[發明專利]用于面陣列封裝用銅基非晶焊球及其制備方法及封裝方法

有效

• 申請號: 201710442433.6
• 申請日: 2017-06-13
• 公開（公告）號: CN107297586B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 計紅軍;梁孟;李明雨;馬鑫;黃嘉一
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院;深圳市漢爾信電子科技有限公司
• 主分類號: B23K35/32
• 分類號: B23K35/32;B23K35/40;B23K37/00;C22C1/03;C22C30/02
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產權事務所(普通合伙) 44248
• 代理人: 覃迎峰

本發明提供了一種用于面陣列封裝用銅基非晶焊球及其制備方法及封裝方法，所述用于面陣列封裝用銅基非晶焊球為非晶球形Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅粉末，在面陣列封裝過程中，熔融Sn通過擴散反應將非晶球形Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅粉末與焊盤連接起來。采用本發明的技術方案，采用銅基Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅非晶焊球實現面積陣列封裝互連，該材料在互連過程中并不熔化，在連接過程中只通過擴散反應達到連接的目的，焊球高度基本不發生變化，連接過程耗時短，所用焊盤并不需要鍍上阻焊層和Au層，完成互連后焊球形狀不發生明顯變化，提高了抗高溫和抗電遷移性能。

技術領域

本發明屬于電子封裝技術領域，尤其涉及一種用于面陣列封裝用銅基非晶焊球及其制備方法及封裝方法。

背景技術

目前用于面積陣列封裝的球形材料有：1）SnPb球，但Sn錫-鉛釬料球對人體有害，目前很多國家都明令禁止錫鉛釬料的使用。基于此，電子封裝行業的錫-銅無鉛釬料應運而生。2）含Sn量高的無鉛錫球，在焊接過程中，錫球會和錫膏熔為一體，將封裝體和焊盤連在一起。常見的錫球的成分一般為 Sn/Ag/Cu或者添加石墨烯的Sn-Ag-Cu復合釬料，有較脆的SnBi，有Sn-Ag-Bi-In，但In有微弱的放射性，也有SnZn焊球等。這些焊球都是共晶合金球居多，焊球經熔化后，冷卻凝固過程中焊點中或多或少出現應力。

現有技術中，制備BGA焊球的技術按原理可分為：1）直接澆注法，但澆注工藝難保證球形度；2）切絲重熔法，但其對設備要求較高；3）焊膏印刷回流法，依靠回流熔化在焊盤上形成焊球，工藝復雜，設備昂貴，效率低下；4）切片重熔法與切絲重熔法類似；5）壓電振動法，用此方法制備的焊球仍需精密篩分及選形操作，難度較大。

目前很多面積陣列封裝結構體，都電鍍有UBM層，即在硅片依次鍍上Cr層、Cu層、Ni層和Au層，以提高潤濕性以及焊點可靠性，但是制備方法復雜，成本高。

發明內容

針對以上技術問題，本發明公開了一種用于面陣列封裝用銅基非晶焊球及其制備方法及封裝方法，拓展了面積陣列封裝用焊球所使用的合金材料，提高互連焊點的性能，如抗高溫和抗電遷移性能等。

對此，本發明采用的技術方案為：

一種用于面陣列封裝用銅基非晶焊球，所述銅基非晶焊球為非晶球形Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅粉末，在面陣列封裝過程中，熔融Sn通過擴散反應將非晶球形Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅粉末與焊盤連接起來。

采用此技術方案，所用非晶球形Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅粉末在連接過程中粉末并不熔化，粉末只在與熔融Sn接觸處發生擴散反應，形成焊盤-化合物層-非晶球形粉末-化合物層-焊盤的封裝結構，采用該非晶焊球進行焊接，提高了互連焊點的性能，如抗高溫和抗電遷移性能等。優選的，所述焊盤為銅焊盤，其中Cu焊盤不需鍍上阻焊層以及Au層。

作為本發明的進一步改進，所述非晶球形Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅粉末采用氣霧化制粉的方法制備得到。

作為本發明的進一步改進，所述氣霧化制粉采用垂直霧化的方式，使用惰性氣體或者N₂沖擊熔融合金，熔融合金的流動方向與霧化氣體的流動方向之間的角度為90度，冷卻凝固成粉末。