一种面阵列的封装方法技术

本发明专利技术公开一种面阵列的封装方法，其中，包括通过熔融锡将面阵列封装用的单相Cu6Sn5焊球与焊盘连接起来的；本发明专利技术采用单相Cu6Sn5球形粉末作为焊球，在连接过程中只通过扩散反应达到连接的目的，焊球的高度基本不发生变化，连接过程耗时短，参与反应的Sn量比较少，冷却比较均匀，产生的应力比较小，此外，Cu6Sn5焊球能提高焊点的抗电迁移性能以及抗高温性能，完成互连后焊球形状不发生明显变化；而且在进行封装时，所用的阵列不需镀上Ni层和和Au层，大大提高了制备阵列的效率，降低成本，节约资源。

Packaging method of surface array

The packaging method, the invention discloses an array, including single-phase Cu6Sn5 solder ball and pad by molten tin will connect with the area array package; the invention adopts single-phase Cu6Sn5 powder as a solder ball, only through the diffusion reaction reached the purpose of the connection in the connection process, solder ball height not change the connection process of short time, the amount of Sn in the reaction is relatively small, relatively uniform cooling, the stress is relatively small, in addition, Cu6Sn5 solder ball can improve electromigration performance of solder joints and high temperature performance, after completing the interconnection solder ball shape does not change significantly; but in the package, array for without plating on the Ni layer and Au layer, greatly improving the efficiency of preparation of arrays to reduce costs, save resources.

