程丕俊，李 輝

（1.中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024 2.上海無線電設(shè)備研究所，上海200090）

?

等離子體清洗工藝在電聲器件生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用

程丕俊，李 輝

（1.中國電子科技集團(tuán)公司第二研究所，山西太原030024 2.上海無線電設(shè)備研究所，上海200090）

在電聲器件生產(chǎn)工藝過程中，膠粘表面親水性能強(qiáng)弱及錫絲焊接前表面的氧化物及顆粒污染物存在的因素，會降低產(chǎn)品可靠性，影響產(chǎn)品質(zhì)量。如在生產(chǎn)工藝前進(jìn)行等離子體清洗，則可有效增強(qiáng)可靠性、提高良品率、穩(wěn)定高品質(zhì)。介紹了等離子體的清洗肌理及關(guān)聯(lián)設(shè)備，并就引進(jìn)清洗工藝前后的效果做了數(shù)據(jù)對比，驗(yàn)證了該工藝的優(yōu)勢。

電聲器件；等離子清洗；清洗肌理；接觸角測試；剪切力測試

伴隨著移動通訊設(shè)備在世界范圍內(nèi)的迅猛發(fā)展和電聲行業(yè)的大規(guī)模國際轉(zhuǎn)移，代表電聲行業(yè)高端水平的微型電聲元器件和消費(fèi)類電聲產(chǎn)品在我國獲得了高速成長，使得整個電聲行業(yè)近年來一直保持著年均高增長的發(fā)展速度。無論是國內(nèi)市場還是國際市場均表現(xiàn)出電聲產(chǎn)品需求量大、市場規(guī)模增長較快的特點(diǎn)，這為我國電聲行業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的市場動力，預(yù)測行業(yè)實(shí)際增速將大于電聲器件“十二五”規(guī)劃增速，2011-2015年，國內(nèi)電聲行業(yè)產(chǎn)銷將繼續(xù)保持年均15%以上的增速，至2015年行業(yè)產(chǎn)量和銷售額分別達(dá)到145億只和1 300億元以上。

進(jìn)入信息時(shí)代，隨著移動通信、家庭影院、多媒體、數(shù)字化視聽終端迅猛發(fā)展，電聲器件進(jìn)入了大發(fā)展時(shí)期，先進(jìn)的設(shè)計(jì)、測量軟件和設(shè)備，使電聲技術(shù)水平日新月異。高保真化、片式化、微型化、薄型化、低功耗、高功率、多功能、組件化成為電聲器件新的發(fā)展趨勢，同時(shí)產(chǎn)品的安全性、綠色化也是影響其發(fā)展前途和市場的重要因素。

電聲器件主要指揚(yáng)聲器、揚(yáng)聲器系統(tǒng)、傳聲器、耳機(jī)、受話器、送話器、送受話器組、各類通信帽和拾音器以及相關(guān)附件。動圈式受話器與揚(yáng)聲器典型基本結(jié)構(gòu)見圖1所示。

動圈式受話器、揚(yáng)聲器生產(chǎn)工藝流程如圖2、圖3、圖4所示。

圖1　動圈式受話器&揚(yáng)聲器典型結(jié)構(gòu)

圖2　動圈式受話器、揚(yáng)聲器生產(chǎn)工藝流程一

存在問題：縱觀動圈式受話器與揚(yáng)聲器生產(chǎn)工藝流程內(nèi)，采用多次膠粘接工藝，比如其中支架與磁罩之間的膠粘接、音圈與音膜的膠粘接、蓋板的粘接等，因封裝器件表面上的約200 nm厚度污染物存在，形成很大的疏水表面能，造成點(diǎn)膠時(shí)膠液流動性滯淌，封膠氣泡多等現(xiàn)象；在多次的音圈錫絲焊接工藝過程中，器件表面存在的微顆粒、氧化物，及芯板上遺留孔壁上的殘?jiān)?、污漬，后續(xù)的焊接不完全或粘附性差，造成焊接強(qiáng)度不牢，影響產(chǎn)品的良品率；

圖3　動圈式受話器、揚(yáng)聲器生產(chǎn)工藝流程二

圖4　動圈式受話器、揚(yáng)聲器生產(chǎn)工藝流程三

在膠粘接及錫絲焊接工藝前，引入等離子體清洗工藝，可有效改善上述問題，從而提高聲學(xué)器件的整體良品率，提升生產(chǎn)效率。本文詳細(xì)闡述了該工藝的清洗原理及關(guān)聯(lián)設(shè)備，并就引入該工藝技術(shù)前后對產(chǎn)品封裝工藝的影響進(jìn)行了研究分析。

