等离子体清洗工艺在电声器件生产工艺中的应用

程丕俊，李 辉

（1.中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024 2.上海无线电设备研究所，上海200090）



等离子体清洗工艺在电声器件生产工艺中的应用

程丕俊，李 辉

（1.中国电子科技集团公司第二研究所，山西太原030024 2.上海无线电设备研究所，上海200090）

在电声器件生产工艺过程中，胶粘表面亲水性能强弱及锡丝焊接前表面的氧化物及颗粒污染物存在的因素，会降低产品可靠性，影响产品质量。如在生产工艺前进行等离子体清洗，则可有效增强可靠性、提高良品率、稳定高品质。介绍了等离子体的清洗肌理及关联设备，并就引进清洗工艺前后的效果做了数据对比，验证了该工艺的优势。

电声器件；等离子清洗；清洗肌理；接触角测试；剪切力测试

伴随着移动通讯设备在世界范围内的迅猛发展和电声行业的大规模国际转移，代表电声行业高端水平的微型电声元器件和消费类电声产品在我国获得了高速成长，使得整个电声行业近年来一直保持着年均高增长的发展速度。无论是国内市场还是国际市场均表现出电声产品需求量大、市场规模增长较快的特点，这为我国电声行业的发展提供了强有力的市场动力，预测行业实际增速将大于电声器件“十二五”规划增速，2011-2015年，国内电声行业产销将继续保持年均15%以上的增速，至2015年行业产量和销售额分别达到145亿只和1 300亿元以上。

进入信息时代，随着移动通信、家庭影院、多媒体、数字化视听终端迅猛发展，电声器件进入了大发展时期，先进的设计、测量软件和设备，使电声技术水平日新月异。高保真化、片式化、微型化、薄型化、低功耗、高功率、多功能、组件化成为电声器件新的发展趋势，同时产品的安全性、绿色化也是影响其发展前途和市场的重要因素。

电声器件主要指扬声器、扬声器系统、传声器、耳机、受话器、送话器、送受话器组、各类通信帽和拾音器以及相关附件。动圈式受话器与扬声器典型基本结构见图1所示。

动圈式受话器、扬声器生产工艺流程如图2、图3、图4所示。

图1　动圈式受话器&扬声器典型结构

图2　动圈式受话器、扬声器生产工艺流程一

存在问题：纵观动圈式受话器与扬声器生产工艺流程内，采用多次胶粘接工艺，比如其中支架与磁罩之间的胶粘接、音圈与音膜的胶粘接、盖板的粘接等，因封装器件表面上的约200 nm厚度污染物存在，形成很大的疏水表面能，造成点胶时胶液流动性滞淌，封胶气泡多等现象；在多次的音圈锡丝焊接工艺过程中，器件表面存在的微颗粒、氧化物，及芯板上遗留孔壁上的残渣、污渍，后续的焊接不完全或粘附性差，造成焊接强度不牢，影响产品的良品率；

图3　动圈式受话器、扬声器生产工艺流程二

图4　动圈式受话器、扬声器生产工艺流程三

在胶粘接及锡丝焊接工艺前，引入等离子体清洗工艺，可有效改善上述问题，从而提高声学器件的整体良品率，提升生产效率。本文详细阐述了该工艺的清洗原理及关联设备，并就引入该工艺技术前后对产品封装工艺的影响进行了研究分析。

1　等离子体介绍及清洗肌理

1.1等离子体定义

所谓等离子体是正离子和电子的密度大致相等的电离气体。由离子、电子、自由激进分子、光子以及中性粒子组成，是物质的第四态。

人们普遍认为的物质有三态：固态、液态、气态。区分这3种状态是靠物质中所含能量的多少。给气态物质更多的能量，比如加热，将会形成等离子体。

1.2等离子体具有的特性

☆温度高

☆粒子动能大

☆作为带电粒子的集合体，具有类似金属的导电性能

☆化学性质活泼，容易发生化学反应

☆发光特性，可以用作光源

依据激发频率可将等离子体分为：中频（40 kHz），射频（13.56 MHz），微波（2.45 GHz），三者区别：

中频：自偏压高，等离子体密度较低，离子能量高，容易产生较高的工艺温度和不必要的溅射；

射频：自偏压偏低，等离子密度较高，离子能量较高；

微波：无自偏压，离子浓度最高，能量最低，均匀性较差。

其中在动圈式受话器与扬声器生产工艺流程中采用射频等离子体比较多，依据等离子体发生化学与物理反应的肌理，可用于基体材料的清洗、去胶、活化、刻蚀等工艺处理。见图5、图6、图7。