【技术实现步骤摘要】
一种面阵列的封装方法
本专利技术涉及电子封装
，尤其涉及一种一种面阵列的封装方法。
技术介绍
目前用于面阵列封装的球形材料大多为SnPb球，但由于锡-铅钎料对人体有一定的伤害，目前很多国家都命令禁止锡-铅钎料的使用；基于此，电子封装行业的锡-铜无铅钎料应运而生。采用含锡量较高的无铅锡球，在焊接过程中，锡球会和锡膏熔为一体，从而实现将封装体和焊盘连在一起；目前常见的无铅锡球成分一般为Sn/Ag/Cu或者添加石墨烯的Sn-Ag-Cu复合钎料、还有较脆的SnBi、SnZn，以及含有微弱的放射性的Sn-Ag-Bi-In等；然而当采用现有的这些焊球进行封装时，在经过熔化处理后，进入冷却凝固过程中的焊点出现应力，并且形成的焊点抗高温和抗电迁移性能较差。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种面阵列的封装方法，旨在解决现有的无铅锡球在面阵列封装过程中形成的焊点抗高温和抗电迁移性能较差的问题。本专利技术的技术方案如下：一种面阵列的封装方法，其中，包括通过熔融锡将面阵列封装用的单相Cu6Sn5焊球与焊盘连接起来的步骤。所述的面阵列的封装方法，其中，所述通过熔融锡将面阵列封装用的单相Cu6Sn5焊球与焊盘连接起来的步骤具体包括：A、在第一焊盘阵列上涂覆一层焊锡膏或粘附一层含有助焊剂的锡箔；B、在所述第一焊盘阵列的每个焊盘上均预植一个同样目数范围下的Cu6Sn5焊球；C、将另一涂覆有焊锡膏或粘附有助焊剂锡箔的第二焊盘阵列与所述第一焊盘阵列对齐，并用夹具压紧，形成焊盘-焊锡膏/锡箔-Cu6Sn5焊球-焊锡膏/锡箔-焊盘结构；D、在230-250℃的条件下对所述焊盘-焊锡膏/锡箔-Cu6Sn5焊球-焊锡膏/锡箔-焊盘结构进行回流处理，冷却后取出所述夹具，制得封装结构体。所述的面阵列的封装方法，其中，所述回流处理时间为3-10min。所述的面阵列的封装方法，其中，所述第一焊盘阵列和第二焊盘阵列的材料均为铜。所述的面阵列的封装方法，其中，所述Cu6Sn5焊球为通过气雾化制粉的方法制备得到的Cu6Sn5单相球形粉。所述的面阵列的封装方法，其中，所述单相Cu6Sn5焊球的具体制备步骤包括：A1、在惰性气体保护下，按Cu和Sn的原子比为6:5，感应熔炼Cu块和Sn块得到母合金；B1、将所述母合金切割成小块，对切成小块的母合金进行气雾化制粉；C1、在惰性气体的保护下，对所述焊球粉末进行180-220℃的加热处理，处理3-5h后得到单相的Cu6Sn5焊球粉末。所述的面阵列的封装方法，其中，所述步骤B1具体为：采用垂直雾化的方式，使用惰性气体冲击熔融的母合金，其中熔融母合金的流动方向与雾化气体的流动方向之间的角度为90°，冷却凝固成粉末。所述的面阵列的封装方法，其中，所述惰性气体的压力为0.1-0.5Mpa。所述的面阵列的封装方法，其中，所述惰性气体的流量为0.15-0.6m3/h。所述的面阵列的封装方法，其中，所述步骤B1还包括：采用75-600目标准筛对粉末混合体筛分成75-80目、90-100目、150-160目和325-400目的粉末。有益效果：本专利技术提供一种面阵列的封装方法，采用单相Cu6Sn5球形粉末作为焊球，在连接过程中只通过扩散反应达到连接的目的，焊球的高度基本不发生变化，连接过程耗时短，参与反应的Sn量比较少，冷却比较均匀，产生的应力比较小，此外，Cu6Sn5焊球能提高焊点的抗电迁移性能以及抗高温性能，完成互连后焊球形状不发生明显变化；而且在进行封装时，所用的阵列不需镀上Ni层和和Au层，大大提高了制备阵列的效率，降低成本，节约资源。附图说明图1为本专利技术一种面阵列的封装方法较佳实施例的具体流程图。图2为经过气雾化后制得的Cu-Sn合金粉末的SEM图。图3为经过气雾化后制得的Cu-Sn合金粉末的X射线衍射图谱。图4为经过180℃热处理后得到的Cu6Sn5化合物球的SEM图。图5为经过180℃热处理后得到的Cu6Sn5化合物球的X射线衍射图谱。图6为用Cu6Sn5化合物焊球得到的封装结构体的界面分析图及机理分析图。图7为最终获得的封装结构体及各层物相示意图。具体实施方式本专利技术提供一种面阵列的封装方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供的面阵列封装方法，其中包括通过熔融锡将面阵列封装用的单相Cu6Sn5焊球与焊盘连接起来的步骤。具体来说，本专利技术采用的单相球形Cu6Sn5为高熔点高含铜量的互连焊球，采用该焊球进行焊接，能够有效提高互连焊点的性能，如抗高温和抗电迁移性能等；应用此材料实现面阵列封装互连，在互连过程中并不熔化，所用焊盘并不需要镀上阻焊层和Au层，完成互连后焊球形状不发生明显变化。进一步地，在本专利技术中，如图1所示，所述通过熔融锡将面阵列封装用的单相Cu6Sn5焊球与焊盘连接起来的步骤具体包括：S10、在第一焊盘阵列上涂覆一层焊锡膏或粘附一层含有助焊剂的锡箔；S20、在所述第一焊盘阵列的每个焊盘上均预植一个同样目数范围下的Cu6Sn5焊球；S30、将另一涂覆有焊锡膏或粘附有助焊剂锡箔的第二焊盘阵列与所述第一焊盘阵列对齐，并用夹具压紧，形成焊盘-焊锡膏/锡箔-Cu6Sn5焊球-焊锡膏/锡箔-焊盘结构；S40、在230-250℃的条件下对所述焊盘-焊锡膏/锡箔-Cu6Sn5焊球-焊锡膏/锡箔-焊盘结构进行回流处理，冷却后取出所述夹具，制得封装结构体。具体来说，本专利技术所采用的第一焊盘阵列和第二焊盘阵列的材料均为铜，当把所述焊盘-焊锡膏/锡箔-Cu6Sn5焊球-焊锡膏/锡箔-焊盘结构放进管式炉中回流时，焊Sn膏或者Sn箔随即熔化，由于Cu6Sn5焊球与Cu焊盘是点接触，在接触点周围Cu6Sn5焊球与Cu焊盘之间有一狭小的间隙，此狭小间隙对熔融Sn提供毛细管力，熔融Sn出现毛细现象；与此同时，对于Cu6Sn5化合物焊球，刚开始时在熔融Sn处，Cu原子浓度很低，而Cu6Sn5焊球和Cu焊盘中的Cu原子浓度极高，化合物球中Cu原子的扩散速度比Sn原子扩散速度快，如此，Cu6Sn5中的Cu原子扩散到与熔融Sn交界处进而反应生成Cu6Sn5化合物层，当然，熔融Sn与Cu焊盘交界处的Cu也反应生成Cu6Sn5化合物层，当熔融Sn耗尽时达到连接的目的，该过程只持续几分钟即可完成，而且完成互连后的Cu6Sn5焊球形状不发生明显变化，还能提高互连焊点的耐高温性能和抗电迁移性能。进一步地，本专利技术优选回流处理的时间为3-10min，当处理时间小于3min时，则可能导致反应未完全，即熔融的Sn未完全与铜发生反应，导致封装效果不佳；当处理时间大于10min时，则降低了封装效率，故本专利技术优选回流处理时间为3-10min。更进一步，本专利技术所采用的Cu6Sn5焊球为通过气雾化制粉的方法制备得到的Cu6Sn5单相球形粉，其制备步骤具体包括：S100、在惰性气体保护下，按Cu和Sn的原子比为6:5，感应熔炼Cu块和Sn块得到母合金；具体地说，在惰性气体（Ar气或者N2）的保护下，按6:5的原子比感应熔炼纯度为99.9%以上的Cu和Sn块3次得到母合金，使母合金的成分趋于均匀。S200本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面阵列的封装方法，其特征在于，包括通过熔融锡将面阵列封装用的单相Cu6Sn5焊球与焊盘连接起来的步骤。