1　等離子體介紹及清洗肌理

1.1等離子體定義

所謂等離子體是正離子和電子的密度大致相等的電離氣體。由離子、電子、自由激進(jìn)分子、光子以及中性粒子組成，是物質(zhì)的第四態(tài)。

人們普遍認(rèn)為的物質(zhì)有三態(tài)：固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)。區(qū)分這3種狀態(tài)是靠物質(zhì)中所含能量的多少。給氣態(tài)物質(zhì)更多的能量，比如加熱，將會形成等離子體。

1.2等離子體具有的特性

☆溫度高

☆粒子動能大

☆作為帶電粒子的集合體，具有類似金屬的導(dǎo)電性能

☆化學(xué)性質(zhì)活潑，容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)

☆發(fā)光特性，可以用作光源

依據(jù)激發(fā)頻率可將等離子體分為：中頻（40 kHz），射頻（13.56 MHz），微波（2.45 GHz），三者區(qū)別：

中頻：自偏壓高，等離子體密度較低，離子能量高，容易產(chǎn)生較高的工藝溫度和不必要的濺射；

射頻：自偏壓偏低，等離子密度較高，離子能量較高；

微波：無自偏壓，離子濃度最高，能量最低，均勻性較差。

其中在動圈式受話器與揚(yáng)聲器生產(chǎn)工藝流程中采用射頻等離子體比較多，依據(jù)等離子體發(fā)生化學(xué)與物理反應(yīng)的肌理，可用于基體材料的清洗、去膠、活化、刻蝕等工藝處理。見圖5、圖6、圖7。

圖5　O2去除有機(jī)污染顆粒的物理轟擊作用肌理

圖6　H2或Ar2/H2（95：5）的去除氧化層的化學(xué)反應(yīng)作用肌理

圖7　H2或其他工藝氣體的活化及刻蝕作用肌理

2　射頻等離子清洗原理及設(shè)備介紹

射頻等離子清洗設(shè)備的原理是利用真空腔體產(chǎn)生真空負(fù)壓，在真空狀態(tài)下，工藝氣體壓力越來越小，分子間間距越來越大，分子間力越來越小。在5～10 Pa氣壓范圍內(nèi)利用頻率為13.56 MHz、1 000 W功率（功率范圍）的射頻電源產(chǎn)生的高壓交變電場將O2、Ar2、H2或CF4等工藝氣體的分子之間化學(xué)鍵打斷，激蕩成具有高活性或高能量的離子團(tuán)，該等離子團(tuán)具有很高的動能，與有機(jī)污染物、微顆粒污染物或金屬氧化層反應(yīng)或碰撞形成易揮發(fā)性物質(zhì)，然后通過真空泵產(chǎn)生的負(fù)壓管道氣體流將這些揮發(fā)性物質(zhì)抽出，從而達(dá)到持續(xù)高精密清潔、活化器件表面的目的。

射頻等離子清洗設(shè)備結(jié)構(gòu)見圖8。其結(jié)構(gòu)主要由6部分組成，分為：反應(yīng)腔室、電控系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、射頻電源、真空系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)。其清洗流程如圖9所示。

3　引入等離子體清洗工藝與生產(chǎn)工藝前后結(jié)論分析

本文以國內(nèi)某龍頭電聲器件廠家的幾款聲學(xué)器件封裝工藝為依據(jù)，利用O2、Ar2/H2（含5%濃度的H2）作為工藝氣體，設(shè)備抽真空至5 Pa壓力，用600 W射頻功率放電，持續(xù)清洗一個工藝時(shí)間，即6～8 min為試驗(yàn)條件，通過多次射頻等離子體清洗工藝的試驗(yàn)，大致得出如下結(jié)論：

結(jié)論1：射頻等離子清洗后是否有效果的一個檢測指標(biāo)為其表面的浸潤特性。使用3D接觸角測量儀測量水滴的入射角度，對其中幾款型號聲學(xué)器件進(jìn)行試驗(yàn)檢測，抽取一組數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)比對，與未進(jìn)行射頻等離子清洗相比，分析表面采用射頻等離子清洗前樣品接觸角為46°～50°，如10圖所示；表面采用射頻等離子體清洗后的樣品接觸角為10°～12°，結(jié)論表明：聲學(xué)器件表面的親水性能獲得大大提高，黏膠的流動及浸潤提升很大，提高器件的粘接強(qiáng)度性能。

