基于脉冲微孔喷射法制备微电子互连线及凸点的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种基于脉冲微孔喷射法制备微电子互连线及凸点的装置及方法，包括液滴喷射系统，在腔体内部上方至少设置一组喷射单元，喷射单元的底部用于喷射的微孔呈20

【技术实现步骤摘要】
公开了一种激光植球系统，与传统工艺相比节省了部分流程，可以高效返修补点，但该方式通过弹片推球，输球时易出现球量过大卡住或焊球不足的情况，需用旋钮调整，存在植球效率低、激光能量较高易灼伤基板和难以进行粒径较小的凸点的制备等问题，如果需要进行批量制备互连凸点，该方式的效率大大受限。现有技术中，一次性只能进行单一尺寸焊球的互连，且无法在同一设备中实现凸点形成与微电路打印的组合。另一方面，微滴喷射的稳定性和可控性对于直接进行微电子互连及凸点制备尤为关键。
[0010]因此，有必要提供一种能适应当下电子产品发展的装置及方法，用于解决上述提到的在微电子互连过程中出现的问题。

技术实现思路

[0011]根据上述提出在微电子互连过程中出现的植球效率低、打印方式单一等技术问题，而提供一种基于脉冲微孔喷射法制备微电子互连线及凸点的装置及方法。本专利技术设计的装置是将电子互连所需材料置于坩埚内加热至熔融状态，通过添加金属料的质量与液面调节器配合使喷口处熔体达到适宜的压强范围，同时压电陶瓷驱动器向压电陶瓷施加一定的脉冲波形，从而带动传动杆产生微小位移，对坩埚底部的金属熔体产生有规律的局域扰动，使微孔处的液体克服表面张力流出微孔形成微滴，每个脉冲可形成一个微滴，通过将传动杆按需转换至不同尺寸的喷口附近，可一次进行较大范围的尺寸的调控(25
‑
800μm)，同时，通过对微孔处进行结构和材料的改进有利于提高微滴喷射的稳定性。微滴降落过程中三维平台按照预先设定的路径运动，使微滴喷射至平台上实现凸点制备、焊柱阵列打印、微电路打印等。
[0012]本专利技术采用的技术手段如下：
[0013]一种基于脉冲微孔喷射法制备微电子互连线及凸点的装置，包括：
[0014]液滴喷射系统，在腔体内部上方至少设置一组喷射单元，腔体中部一侧设有用于观察粒子喷射稳定性的观察窗，另一侧设有预收集盘；所述喷射单元的底部用于喷射的微孔呈20
°
～70
°
的锥形设计；
[0015]液面高度控制系统，通过液面高度调节器来补给熔体喷射所降低的液面高度，使整体液面高度维持稳定；
[0016]以及三维运动系统，设置在所述腔体内底部，电子器件或基板在其运动平台上根据预设路径在所述腔体内运动，承接喷射的液滴实现凸点制备或电子互连。
[0017]进一步地，所述液滴喷射系统包括坩埚以及设置在坩埚上方的与压电陶瓷驱动器相连的升降台、与所述升降台下方相连的深入到所述坩埚内的压电陶瓷和传动杆，所述坩埚外侧套置有连接套，所述连接套上设有至少两个用于容纳微孔薄片的凹槽，所述连接套外侧设置有用于升温熔化金属的加热器；所述压电陶瓷按照设定的脉冲波形驱动压电陶瓷，压电陶瓷带动传动杆产生位移，在微孔薄片上的微孔附近产生有规律的局域扰动使熔体克服表面张力从微孔喷射而出。
[0018]进一步地，所述微孔薄片的上表面设有一层不与待喷射的金属熔体反应的润湿性材料，在所述微孔薄片的微孔喷口处保留0.1
‑
2mm的不润湿材料。
[0019]进一步地，所述预收集盘置于所述坩埚的下方，待液滴喷射稳定后再移开预收集盘，进行沉积的工作。
[0020]进一步地，所述连接套的每个凹槽内设置不同孔径的微孔薄片，所述腔体上方采用旋转动密封的方式实现传动杆的旋转，传动杆旋转至与不同孔径的微孔相对应的位置，配合喷射参数产生位移扰动熔体实现多种尺寸液滴的喷射。
[0021]进一步地，所述坩埚与所述腔体之间设有用于防止因温度差异导致气体压强不同的坩埚腔体连通管。
[0022]进一步地，根据粒径的需求调节液面高度以满足不同粒径粒子或凸点的制备以及微电路打印，液滴突破表面张力所需的临界压强值为P
临
可用式(1)表示：
[0023][0024]其中，γ为表面张力，θ为液滴与微孔薄片形成的润湿角，d为微孔直径，液体本身具有一定自重产生压强P
自
可用式(2)表示：
[0025]P
自
＝ρgh
ꢀꢀꢀ
(2)
[0026]ρ为焊料密度，h为金属熔化后熔体自身所形成的液面高度，当P
临
大于P
自
，再通过压电陶瓷及传递杆的配合对微孔处施加有规律的扰动使微孔处熔体克服表面张力即可实现喷射。
[0027]进一步地，所述微孔的孔径范围在25
‑
800μm，压电陶瓷的振动频率在0.1～1000Hz之间。
[0028]进一步地，所述坩埚内装有熔体，热电偶置于熔体中将温度实时反馈给温度控制器，从而控制金属温度；所述温度控制器与所述运动平台上的加热板相连，达到沉积所需温度。
