【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电子封装，具体为一种用于解决基板翘曲问题的复合焊点低温互连方法。
技术介绍
1、随着信息技术的不断发展，人工智能、5g通信、物联网等应用领域的需求也在不断提高。近年来，高性能、多功能的集成芯片普遍采用先进封装技术，旨在满足小型化、低功耗、多功能的应用需求。然而，随着尺寸微缩接近物理极限，以芯粒异质集成为核心的先进系统级封装技术成为集成电路发展的突破口。为了满足轻盈、微型以及优越电气性能的要求，如今的先进封装技术逐渐趋向于高密度。
2、然而，由于各种材料的热膨胀系数不同，它们在温度变化时收缩程度并不一致，这便会发生热失配，导致产品在上片回流后基板形变翘曲过大，尤其对于较大尺寸和高密度芯片影响更为明显。这可能导致焊点开裂，封装件之间接触不良，进而影响电子组件的性能。此外，翘曲问题还可能引起封装间隙的变化，进一步影响散热性能和电磁兼容性。在严重情况下，翘曲问题可能导致焊接失效、线路断裂和封装材料的损坏，最终影响封装的可靠性。由于在上片过程中，芯片与基板之间仅由焊点进行连接，此时互连结构没有任何加固或保护措施，在这种情况下是基板极易发生形变并影响封装的可靠性。
3、研究结果表明，回流温度是影响基板形变程度的决定性因素，当回流温度越高时，基板的最大形变量也会大幅增加。在封装过程中，采用传统的sac305作为焊接材料时，回流温度需要达到217℃以上才能实现组件之间的连接，这必然会给产品带来严重的翘曲问题。
4、因此如何降低焊接温度，从而减小基板形变，缓解翘曲问题，是当前所需要解决的技术问题。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于解决基板翘曲问题的复合焊点低温互连方法。
2、为实现上述的目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、本专利技术要解决的技术问题是设计一种用于解决基板翘曲问题的复合焊点低温互连方法和结构，利用两种不同焊料温度和性能差异构成复合结构并进行工艺设计，实现低温条件下的预焊接，有效减小了基板形变。与此同时，该方法改善了sn-58bi焊料脆性和低延展性的问题，强化了焊点的力学性能，提高了封装结构的可靠性，解决现有的技术问题。
4、为解决上述技术问题，本专利技术的用于解决基板翘曲问题的复合焊点低温互连方法包括如下步骤：
5、步骤s1：分别在基板的焊盘和芯片的下表面涂覆一层混有复配组元的sn-58bi低温焊料；
6、步骤s2：从下到上按照基板、sac305焊球和芯片的顺序依次进行放置；
7、步骤s3：进行低温预焊接，预焊接温度t1高于sn-58bi焊料的熔点，预焊接持续时间为80-100s，以确保sn-58bi焊料完全熔化并充分润湿sac305焊球；
8、步骤s4：在室温环境中，让焊点自然冷却达到环境温度，形成预焊接复合焊点；
9、步骤s5：进行后续封装工艺，包括填底和封盖工艺；
10、步骤s6：进行bga植球回流工艺，回流温度t2超过sac305焊球的熔点；
11、步骤s7：在室温环境中，进行第二次自然冷却，形成二次焊接复合焊点，完成焊接。
12、进一步的，步骤s1中，将少量的复配组元（无机材料和稀土元素）与sn-58bi低温焊料均匀机械混合后，采用印刷钢网涂覆焊料，两处涂覆的焊料体积约为sac305焊球体积的1/6-1/5，若焊料量过多，多余的sn-58bi在熔化后因表面张力的影响会形成小球状，从而对信号传输以及封装的可靠性带来不良影响，若焊料量过少，则会导致初步连接的不牢靠，影响整个焊接过程；b4c颗粒与陶瓷颗粒为焊点提供了更高的强度和良好的耐腐蚀性；ce元素可以提高焊点的润湿性和抗氧化性能，从而改善焊接性能和质量；re元素的加入可以增加焊点的高温强度和抗拉伸性能，从而提高焊接材料的强度和耐蠕变性能；
13、复配组元为无机材料和稀土元素混合；
14、其中，复配组元混入量质量分数为0.2 wt.%；
15、无机材料、稀土元素混合质量比为1:1；
16、无机材料包括b4c、陶瓷颗粒，b4c质量分数为0.07 wt.%，陶瓷颗粒质量分数为0.03wt.%；
17、稀土元素包括ce和re元素，两种元素的质量分数均为0.05 wt.%。
18、进一步的，步骤s3中，预焊接温度t1低于160℃。
19、进一步的，步骤s4中，第一次自然冷却的时间为90-120s，使复合焊点达到环境温度，为20-30℃。