图5　O2去除有机污染颗粒的物理轰击作用肌理

图6　H2或Ar2/H2（95：5）的去除氧化层的化学反应作用肌理

图7　H2或其他工艺气体的活化及刻蚀作用肌理

2　射频等离子清洗原理及设备介绍

射频等离子清洗设备的原理是利用真空腔体产生真空负压，在真空状态下，工艺气体压力越来越小，分子间间距越来越大，分子间力越来越小。在5～10 Pa气压范围内利用频率为13.56 MHz、1 000 W功率（功率范围）的射频电源产生的高压交变电场将O2、Ar2、H2或CF4等工艺气体的分子之间化学键打断，激荡成具有高活性或高能量的离子团，该等离子团具有很高的动能，与有机污染物、微颗粒污染物或金属氧化层反应或碰撞形成易挥发性物质，然后通过真空泵产生的负压管道气体流将这些挥发性物质抽出，从而达到持续高精密清洁、活化器件表面的目的。

射频等离子清洗设备结构见图8。其结构主要由6部分组成，分为：反应腔室、电控系统、供气系统、射频电源、真空系统、操作控制系统。其清洗流程如图9所示。

3　引入等离子体清洗工艺与生产工艺前后结论分析

本文以国内某龙头电声器件厂家的几款声学器件封装工艺为依据，利用O2、Ar2/H2（含5%浓度的H2）作为工艺气体，设备抽真空至5 Pa压力，用600 W射频功率放电，持续清洗一个工艺时间，即6～8 min为试验条件，通过多次射频等离子体清洗工艺的试验，大致得出如下结论：

结论1：射频等离子清洗后是否有效果的一个检测指标为其表面的浸润特性。使用3D接触角测量仪测量水滴的入射角度，对其中几款型号声学器件进行试验检测，抽取一组数据，通过数据比对，与未进行射频等离子清洗相比，分析表面采用射频等离子清洗前样品接触角为46°～50°，如10图所示；表面采用射频等离子体清洗后的样品接触角为10°～12°，结论表明：声学器件表面的亲水性能获得大大提高，黏胶的流动及浸润提升很大，提高器件的粘接强度性能。

图8　等离子清洗设备结构示意图及设备升级外观图

图9　等离子清洗流程

结论2：通过推拉力测试仪测量锡丝焊线的拉力强度，就引进等离子体清洗工艺的前后数据对比，引进该清洗工艺，由此显示：锡丝焊接的焊线拉力提高了约10%强度数据值。图11结论表明：该工艺的采用增强了锡丝焊接的牢固可靠性能，产品良品率提高了达5%。进一步说明在动圈式受话器与扬声器生产工艺流程中引入射频等离子清洗工艺对于声学器件的质量效益是有很大作用的。

图10　实验一（3D接触角测试）：等离子射频清洗前后入射角对比

图11　实验二（拉力测试）：锡丝焊线焊接前后引线拉力对比

4　结束语

综上所述，等离子体清洗技术的采用，一方面可使电声器件在点胶封装工艺过程中使被覆表面粗糙化，提高了器件表面粗糙度，改良了被覆表面的结合能，大大提高了其亲水性能，利于胶液的流淌平铺，改善了粘合效果，降低胶粘工艺过程中气泡的成形，利于器件工艺间的枝接结合；另一方面在锡丝焊接工艺上从物理和化学两种反应方式并存处理，可有效去除多次烘烤固化时表面的氧化层及有机污染物，从而提高了锡丝焊线的键合拉力，增强了引线、焊点和基板之间的焊接强度，进而提高良品率，提升生产效率。

该技术作为使物质通过真空状态下吸收电能进行的干式气相化学和物理反应，具有彻底式剥离清洗，无污染、无残留的特点，相比于湿法药剂的清洗，不仅降低了企业的生产成本，提高了生产效率，而且有效利用绿色资源、有益于环境生态建设。

［1］ 呈宗汉，何鸿钧，徐世和.电声器件材料及物性基础［M］.北京：国防工业出版社，2014.

［2］ 张国柱，杜海文，刘丽琴，等.等离子清洗技术［J］.机电元件，2001，（12）：31-34.

［3］ 罗红媛，蔡成德，黄信章，等.等离子清洗对引线键合质量可靠性的影响［J］.电子工艺技术 2012，33（1）：26-30.

［4］ 聂磊，蔡坚，贾松良，等.微电子封装中等离子体清洗及其应用［J］.半导体技术，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，毕业于河南理工大学，工程师，主要从事电子专用设备的研发及推广工作。

2016-08-05