等離子體清洗工藝在電聲器件生產工藝中的應用

程丕俊，李 輝

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

?

等離子體清洗工藝在電聲器件生產工藝中的應用

程丕俊，李 輝

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

在電聲器件生產工藝過程中，膠粘表面親水性能強弱及錫絲焊接前表面的氧化物及顆粒污染物存在的因素，會降低產品可靠性，影響產品質量。如在生產工藝前進行等離子體清洗，則可有效增強可靠性、提高良品率、穩定高品質。介紹了等離子體的清洗肌理及關聯設備，并就引進清洗工藝前后的效果做了數據對比，驗證了該工藝的優勢。

電聲器件；等離子清洗；清洗肌理；接觸角測試；剪切力測試

伴隨著移動通訊設備在世界范圍內的迅猛發展和電聲行業的大規模國際轉移，代表電聲行業高端水平的微型電聲元器件和消費類電聲產品在我國獲得了高速成長，使得整個電聲行業近年來一直保持著年均高增長的發展速度。無論是國內市場還是國際市場均表現出電聲產品需求量大、市場規模增長較快的特點，這為我國電聲行業的發展提供了強有力的市場動力，預測行業實際增速將大于電聲器件“十二五”規劃增速，2011-2015年，國內電聲行業產銷將繼續保持年均15%以上的增速，至2015年行業產量和銷售額分別達到145億只和1 300億元以上。

進入信息時代，隨著移動通信、家庭影院、多媒體、數字化視聽終端迅猛發展，電聲器件進入了大發展時期，先進的設計、測量軟件和設備，使電聲技術水平日新月異。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展趨勢，同時產品的安全性、綠色化也是影響其發展前途和市場的重要因素。

電聲器件主要指揚聲器、揚聲器系統、傳聲器、耳機、受話器、送話器、送受話器組、各類通信帽和拾音器以及相關附件。動圈式受話器與揚聲器典型基本結構見圖1所示。

動圈式受話器、揚聲器生產工藝流程如圖2、圖3、圖4所示。

圖1　動圈式受話器&揚聲器典型結構

圖2　動圈式受話器、揚聲器生產工藝流程一

存在問題：縱觀動圈式受話器與揚聲器生產工藝流程內，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，造成點膠時膠液流動性滯淌，封膠氣泡多等現象；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渣、污漬，后續的焊接不完全或粘附性差，造成焊接強度不牢，影響產品的良品率；

圖3　動圈式受話器、揚聲器生產工藝流程二

圖4　動圈式受話器、揚聲器生產工藝流程三

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，從而提高聲學器件的整體良品率，提升生產效率。本文詳細闡述了該工藝的清洗原理及關聯設備，并就引入該工藝技術前后對產品封裝工藝的影響進行了研究分析。

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、自由激進分子、光子以及中性粒子組成，是物質的第四態。

人們普遍認為的物質有三態：固態、液態、氣態。區分這3種狀態是靠物質中所含能量的多少。給氣態物質更多的能量，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，具有類似金屬的導電性能

☆化學性質活潑，容易發生化學反應

☆發光特性，可以用作光源

依據激發頻率可將等離子體分為：中頻（40 kHz），射頻（13.56 MHz），微波（2.45 GHz），三者區別：

中頻：自偏壓高，等離子體密度較低，離子能量高，容易產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聲器生產工藝流程中采用射頻等離子體比較多，依據等離子體發生化學與物理反應的肌理，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反應作用肌理

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備介紹

射頻等離子清洗設備的原理是利用真空腔體產生真空負壓，在真空狀態下，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氣壓范圍內利用頻率為13.56 MHz、1 000 W功率（功率范圍）的射頻電源產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鍵打斷，激蕩成具有高活性或高能量的離子團，該等離子團具有很高的動能，與有機污染物、微顆粒污染物或金屬氧化層反應或碰撞形成易揮發性物質，然后通過真空泵產生的負壓管道氣體流將這些揮發性物質抽出，從而達到持續高精密清潔、活化器件表面的目的。

射頻等離子清洗設備結構見圖8。其結構主要由6部分組成，分為：反應腔室、電控系統、供氣系統、射頻電源、真空系統、操作控制系統。其清洗流程如圖9所示。

3　引入等離子體清洗工藝與生產工藝前后結論分析

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

結論1：射頻等離子清洗后是否有效果的一個檢測指標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器件進行試驗檢測，抽取一組數據，通過數據比對，與未進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°，結論表明：聲學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，提高器件的粘接強度性能。

圖8　等離子清洗設備結構示意圖及設備升級外觀圖

圖9　等離子清洗流程

結論2：通過推拉力測試儀測量錫絲焊線的拉力強度，就引進等離子體清洗工藝的前后數據對比，引進該清洗工藝，由此顯示：錫絲焊接的焊線拉力提高了約10%強度數據值。圖11結論表明：該工藝的采用增強了錫絲焊接的牢固可靠性能，產品良品率提高了達5%。進一步說明在動圈式受話器與揚聲器生產工藝流程中引入射頻等離子清洗工藝對于聲學器件的質量效益是有很大作用的。

圖10　實驗一（3D接觸角測試）：等離子射頻清洗前后入射角對比

圖11　實驗二（拉力測試）：錫絲焊線焊接前后引線拉力對比

4　結束語

綜上所述，等離子體清洗技術的采用，一方面可使電聲器件在點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合；另一方面在錫絲焊接工藝上從物理和化學兩種反應方式并存處理，可有效去除多次烘烤固化時表面的氧化層及有機污染物，從而提高了錫絲焊線的鍵合拉力，增強了引線、焊點和基板之間的焊接強度，進而提高良品率，提升生產效率。

該技術作為使物質通過真空狀態下吸收電能進行的干式氣相化學和物理反應，具有徹底式剝離清洗，無污染、無殘留的特點，相比于濕法藥劑的清洗，不僅降低了企業的生產成本，提高了生產效率，而且有效利用綠色資源、有益于環境生態建設。

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

［2］ 張國柱，杜海文，劉麗琴，等.等離子清洗技術［J］.機電元件，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量可靠性的影響［J］.電子工藝技術 2012，33（1）：26-30.

［4］ 聶磊，蔡堅，賈松良，等.微電子封裝中等離子體清洗及其應用［J］.半導體技術，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，畢業于河南理工大學，工程師，主要從事電子專用設備的研發及推廣工作。

2016-08-05