圖8　等離子清洗設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖及設(shè)備升級外觀圖

圖9　等離子清洗流程

結(jié)論2：通過推拉力測試儀測量錫絲焊線的拉力強(qiáng)度，就引進(jìn)等離子體清洗工藝的前后數(shù)據(jù)對比，引進(jìn)該清洗工藝，由此顯示：錫絲焊接的焊線拉力提高了約10%強(qiáng)度數(shù)據(jù)值。圖11結(jié)論表明：該工藝的采用增強(qiáng)了錫絲焊接的牢固可靠性能，產(chǎn)品良品率提高了達(dá)5%。進(jìn)一步說明在動圈式受話器與揚(yáng)聲器生產(chǎn)工藝流程中引入射頻等離子清洗工藝對于聲學(xué)器件的質(zhì)量效益是有很大作用的。

圖10　實(shí)驗(yàn)一（3D接觸角測試）：等離子射頻清洗前后入射角對比

圖11　實(shí)驗(yàn)二（拉力測試）：錫絲焊線焊接前后引線拉力對比

4　結(jié)束語

綜上所述，等離子體清洗技術(shù)的采用，一方面可使電聲器件在點(diǎn)膠封裝工藝過程中使被覆表面粗糙化，提高了器件表面粗糙度，改良了被覆表面的結(jié)合能，大大提高了其親水性能，利于膠液的流淌平鋪，改善了粘合效果，降低膠粘工藝過程中氣泡的成形，利于器件工藝間的枝接結(jié)合；另一方面在錫絲焊接工藝上從物理和化學(xué)兩種反應(yīng)方式并存處理，可有效去除多次烘烤固化時(shí)表面的氧化層及有機(jī)污染物，從而提高了錫絲焊線的鍵合拉力，增強(qiáng)了引線、焊點(diǎn)和基板之間的焊接強(qiáng)度，進(jìn)而提高良品率，提升生產(chǎn)效率。

該技術(shù)作為使物質(zhì)通過真空狀態(tài)下吸收電能進(jìn)行的干式氣相化學(xué)和物理反應(yīng)，具有徹底式剝離清洗，無污染、無殘留的特點(diǎn)，相比于濕法藥劑的清洗，不僅降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，而且有效利用綠色資源、有益于環(huán)境生態(tài)建設(shè)。

［1］ 呈宗漢，何鴻鈞，徐世和.電聲器件材料及物性基礎(chǔ)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2014.

［2］ 張國柱，杜海文，劉麗琴，等.等離子清洗技術(shù)［J］.機(jī)電元件，2001，（12）：31-34.

［3］ 羅紅媛，蔡成德，黃信章，等.等離子清洗對引線鍵合質(zhì)量可靠性的影響［J］.電子工藝技術(shù) 2012，33（1）：26-30.

［4］ 聶磊，蔡堅(jiān)，賈松良，等.微電子封裝中等離子體清洗及其應(yīng)用［J］.半導(dǎo)體技術(shù)，2004，29（12）：30-34.

Plasma Cleaning Process in the Application of Electroacoustic Device Package

CHENG Pijun，LI Hui
（1.The 2ndResearch Institute of CETC，Taiyuan 030024，China；2.Shanghai Radio Equipment Research Institute，Shanghai 200090，China）

In electroacoustic devices in the process of production，adhesive surface hydrophilic properties of strength and tin wire welding of surface oxides and particulate pollutants in the presence of factors，will reduce the reliability of the products，which will affect the quality of products.If the plasma cleaning before the production process，it can effectively enhance the reliability，improve the yield，stable and high quality.This paper introduces the plasma cleaning texture and related equipment，and the effect of the introduction of the cleaning process before and after the data contrast，so as to verify the practical point of view of the advantages of the process.

Electroacoustic device；Plasma cleaning；Cleaning principle；Contact angle test；Shear stress test

TN605

A

1004-4507（2016）09-0028-06

程丕俊（1981-），男，畢業(yè)于河南理工大學(xué)，工程師，主要從事電子專用設(shè)備的研發(fā)及推廣工作。

2016-08-05