一种单晶焊点及其制备方法、电子组件技术

本发明专利技术涉及一种单晶焊点及其制备方法、电子组件，其中，单晶焊点的制备方法包括以下步骤：提供焊盘，所述焊盘表面形成有焊料层；提供单晶焊柱，将所述单晶焊柱置于上下两个焊盘之间，加热使所述焊料层熔化并与所述单晶焊柱之间发生溶解与扩散形成反应层，所述单晶焊柱通过所述反应层固定于所述焊盘上，得到单晶焊点。采用本发明专利技术提供的一种单晶焊点制备方法，通过单晶焊柱取向的选择使焊点具有屈服强度高、抗热疲劳和抗电迁移性能好等优点，综合可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种单晶焊点及其制备方法、电子组件
本专利技术涉及电子封装
，特别是涉及一种单晶焊点及其制备方法、电子组件。
技术介绍
电子元器件中的焊点不仅起电气连接的作用，同时也提供机械支撑的作用，故焊点可靠性一直是电子工业中的重要问题。热疲劳和电迁移是焊点失效的两个主要原因，而锡合金焊点的热疲劳与电迁移寿命均与焊点的晶粒取向强烈相关，因此，如何通过焊点的取向来把控焊点的热疲劳与电迁移成为技术难题。
技术实现思路
基于此，有必要针对锡焊点热疲劳和电迁移寿命的各向异性问题，提供一种单晶焊点的制备方法，包括以下步骤：一种单晶焊点的制备方法，包括以下步骤：提供焊盘，所述焊盘表面形成有焊料层；提供单晶焊柱，将所述单晶焊柱置于上下两个焊盘之间，加热使所述焊料层熔化并与所述单晶焊柱之间发生溶解与扩散形成反应层，所述单晶焊柱通过所述反应层固定于所述焊盘上，得到单晶焊点。在其中一个实施例中，所述单晶焊柱为圆柱形，其上下表面为(100)、(110)、(210)晶面或上述晶面的等价晶面中的任意一种。在其中一个实施例中，所述单晶焊柱的厚度为200μm～1000μm。在其中一个实施例中，所述焊料层的厚度为10μm～50μm。在其中一个实施例中，所述单晶焊柱的组份包括锡以及银、铜或锌中的至少一种；所述焊料层包括金属层或者焊膏，其中，所述金属层包括锡、铋、铟中的至少一种，所述焊膏中的合金粉为锡铋合金、锡铟合金、锡铅合金中的一种。在其中一个实施例中，所述加热的温度高于所述焊料层的液相线温度且低于单晶焊柱的固相线温度，所述加热的温度不高于200℃。在其中一个实施例中，所述焊料层的液相线温度不高于183℃。在其中一个实施例中，所述单晶焊柱的固相线温度不低于210℃。本专利技术还提供一种单晶焊点，所述的制备方法得到，包括焊盘、单晶焊柱以及反应层，所述焊盘的数量为两个，两个焊盘均通过所述反应层固定于所述单晶焊柱的相对侧。本专利技术还提供一种电子组件，所述电子组件包括基板、硅板以及所述的单晶焊点，所述基板和所述硅板固定于所述单晶焊点的相对侧。本专利技术提供的单晶焊点及其制备方法、电子组件，由于单晶焊柱的晶面取向可选，所获得单晶焊点的取向可控。通过调控单晶焊点的晶粒取向降低取向因子，可抑制焊点在热应力作用下的塑性变形，提高疲劳寿命；同时所制备单晶焊点内的电流方向与β-Sn晶粒的c轴方向即[001]晶向垂直，可显著抑制电迁移。采用本专利技术方法获得的单晶焊点抗热疲劳和抗电迁移性能优越，综合可靠性高，该方法可用于航空航天、军工装备中服役环境苛刻的电子组件的软钎焊焊接。附图说明图1为本专利技术实施例1中单晶焊点的制备过程示意图，其中，图1(a)为切割焊料单晶得到焊料薄片的过程示意图，图1(b)为冲剪焊片得到单晶焊柱的过程示意图，图1(c)为单晶焊点的制备过程示意图；图2为本专利技术实施例1中单晶焊柱的结构图；图3为本专利技术实施例1所制备单晶焊点的取向检测图，图3(a)为单晶焊点轴向截面的形貌图，图3(b)为对应的EBSD取向图；图4为本专利技术实施例3中单晶焊点的制备过程示意图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术进行进一步阐述。本专利技术提供的一种单晶焊点的制备方法，包括以下步骤：S1：提供单晶焊柱；S2：提供焊盘，所述焊盘表面形成有焊料层；S3：将所述单晶焊柱置于上下两个焊盘之间，加热使所述焊料层熔化并与所述单晶焊柱之间发生溶解与扩散形成反应层，所述单晶焊柱通过所述反应层固定于所述焊盘上，得到单晶焊点。步骤S1中，所述单晶焊柱可通过以下步骤得到：S11：提供焊料单晶；S12：检测所述焊料单晶的取向；S13：在所述取向中选择特定取向，并进行切割得到特定取向的焊片；S14：对所述焊片冲剪得到单晶焊柱。在步骤S11中，所述焊料单晶为块体结构，由焊料通过Bridgman方法定向凝固制备得到。