钎焊接头的封装方法技术

本发明专利技术公开了一种钎焊接头的封装方法，用于解决现有封装方法钎焊接头强度差的技术问题。技术方案是在电子元器件铜板表面采用激光器加工出正四棱柱状微结构沟槽，对预制的微结构沟槽进行清洗，使用Sn-Ag-Cu钎料对铜板光滑表面和微结构沟槽表面分别进行润湿实验，测试其润湿角；观察Sn-Ag-Cu钎料在不同微结构下的填充及溶蚀情况；以Sn-Ag-Cu为钎料，在预制微结构沟槽的铜板上实施钎焊。由于铜板表面正四棱柱状微结构沟槽的存在，使Sn-Ag-Cu钎料在铜板表面的润湿角从背景技术的59.2°降低至26.3°，促进了钎焊接头的冶金结合，钎焊接头的强度从背景技术的72.4±3.8MPa提升至85±4.5MPa。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种封装方法，特别涉及一种钎焊接头的封装方法。
技术介绍
随着科技的进步以及对铅元素危害性的重视，电子产品逐渐实行无铅化，因而对钎料等互连材料提出了新的要求，传统钎焊材料如Sn-Pb二元共晶合金，虽然具有可焊性好、性能优良、成本优良等特点，正在逐步被无铅钎料所取代。在所有已应用的无铅钎料中，由于Sn-Ag-Cu钎料具有优越的可靠性和与电子零部件良好的相容性，被认为是最有发展前景的无铅钎料合金体系之一。但是，Sn-Ag-Cu钎料的润湿铺展能力比Sn-Pb钎料差，且铺展的控制性较差，这使得精密的电子器件中易产生脱钎、漏钎、溢钎等缺陷。铜具有良好的热电导性、低的热膨胀系数、良好的钎焊性和耐蚀性、良好的成型性能、较低的成本等优势，所以电子元器件中大部分引脚接头和引线框架都采取铜制造。然而，Sn-Ag-Cu钎料在铜板表面的润湿角为59.2°，并且钎焊接头的强度为72.4±3.8MPa。为了解决Sn-Ag-Cu钎料在钎焊过程中润湿和铺展的问题，文献“D.QYu,JZhao,LWang.Improvementonthemicrostructurestability,mechanicalandwettingpropertiesofSn–Ag–Culead-freesolderwiththeadditionofrareearthelements[J].Journalofalloysandcompounds,2004,376(1)：170-175.”公开了一种封装方法。该方法通过向Sn-Ag-Cu钎料中添加稀土元素，一定程度地解决了Sn-Ag-Cu钎料的润湿问题，但接头处产生金属间化合物，增加接头界面处的缺陷，对提高钎焊接头的精度及性能，减少接头尺度都具有较不利的影响。
技术实现思路
为了克服现有封装方法钎焊接头强度差的不足，本专利技术提供一种钎焊接头的封装方法。该方法在电子元器件铜板表面采用激光器加工出高度和宽度尺寸均为20±2μm的正四棱柱状微结构沟槽，对预制的微结构沟槽进行酸洗和超声清洗，使用Sn-Ag-Cu钎料对铜板光滑表面和微结构沟槽表面分别进行润湿实验，测试其润湿角；在光镜下观察Sn-Ag-Cu钎料在不同微结构下的填充情况以及微结构的溶蚀情况；以Sn-Ag-Cu为钎料，在预制微结构沟槽的铜板上实施钎焊。由于电子元器件铜板表面正四棱柱状微结构沟槽的存在，使Sn-Ag-Cu钎料在铜板表面的润湿角从
技术介绍
的59.2o降低至26.3o，促进了钎焊接头的冶金结合，钎焊接头的强度从
技术介绍
的72.4±3.8MPa提升至85±4.5MPa。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案：一种钎焊接头的封装方法，其特点是包括以下步骤：步骤一、用SiC砂纸将电子元器件铜板表面打磨并抛光，然后使用超声清洗并烘干，使用飞秒激光器在铜板表面加工形状为正四棱柱状的微结构，其宽度和高度均为20±2μm，四棱柱之间的沟槽宽度分别为10～40μm。步骤二、将预制好正四棱柱状微结构的铜板放入浓度为30％的HNO3中超声清洗1～2min，以去除表面污物与油污，然后用清水清洗，再用无水乙醇吸水并吹干待用。步骤三、在O2C润湿角测量系统中，将直径为0.6mm的Sn-Ag-Cu钎料焊球，在无水乙醇中超声清洗10～12min去除表面杂质与油污，将经过处理的Sn-Ag-Cu钎料焊球放置在不同尺寸的微结构表面中心，启动视频记录系统后以40～50℃/min的加热速率快速升温至钎焊温度，保温5～6min后以40～50℃/min的降温速率快速降温，记录整个融化润湿过程的视频资料，选取润湿开始与结束时刻进行截图，量取润湿角。步骤四、以Sn-Ag-Cu为钎料，在预制微结构的铜板上实施钎焊，钎焊在320～330℃保温5～7min。本专利技术的有益效果是：该方法在电子元器件铜板表面采用激光器加工出高度和宽度尺寸均为20±2μm的正四棱柱状微结构沟槽，对预制的微结构沟槽进行酸洗和超声清洗，使用Sn-Ag-Cu钎料对铜板光滑表面和微结构沟槽表面分别进行润湿实验，测试其润湿角；在光镜下观察Sn-Ag-Cu钎料在不同微结构下的填充情况以及微结构的溶蚀情况；以Sn-Ag-Cu为钎料，在预制微结构沟槽的铜板上实施钎焊。由于电子元器件铜板表面正四棱柱状微结构沟槽的存在，使Sn-Ag-Cu钎料在铜板表面的润湿角从