[0029]本专利技术还公开了一种基于脉冲微孔喷射法制备微电子互连线及凸点的方法，采用上述的装置，通过计算机程序设定互连所需路径，使运动平台按照设定的路径运动；通过加热器使坩埚内金属熔体升温至熔融状态；根据微孔薄片的孔径和材质设定不同的液面高度使喷口处处于适宜的压强，对压电陶瓷驱动器施加一定脉冲波形驱动压电陶瓷振动继而带动传动杆产生微小位移作用于坩埚底部的局域熔体，每次脉冲可在小孔处形成一个定量的液滴，稳定均匀地喷出。
[0030]进一步地，所述方法包括如下步骤：
[0031]S1、根据所需进行的微互连需求设定与脉冲波形的频率以及喷射距离相匹配的运动平台的运动路径；
[0032]S2、将互连所需材料放入坩埚中，微孔薄片置于连接套底部，外部放置加热器；
[0033]S3、通过真空泵对坩埚和腔体抽真空，打开腔室配气阀充入保护性气体，使腔体处于微正压状态；
[0034]S4、根据互连类型及尺寸需求将传动杆旋转至所需喷射的微孔对应位置并降至微孔处，设定相应的脉冲波形施加给压电陶瓷驱动器，驱动压电陶瓷并带动传动杆产生微小位移，在微孔附近产生有规律的局域扰动使熔体克服表面张力从微孔喷射出；
[0035]S5、先用预收集盘收集粒子，待液滴喷射稳定且保证精度时，拉回预收集盘，使微滴喷射至基板互连所需位置，达到电子互连的目的。
[0036]较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0037]本专利技术装置制得的微滴粒度均匀一致、可控性好、精度高，而且制备过程不涉及高
能量、高温度不会对一些温度敏感的基板和元器件造成损伤；可精准打印凸点，不仅可以实现BGA焊点直接制备还可实现MEMS器件立体管脚处的定点打印，例如用于磁盘驱动读写头的内角三维互连等；可稳定立柱，可以用于CGA焊柱的直接打印；可稳定制线，可用于电子线路的快速打印并对电子线路或器件进行快速互连，在一次实验中可以按需实现不同尺寸凸点、不同粗细微电子线路的打印，能够很好的适应微电路个性化的发展需求，实现微电路“量身定做”。
[0038]本专利技术通过将传动杆按需转换至不同尺寸的喷口附近，可一次进行较大范围的尺寸调控25
‑
800μm的微滴，实现精确调控；还可通过脉冲波形的上升沿时间、电压、传动杆底部至微孔的距离(杆距)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于脉冲微孔喷射法制备微电子互连线及凸点的装置，其特征在于，包括：液滴喷射系统，在腔体内部上方至少设置一组喷射单元，腔体中部一侧设有用于观察粒子喷射稳定性的观察窗，另一侧设有预收集盘；所述喷射单元的底部用于喷射的微孔呈20
°
～70
°
的锥形设计；液面高度控制系统，通过液面高度调节器来补给熔体喷射所降低的液面高度，使整体液面高度维持稳定；以及三维运动系统，设置在所述腔体内底部，电子器件或基板在其运动平台上根据预设路径在所述腔体内运动，承接喷射的液滴实现凸点制备或电子互连。2.根据权利要求1所述的基于脉冲微孔喷射法制备微电子互连线及凸点的装置，其特征在于，所述液滴喷射系统包括坩埚以及设置在坩埚上方的与压电陶瓷相连的升降台、与所述升降台下方相连的深入到所述坩埚内的压电陶瓷和传动杆，所述坩埚外侧套置有连接套，所述连接套上设有至少两个用于容纳微孔薄片的凹槽，所述连接套外侧设置有用于升温熔化金属的加热器；所述压电陶瓷驱动器按照设定的脉冲波形驱动压电陶瓷，压电陶瓷带动传动杆产生位移，在微孔薄片上的微孔附近产生有规律的局域扰动使熔体克服表面张力从微孔喷射而出。3.根据权利要求2所述的基于脉冲微孔喷射法制备微电子互连线及凸点的装置，其特征在于，所述微孔薄片的上表面设有一层不与待喷射的金属熔体反应的润湿性材料，在所述微孔薄片的微孔喷口处保留0.1
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2mm的不润湿材料。4.根据权利要求2所述的基于脉冲微孔喷射法制备微电子互连线及凸点的装置，其特征在于，所述连接套的每个凹槽内设置不同孔径的微孔薄片，所述腔体上方采用旋转动密封的方式实现传动杆的旋转，传动杆旋转至与不同孔径的微孔相对应的位置，配合喷射参数产生位移扰动熔体实现多种尺寸液滴的喷射。5.根据权利要求2所述的基于脉冲微孔喷射法制备微电子互连线及凸点的装置，其特征在于，所述坩埚与所述腔体之间设有用于防止因温度差异导致气体压强不同的坩埚腔体连通管。6.根据权利要求2所述的基于脉冲微孔喷射法制备微电子互连线及凸点的装置，其特征在于，根据粒径的需求调节液面高度以满足不同粒径粒子或凸点的制备以及微电路打印，液滴突破表面张力所需的临界压强值为P
临
可用式(1)表示：其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：董伟，贾赞儒，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：