为满足钎焊的要求，所述焊料单晶的焊料为高熔点焊料，包括锡以及银、铜或锌中的至少一种，如Sn3.5Ag0.7Cu(wt％)焊料、Sn0.7Cu(wt％)焊料、Sn3.5Ag0.7Cu(wt％)焊料等锡基高熔点软焊料。考虑到减少液态反应过程中单晶焊柱向低熔点焊料层中的溶解，所述焊料的固相线温度不低于210℃，优选地，不低于220℃。在步骤S12中，采用电子背散射衍射(EBSD)检测所述焊料单晶的取向，即，焊料单晶中晶体的晶向。在步骤S13中，采用激光或者机械切割焊料单晶，形成焊料薄片。通过特定取向切割得到的焊料薄片，焊料薄片上下表面为(100)、(110)、(210)晶面或上述晶面的等价晶面中的任意一种，也即，所述焊料薄片的表面为(100)、(110)、(210)、(100)的等价晶面、(110)的等价晶面或(210)的等价晶面中的任意一个。进一步地，焊料薄片上下表面的晶面取向一致。在切割形成焊料薄片后，再对所述焊料薄片进行机械打磨抛光，以得到焊片。在机械打磨抛光过程中，应防止焊片发生变形。考虑到焊点常用尺寸，所述焊片的厚度为200μm～1000μm，优选为300μm～600μm。在步骤S14中，采用精密冲剪装置对所述焊片快速冲剪，得到单晶焊柱。所述单晶焊柱的组份与所述焊料的组分相同，包括锡以及银、铜或锌中的至少一种。基于单晶焊柱由Sn3.5Ag0.7Cu(wt％)焊料、Sn0.7Cu(wt％)焊料、Sn3.5Ag0.7Cu(wt％)等的高熔点焊料熔铸成单晶、切成片，冲剪成的小柱子，故单晶焊柱的固相线温度与所述焊料的固相线温度一致，不低于210℃。由于单晶焊柱由焊片剪切得到，单晶焊柱高度与焊片厚度一致，为200μm～1000μm，优选为300μm～600μm。在步骤S2中，焊盘表面沉积有焊料层，进一步地，焊料层为低温焊料薄层，焊料层所采用的焊料为低温焊料，所述焊料层包括金属层或者焊膏；其中，所述金属层包括锡、铋、铟、铅中至少一种。当焊料层为金属层时，如，纯锡层和纯铟层等，可采用物理气相沉积、电化学沉积等方式于基板表面沉积形成该金属层。当焊料层为焊膏时，焊膏中的合金粉为锡铋合金、锡铟合金、锡铅合金中的一种，如，Sn58Bi(wt％)、Sn52In(wt％)等，可将焊膏直接涂覆于基板上。所述焊料层的厚度范围为10μm～50μm，优选地，焊料层的厚度为单晶焊柱高度的1/20。考虑到所用的低温焊料中，熔点最高的低温焊料为SnPb，SnPb的共晶温度是183℃，所述焊料层的液相线温度不高于183℃。为便于将单晶焊柱焊接于焊盘上，所述焊盘可以为Cu层、Ni层中的至少一种。进一步地，所述焊盘包括第一焊盘和第二焊盘，第一焊盘和第二焊盘上，单晶焊柱位于第一焊盘和第二焊盘之间。在步骤S3中，将所述单晶焊柱置于所述单晶焊柱置于上下两个焊盘之间，也即，第一焊盘和第二焊盘分布单晶焊柱的上下两本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单晶焊点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n提供焊盘，所述焊盘表面形成有焊料层；/n提供单晶焊柱，将所述单晶焊柱置于上下两个焊盘之间，加热使所述焊料层熔化并与所述单晶焊柱之间发生溶解与扩散形成反应层，所述单晶焊柱通过所述反应层固定于所述焊盘上，得到单晶焊点。/n

【技术特征摘要】
1.一种单晶焊点的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供焊盘，所述焊盘表面形成有焊料层；
提供单晶焊柱，将所述单晶焊柱置于上下两个焊盘之间，加热使所述焊料层熔化并与所述单晶焊柱之间发生溶解与扩散形成反应层，所述单晶焊柱通过所述反应层固定于所述焊盘上，得到单晶焊点。


2.如权利要求1所述的单晶焊点的制备方法，其特征在于，所述单晶焊柱为圆柱形，其上下表面为(100)、(110)、(210)晶面或上述晶面的等价晶面中的任意一种。


3.如权利要求1所述的单晶焊点的制备方法，其特征在于，所述单晶焊柱的厚度为200μm～1000μm。


4.如权利要求1所述的单晶焊点的制备方法，其特征在于，所述焊料层的厚度为10μm～50μm。


5.如权利要求1所述的单晶焊点的制备方法，其特征在于，所述单晶焊柱的组份包括锡以及银、铜或锌中的至少一种；所述焊料层包括金属层或者焊膏，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：张青科，宋振纶，胡方勤，郑必长，姜建军，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33