技术介绍
的59.2°降低至26.3°，促进了钎焊接头的冶金结合，钎焊接头的强度从
技术介绍
的72.4±3.8MPa提升至85±4.5MPa。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细说明。附图说明图1是本专利技术钎焊接头的封装方法中采用飞秒激光器在铜板表面上加工的微结构不同沟槽宽度的光镜照片。图1(a)沟槽宽度10μm，图1(b)沟槽宽度20μm，图1(c)沟槽宽度30μm，图1(d)沟槽宽度40μm。图2是本专利技术钎焊接头的封装方法中不同尺寸微结构的润湿角照片。图2(a)光滑表面，图2(b)沟槽宽度10μm，图2(c)沟槽宽度20μm，图2(d)沟槽宽度30μm，图2(e)沟槽宽度40μm。图3是本专利技术钎焊接头的封装方法中润湿角与微结构沟槽宽度的变化曲线。图4是本专利技术钎焊接头的封装方法中微结构表面溶蚀后的照片。图4(a)沟槽宽度10μm，图4(b)沟槽宽度20μm，图4(c)沟槽宽度30μm，图4(d)沟槽宽度40μm。具体实施方式参照图1-4。本专利技术钎焊接头的封装方法具体步骤如下：步骤一、用SiC砂纸将电子元器件铜板表面打磨并抛光，然后使用超声清洗并烘干，并使用飞秒激光器(型号HSGQ-20W)在铜板表面加工形状为正四棱柱状的微结构，其宽度和高度均为20±2μm，四棱柱之间的沟槽宽度分别为10μm、20μm、30μm和40μm。步骤二、表面微结构精密度极高，故不能对其进行打磨或抛光等操作。对预制表面微结构的润湿试样在浓度为30％的HNO3中超声清洗1～2min，以去除表面污物与油污，然后用清水清洗，再用无水乙醇吸水并吹干待用。步骤三、在光镜下观察微结构的加工情况并测定其尺寸，验证其满足实验精度要求。步骤四、在O2C润湿角测量系统中，使用直径为0.6mm的Sn-Ag-Cu钎料焊球，实验前在无水乙醇中超声清洗10～12min去除表面杂质与油污，将钎料球放置在不同尺寸的微结构表面中心，启动视频记录系统后以40～50℃/min的加热速率快速升温至钎焊温度，保温5～6min后以40～50℃/min的降温速率快速降温至合适温度，记录整个融化润湿过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钎焊接头的封装方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、用SiC砂纸将电子元器件铜板表面打磨并抛光，然后使用超声清洗并烘干，使用飞秒激光器在铜板表面加工形状为正四棱柱状的微结构，其宽度和高度均为20±2μm，四棱柱之间的沟槽宽度分别为10～40μm；步骤二、将预制好正四棱柱状微结构的铜板放入浓度为30％的HNO3中超声清洗1～2min，以去除表面污物与油污，然后用清水清洗，再用无水乙醇吸水并吹干待用；步骤三、在O2C润湿角测量系统中，将直径为0.6mm的Sn‑Ag‑Cu钎料焊球，在无水乙醇中超声清洗10～12min去除表面杂质与油污，将经过处理的Sn‑Ag‑Cu钎料焊球放置在不同尺寸的微结构表面中心，启动视频记录系统后以40～50℃/min的加热速率快速升温至钎焊温度，保温5～6min后以40～50℃/min的降温速率快速降温，记录整个融化润湿过程的视频资料，选取润湿开始与结束时刻进行截图，量取润湿角；步骤四、以Sn‑Ag‑Cu为钎料，在预制微结构的铜板上实施钎焊，钎焊在320～330℃保温5～7min。

【技术特征摘要】
1.一种钎焊接头的封装方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、用SiC砂纸将电子元器件铜板表面打磨并抛光，然后使用超声清洗并烘
干，使用飞秒激光器在铜板表面加工形状为正四棱柱状的微结构，其宽度和高度均为
20±2μm，四棱柱之间的沟槽宽度分别为10～40μm；
步骤二、将预制好正四棱柱状微结构的铜板放入浓度为30％的HNO3中超声清洗
1～2min，以去除表面污物与油污，然后用清水清洗，再用无水乙醇吸水并吹干待用；
步骤三、在O2C润湿角测量系统中，将直径为0.6mm的Sn...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海燕，彭建科，傅莉，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61