20、进一步的，步骤s5中包括填底和封盖工艺，将填底材料填充在芯片与基板之间以平衡芯片和基板之间的热膨胀系数差异，基板上设置封装盖板，起到保护芯片和固定封装结构的作用，封装盖板通过基板胶与基板连接固定，封装盖板与芯片之间填充晶圆胶加固。
21、进一步的，步骤s7中，第二次自然冷却的时间为90-120s，同样使焊点达到环境温度，约为20-30℃。
22、本专利技术还提供一种芯片焊接结构，包括基板和芯片，所述芯片和基板之间采用前述的用于解决基板翘曲问题的复合焊点低温互连方法焊接。
23、与现有技术相比，本专利技术提供了一种用于解决基板翘曲问题的复合焊点低温互连方法，具备以下有益效果：
24、（1）上片过程中芯片与基板仅由焊点连接，在高温条件下极易产生大幅度的翘曲，影响封装的可靠性。利用混有复配组元的sn-58bi低温焊料与sac305的复合形成复合焊点，在整个焊接过程中先在预焊接温度t1下实现预连接，从而降低上片过程中的回流温度，减小基板的形变程度，显著缓解了翘曲的问题。
25、（2）考虑sn-58bi焊料脆性和低延展性的问题，通过复合焊点的二次回流，sac305焊球与sn-58bi焊料完全混合，复合焊点内部组织结构发生改变，其力学性能也随之得到提升。并且由于经历了填底、上盖等封装加固工艺，此时基板不再因高温产生大幅形变，实现了上一步工艺中预连接焊点的二次焊接。此外，在缓解基板翘曲的基础上二次焊接是在bga植球工艺过程中同步完成，减少了复合焊点单独进行二次焊接的工序，使整个互连方法更加节能高效。
26、（3）本专利技术设计了一种复合焊点实现低温互连，采用两种常见的无铅焊接材料sn-3.0ag-0.5cu焊球与sn-58bi焊料构成复合焊点，不仅具有廉价的制造成本，同时满足了环保与发展的需求，具有较好的经济效益和社会效益。
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1.一种用于解决基板翘曲问题的复合焊点低温互连方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于解决基板翘曲问题的复合焊点低温互连方法，其特征在于：步骤S1中，采用印刷钢网涂覆Sn-58Bi低温焊料，两处涂覆的Sn-58Bi焊料体积为SAC305焊球体积的1/6-1/5；
3.根据权利要求1所述的用于解决基板翘曲问题的复合焊点低温互连方法，其特征在于：步骤S3中，预焊接温度T1低于160℃。
4.根据权利要求1所述的用于解决基板翘曲问题的复合焊点低温互连方法，其特征在于：步骤S4中，第一次自然冷却的时间为90-120s，使复合焊点达到环境温度；
5.根据权利要求1所述的用于解决基板翘曲问题的复合焊点低温互连方法，其特征在于：步骤S5中包括填底和封盖工艺，将填底材料填充在芯片与基板之间以平衡芯片和基板之间的热膨胀系数差异，基板上设置封装盖板，封装盖板通过基板胶与基板连接固定，封装盖板与芯片之间填充晶圆胶加固。
6.根据权利要求1所述的用于解决基板翘曲问题的复合焊点低温互连方法，其特征在于：步骤S6中，完成T2温
7.根据权利要求1所述的用于解决基板翘曲问题的复合焊点低温互连方法，其特征在于：步骤S7中，第二次自然冷却的时间为90-120s，同样使焊点达到20-30℃的环境温度。
8.一种芯片焊接结构，包括基板和芯片，其特征在于：所述芯片和基板之间采用如权利要求1-7中任一项所述的用于解决基板翘曲问题的复合焊点低温互连方法焊接。
...【技术特征摘要】
1.一种用于解决基板翘曲问题的复合焊点低温互连方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于解决基板翘曲问题的复合焊点低温互连方法，其特征在于：步骤s1中，采用印刷钢网涂覆sn-58bi低温焊料，两处涂覆的sn-58bi焊料体积为sac305焊球体积的1/6-1/5；
3.根据权利要求1所述的用于解决基板翘曲问题的复合焊点低温互连方法，其特征在于：步骤s3中，预焊接温度t1低于160℃。
4.根据权利要求1所述的用于解决基板翘曲问题的复合焊点低温互连方法，其特征在于：步骤s4中，第一次自然冷却的时间为90-120s，使复合焊点达到环境温度；
5.根据权利要求1所述的用于解决基板翘曲问题的复合焊点低温互连方法，其特征在于：步骤s5...
【专利技术属性】
技术研发人员：方家恩，吕世卿，宋见，
申请(专利权)人：苏州锐杰微科技集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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