[實用新型]可控銅線對接釬焊平臺

無效

• 申請號: 200720172886.3
• 申請日: 2007-08-31
• 公開（公告）號: CN201076960Y
• 公開（公告）日: 2008-06-25
• 發明（設計）人: 郭福;徐廣臣;何洪文;夏至東;雷永平;史耀武
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23K3/00
• 分類號: B23K3/00;B23K3/047;B23K3/08;B23K101/36
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 張慧

技術領域

本實用新型涉及一種可控銅線對接釬焊平臺，屬于材料制備與連接領域，適用于制備微小尺寸(BGA)的微電子用釬焊接頭，可以控制釬焊過程中的工藝參數，便于研究微電子用新型釬料的各種性能，包括顯微組織觀察和力學性能測試，為工業界開發微電子用新型釬料提供有力保障。

背景技術

在微電子封裝領域，釬料作為一種重要的連接材料既承載著機械可靠性又承擔著傳輸電流的作用，在服役過程中，釬焊焊點還要承受沖擊、機械振動和熱疲勞等嚴峻的服役環境。這就造成了70％電子器件的失效由焊點的失效所致。針對于此，全世界諸多研究機構對焊點的失效機理展開研究，特別是2003年2月13日，歐洲議會與歐盟部長會議組織，正式批準WEEE和RoSH的官方指令生效，強制要求自2006年7月1日起，在歐洲市場上銷售的電子產品必須為無鉛電子產品(個別類型電子產品暫時除外)。傳統錫鉛釬料已有上百年的使用歷史，而無鉛釬料僅僅在最近幾年才開始使用，其諸多性能還不被研究人員所知。特別是隨著電子產品日益微型化，焊點在尺寸上已經縮減到幾百微米左右，以目前主流BGA封裝為例，焊點平均直徑為100微米，球珊陣列中焊點間距為100μm，那么可在一個1cm×1cm的芯片上放置100×100＝10,000個焊點。總之微型焊點將會是未來電子封裝主要方向之一。

在開發適用微型焊點用材料的過程中，多采用以下兩種結構：BGA封裝，由于BGA封裝中含有高成本硅晶片及邏輯電路，所以開發成本很高，且這種結構不利于分析開發新材料時所面臨的問題，這主要是因為多物理場耦合是這種封裝結構失效的主因，很難確定單一物理場下的影響。另一種結構為，單剪搭接接頭，該接頭示意圖如圖1和圖2所示，其中銅片1的厚度0.1-0.5mm，釬焊面積2一般為1mm²。但是，該搭接接頭的釬焊面積較大，已不能夠用于研究微米級焊點失效過程中出現的新問題，比如電遷移，熱遷移等。針對于此，有必要設計出尺寸更加微型化的接頭，除搭接接頭外，對接接頭也是目前主流研究對象。美國UCLA大學材料系在開有V型槽硅片上預先放置銅線、釬料球和助焊劑，隨后進行釬焊，該方法制備的微米級對接接頭可以取代倒裝芯片來研發新材料，但是此方法需根據釬料球的大小確定兩銅線間隙，無法進行調節，并且該方法不適用于焊膏釬焊。

實用新型內容

本實用新型的目的在于克服的現有焊接平臺的上述缺陷，提供了一種可控銅線對接釬焊平臺，本平臺在釬焊過程中可精確控制兩銅線間距，可釬焊BGA焊球和焊膏，同時還可固定升溫、降溫曲線，使得每次釬焊后界面處金屬間化合物長度分布保持在固定值(小于10微米)。

為了達到上述目的，本實用新型采取了如下技術方案。按從上到下的位置關系主要包括有三部分，上部包括有顯微成像和拍攝裝置，中部包括有冷卻風扇12、X-Y-Z三維移動平臺7、模具8和放置在模具8內的銅線9、釬料10，下部包括有用于給模具8加熱的加熱板3、用于控制模具8表面溫度的控溫儀4和記溫儀6，其中，模具8放置在加熱板3的上表面，加熱板3與控溫儀4相連接，熱電偶5的一端連接在控溫儀4和控溫儀6上，另一端直接與模具8的表面相接觸。在模具8的U型槽23內放置有兩支銅線9，在兩支銅線9之間放置有釬料10，右側的銅線9的右端與X-Y-Z三維移動平臺7相連接；在模具8的右上方設置有冷卻風扇12；在模具8的正上方按從下到上的順序依次設置有顯微鏡物鏡15、顯微鏡目鏡14，在顯微鏡目鏡14的正上方放置有與計算機16相連接的攝像頭13。

在模具8的上表面和顯微鏡物鏡15之間放置有石英片17。

在加熱板3的下部設置有散熱風扇11。

本實用新型中的X-Y-Z三維移動平臺7是確保銅線間距的關鍵，因此需具備以下功能：1)精確調節，最小移動距離為0.01mm；2)調節過程中要保持整體穩定，避免微振動對距離調節的影響；3)由于釬焊銅線一端通過螺釘22與三維移動平臺7相連接，兩者間有緊密機械結合強度。

模具8是釬焊銅線9、釬料10的主要載體，模具8采用了與釬料不潤濕的材料；在其中間位置開有U型槽23，槽的尺寸需要依據銅線直徑而定。模具8上方有兩塊擋板25，擋板25通過螺釘24與模具8相連接。

加熱板3具有以下特點：尺寸小，加熱速度快，無明火，不易觸電，安全性高。