Системы плазменной очистки

Во многих областях применения электронных модулей, например, в медицинской, космической и авиационной технике, военной, автомобильной и энергетической промышленности, приходится отказываться от использования припоев с флюсом, ведь они становятся причиной ухудшения качества, требуя дополнительных усилий при очистке поверхностей. Типичными примерами таких электронных модулей могут служить микросистемы, датчики или гибридные СВЧ-схемы.

Выход из данной ситуации – вакуумная пайка. В этом случае в качестве преформ в основном применяются готовые припои. Эта технология позволяет снизить температуру плавления и исключить окисление в ходе всего процесса. Помимо этого, в качестве восстановителей могут использоваться, например, формир-газ или муравьиная кислота. Под их воздействием оксидные пленки на спаиваемых поверхностях разрушаются.

При работе с проблемными материалами, например никелем, этого часто оказывается недостаточно. Дополнительной сложностью являются четко заданные в термопрофилях фазы нагрева и охлаждения. Критичные процессы пайки (корпусирование микросхем, упаковка компонентов и т. д.) подчиняются строгим требованиям, предъявляемым к качеству паяного соединения, которые вакуумная пайка удовлетворить не способна.

Одним из возможных решений этой проблемы является предварительная обработка поверхностей плазмой, которая может удалить с них окисления.

Преимущества предварительной обработки поверхностей при помощи плазмы:

  • увеличение поверхностного натяжения за счет выравнивания микронеровностей;
  • удаление оксидного слоя (при использовании водорода) и устранение органических загрязнений (при использовании кислорода).
  • улучшение смачиваемости и растекаемости;
  • стандартизация процесса пайки за счет улучшения однородности паяного соединения;
  • упрощение процесса пайки с более высокой технологической осуществимостью;
  • возможность «регенерации» подержанных конструктивных элементов (крышки, корпусы, основания печатных плат).

При изготовлении электронных компонентов преимущественно используется высокочастотная плазма в мегагерцовом (RF-генератор) или гигагерцевом диапазоне (MW-генератор). Ввиду способности к оптимальному удалению пустот при обработке спаиваемых поверхностей плазмой для ионизации используются частоты магнетронов в диапазоне 2,43 ГГц. Предпочтение отдается формир-газу, содержащему 60 % водорода и 40 % аргона.

Воздействие плазмы на поверхность:

  • физическое воздействие обеспечивается за счет горячих электронов и ионов. На этом этапе изменяется микроструктура (эффект распыления). Наиболее высокой эффективностью обладают тяжелые ионы (Ar+);
  • химическое воздействие достигается за счет свободных радикалов (нейтральные атомы или молекулы с ненасыщенными связями). Здесь создается максимальный эффект, в том числе и для легких молекул (Н2), если они обладают значительным химическим сродством;
  • незначительным может считаться воздействие излучений (например, в ультрафиолетовом диапазоне).

В микроволновой плазме (2,43 ГГц) значительного снижения поверхностного натяжения в приконтактном слое не наблюдается, поскольку ширина и снижение поверхностного натяжения зависят от мощности потока и диапазона частот возбуждения плазмы. Поскольку направленный плазменный поток отсутствует, само воздействие является изотропным и весьма эффективным для очистки поверхностей. Незначительный и постоянный поток газа обеспечивает достаточное количество ионов. Поскольку речь идет о безэлектродной плазме, созданной при помощи магнетрона, с частотой 2,43 ГГц, а сам генератор находится вне приемника, то проблема повреждений компонентов за счет ускоряющихся ионов отсутствует.

 

Обработка поверхностей электронных узлов плазмой при частоте в 2,43 ГГц до начала мягкой пайки увеличивает поверхностное натяжение обработанных поверхностей и улучшает смачиваемость. Кроме того, удаляются оксидные пленки, препятствующие смачиванию. Повреждения компонентов, вызванные плазмой, маловероятны. Таким образом, этот метод обеспечивает возможность отказа от флюса при мягкой пайке.