【技术特征摘要】
1.一种面阵列的封装方法，其特征在于，包括通过熔融锡将面阵列封装用的单相Cu6Sn5焊球与焊盘连接起来的步骤。2.根据权利要求1所述的面阵列的封装方法，其特征在于，所述通过熔融锡将面阵列封装用的Cu6Sn5焊球与焊盘连接起来的步骤具体包括：A、在第一焊盘阵列上涂覆一层焊锡膏或粘附一层含有助焊剂的锡箔；B、在所述第一焊盘阵列的每个焊盘上均预植一个同样目数范围下的Cu6Sn5焊球；C、将另一涂覆有焊锡膏或粘附有助焊剂锡箔的第二焊盘阵列与所述第一焊盘阵列对齐，并用夹具压紧，形成焊盘-焊锡膏/锡箔-Cu6Sn5焊球-焊锡膏/锡箔-焊盘结构；D、在230-250℃的条件下对所述焊盘-焊锡膏/锡箔-Cu6Sn5焊球-焊锡膏/锡箔-焊盘结构进行回流处理，冷却后取出所述夹具，制得封装结构体。3.根据权利2所述的面阵列的封装方法，其特征在于，所述回流处理时间为3-10min。4.根据权利要求1所述的面阵列的封装方法，其特征在于，所述第一焊盘阵列和第二焊盘阵列的材料均为铜。5.根据权利要求1-4任一所述的面阵列的封装方法，其特征在于，所述Cu6Sn5焊球为通过气雾化制粉的方法制备得到的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马鑫，汪敏，计红军，李明雨，梁孟，黄嘉一，
申请(专利权)人：深圳市汉尔信电子科技有限公司，哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44