵组f1，真空泵组f1与进样室2连接的位置设置有电磁阀e1，电磁阀e2用于控制进样室2输入氮气的开关；出样室4设置有独立的真空泵组f3，真空泵组f3与出样室4连接的位置设置有电磁阀e3，电磁阀e4用于控制出样室4输入氮气的开关。

系统运行过程中，放料室1和收料室5始终处在正常大气压环境下，进样室2和出样室4根据过程需要在正常大气压数值与工艺腔气压数值之间变动，工艺腔3始终处在0.10~0.30torr的工作气压下，具体的气压值由实际应用的工艺需求决定，可以使得各组电极模块区域的气压一样，也可以有差别，不论哪种情况，各组电极模块区域的气压是稳定不变的，使得等离子体持续运行，基板的处理过程不会中断。

本系统的工作过程如下：

一、放料室1为大气环境，可以进行人工或机械方式放板；

二、放料室1中的传感器感应到基板放入后，打开气密门b1，将基板传输进入进样室2，然后关闭气密门b1；

三、基板进入进样室2后，进样室2进行抽真空，当压强低于1torr后，预加热模块c对基板双面进行快速预热升温，使基板温度接近工艺温度，进样室2压强到达工艺腔的气压后停止抽气；

四、工艺腔3内的传感器感应到工艺腔3初段传送滚轮组a3上没有基板后，打开气密门b2，基板从进样室2快速传送至工艺腔3，然后关闭气密门b2，进样室2充入氮气恢复到大气压状态；

五、在工艺腔3内，包含有4组电极d，每组极板包含各自的电源、气体供应和加热系统，允许各组极板单独控制各自的参数。通过在极板上施加射频电压，使得极板之间的气体分子被激发电离产生等离子体，对基板进行表面处理和除胶渣。通过控制工艺腔3内的传送滚轮组a3~a5的速度，可以任意调节基板在工艺腔内处理的时长。通过调节每组电极区域的功率、气体和抽气速率，能使基板在行进过程中进行不同的处理而达到不同的处理目的；

六、工艺腔3内的传感器感应到工艺腔3末段传送滚轮组a5上走过一片完整的基板后，打开气密门b3，基板从工艺腔3快速传送至出样室4，然后关闭气密门b3；

七、工艺腔3内长度足够容纳多片基板，能够使基板源源不断地从进样室2输入，从出样室4输出，并且工艺腔3内的等离子体不中断，达到连续处理目的；

八、出料室4在气密门b3关闭后，充入氮气至大气压状态，打开气密门b4，将基板传输进收料室5，从收料室5科技接驳后续制程的自动化设备。