[發(fā)明專利]一種精密焊球的高效制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910243054.X
• 申請(qǐng)日: 2009-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN101745763A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐駿;胡強(qiáng);賀會(huì)軍;石啟偉;王志剛;趙朝輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京有色金屬研究總院;北京康普錫威焊料有限公司
• 主分類號(hào): B23K35/40
• 分類號(hào): B23K35/40
• 代理公司: 北京北新智誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 耿小強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種精密焊球的高效制備方法，具體而言，指BGA(球柵陣列)及 CSP(芯片級(jí))封裝過(guò)程中使用的精密焊球(錫球、BGA球)的高效制備方法。本發(fā) 明制成的焊球主要用于集成電路連接，也用于半導(dǎo)體芯片封裝。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)和消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場(chǎng)對(duì)電子產(chǎn)品小型化、高性能、高可靠性、高安 全性和電磁兼容性能的要求，片式元件不斷向小型化、多層化、大容量、耐高壓、 集成化和高性能化的方向發(fā)展。目前，消費(fèi)類電子產(chǎn)品如數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)電話、筆 記本電腦等產(chǎn)品中也廣泛采用BGA封裝形式，BGA封裝的出現(xiàn)成為CPU、圖形芯片、 南北橋、VLSI芯片等高密度高性能芯片封裝的最佳選擇。為了防止在更細(xì)間距的 BGA或Flip?Chip封裝方式的電子連接過(guò)程中的橋聯(lián)等問(wèn)題的出現(xiàn)，利用焊球在熔 化過(guò)程中的“自對(duì)準(zhǔn)效應(yīng)”，BGA封裝采用的焊球，具有相當(dāng)高的尺寸及外形精度要 求。

目前，制備焊球已有多種發(fā)明技術(shù)，按原理可以分為：1)直接澆注法(US?5338327 和US?5381848)，存在的問(wèn)題是澆注工藝難以保證，焊球球形度及粒度難以保證；2) 切絲重熔法(US?4661192和US?3380155；中國(guó)專利00133617.7)，其過(guò)程是將焊錫 拉成均勻的細(xì)絲，然后等長(zhǎng)切斷，將分段在熔化介質(zhì)中重熔得到形態(tài)優(yōu)良的焊球， 其缺點(diǎn)是設(shè)備要求高，生產(chǎn)效率低下，對(duì)較難拉拔成焊絲的焊錫，很難制備出合格 的焊球；3)焊膏印刷回流法(US?5024732和US?5133495)，將焊膏涂布在一定的 模板上，經(jīng)過(guò)回流熔化在焊盤上形成焊球，該法工藝復(fù)雜，設(shè)備昂貴，效率低下； 4)切片重熔法(JP?4-262895)，與切絲方法類似，將焊料制備成均勻質(zhì)量的切片， 而后重熔成均勻的焊球，其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，效率低下，實(shí)用化時(shí)有一定的缺點(diǎn)；5) 射流斷裂法(中國(guó)專利ZL02132882.X)，該法以一定形式氣壓差作用于焊料液體射 流，射流在介質(zhì)中通過(guò)斷裂成球，該法制備效率高，但是粒度分散較寬，給后期篩 分工作帶來(lái)較大難度，影響合格產(chǎn)品產(chǎn)率。6)壓電振動(dòng)法(CN1899732A和 CN2808366A)，該法以瑞利射流斷裂理論為依據(jù)，以壓電振動(dòng)激勵(lì)金屬液體射流從 而使得液體斷裂成分散性較為集中的焊球，該法效率高、焊球質(zhì)量好，但是所制備 的焊球仍需經(jīng)過(guò)精密篩分及選形操作，難度較高。

因此，提供一種工藝簡(jiǎn)單、球形度好、粒度分散窄的精密BGA錫球的高效制備 方法及設(shè)備就成為該技術(shù)領(lǐng)域需要解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種工藝簡(jiǎn)單、球形度好、粒度分散窄的精密BGA錫球 的高效率生產(chǎn)方法，具有投入低、效率高、一次性成功率高的特點(diǎn)，適用于大批量 焊球的低成本高效率生產(chǎn)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種精密焊球的高效制備方法，包括如下步驟：

(1)在熔煉坩堝中裝入焊料，安裝振動(dòng)器裝置，并密封熔煉坩堝，將氣源分 別通過(guò)氣壓控制器接入熔煉坩堝及球化室；

(2)保持熔煉坩堝及球化室內(nèi)部的壓力相同，然后開始加熱熔化焊料，啟動(dòng) 球化室溫度控制器并對(duì)球化室內(nèi)介質(zhì)加熱，待球化室內(nèi)介質(zhì)溫度滿足球化溫度場(chǎng) 后，設(shè)定振動(dòng)參數(shù)，啟動(dòng)振動(dòng)器裝置，工作10到20分鐘；

(3)然后，通過(guò)調(diào)節(jié)氣壓或使用機(jī)械方式，使熔煉坩堝與球化室內(nèi)部產(chǎn)生壓 力差，大小隨流嘴孔徑大小調(diào)整，熔化的焊料從流嘴進(jìn)入球化室，形成焊料射流， 在球化室內(nèi)部焊料射流斷裂成均勻的液滴，液滴在球化介質(zhì)中凝固形成均勻的微球 并富集在球化室底部；

(4)降低熔煉坩堝內(nèi)部的氣體壓力使它低于球化室內(nèi)部的壓力，焊料射流中 止，關(guān)閉振動(dòng)器裝置，由球化室底部取出，得到焊球。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于：所述的焊料為有鉛焊料或無(wú)鉛焊料。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于：所述的焊料為Sn-Pb或Sn-Ag-Cu焊料。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于：所述的振動(dòng)器裝置為電磁振動(dòng)發(fā)生器， 振動(dòng)參數(shù)為波形：正弦波，頻率：300Hz至440Hz。

一種優(yōu)選的技術(shù)方案，其特征在于：步驟(1)所述的接入熔煉坩堝的氣源為 惰性氣體，還可以一定成分的熔體覆蓋在熔融焊料上，使得焊料受到保護(hù)。惰性氣 體起到在球化室中形成一定溫度場(chǎng)的工作氛圍，可以是氦氣、也可以是高純度氮?dú)猓? 從而有效控制制備焊球的氧含量。