焊球及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种焊球及其制造方法。所述焊球包括：至少一个内核，包含铁磁材料；金属中间层，分别覆盖所述至少一个内核；焊料外壳，一体地覆盖金属中间层。因此，可以得到可用于感应加热的核壳结构的无铅焊球。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及焊球制造领域，更具体地讲，本专利技术涉及一种。
技术介绍
目前，球栅阵列(BGA)封装件已成为电子封装技术的主流，BGA封装件采用焊球来代替引脚从而满足电气互连及机械互连要求。传统焊球的微观结构在径向上大多都是均一的。然而，在采用均一焊球的传统回流焊エ艺中，元器件和基板都达到了焊球的熔化温度，在焊接完成后，会产生一定的翘曲。同时较高的回流温度会对某些不耐高温的芯片产生一定的损伤。随着材料科学的发展，具有核壳结构的微球在实验室中制备成功(參见C. P. Wang, X. J. Liu, I. Ohnuma，et al.，Science, 297-9 (2002) 990)后得到了广泛的瞩目。图IA至图IC是C. P. Wang等人制备的Cu-Fe系的核壳结构微球的照片。图IA中的微球具有富Fe相内核和富Cu相外壳的结构；图IB中的微球具有富Fe相多核和富Cu相外壳的结构；图IC中的微球具有富Cu相内核、富Fe相金属中间层和富Cu相外壳的三层核壳结构。此外，C. P. Wang等人还成功制备了 Cu-Sn-Bi三相的核壳焊球，如图2所示，其中，内核为富Cu-Sn相,外壳为SnBi合金。但是该核壳结构焊球的直径小于O. Imm,并不适用于目前BGA封装件的需要，所以中国科学院过程工程研究所的李建强等人在第CN 101642858A号专利申请中提出了ー种新的制备方法，其中，加入了一定质量比(0.01 1% )的稀土来促进核壳结构的形成，从而达到制备直径最大可达5mm的BGA焊球，如图3所示。Sekisui公司运用该公司的专利US 7, 045, 050 B2投入生产，推出了塑料内核核壳结构焊球，受到了广泛的关注。该焊球结构如图4所示，内核401为ニこ烯基苯，金属中间层402为Cu导电金属层，外壳403为无铅焊料。由于这种结构的核壳焊球的内核尺寸不易变形，所以能在基板和元器件之间保持理想的空隙高度并同时保证传输线路不会超过预设值。由于和传统的对流加热或者红外加热相比，感应加热具有局部加热、加热和冷却速率较快等优点，已被尝试运用于电子封装的微连接技术中。Chan等人在专利US 4，983，807中描述了当启用电磁场时，含有铁磁内核的焊球会被加热至熔化并焊接在基板焊盘上，从而完成电子元件和基板的电路连接，如图5所示。这种用感应加热焊接的方法替代传统的回流焊エ艺，可以达到局部加热的效果，即，只有焊球、焊盘等被加热，而其他元器件和基板基本上没被加热，从而减少翘曲等问题的发生。图6是Chan等人的专利中焊球的结构示意图，其中，磁性内核601为Fe-Co-Ni三元合金，其中，Fe的含量为50% 75%，Co的含量为2% 20%，Ni的含量为20% 35%，外壳602为焊料。Takahashi等人在专利US 4，097，266中描述了ー种带金属核的焊球,如图7所示，其中，内核701为导电的非磁性金属或者金属合金，内核701的熔点高于焊料的熔点，例如为Cu、Ag或者是这两者的合金。金属中间层702为磁性材料层，磁导率大于I且居里温度高于焊料熔点温度。外壳703为焊料外壳，包含Sn、Pb、Sn-Pb、Sn-Pb-Ag、Sn-Pb-Cd、Pb-Ag、Pb-Sn-In、Pb_In、Sn-In 和 Pb-Ag-In 系列焊料。Harada等人在专利US 6，793，116 B2中描述了 3种多孔沉积金属核焊球，如图8 图11所示。在如图8所示的结构中，在表面多孔结构的金属内核801外面沉积焊料外壳802，焊料同时还沉积在内核801的孔中。图9示出了中空多孔沉积金属核焊球结构，多孔结构的金属内核902中含有中空内腔901，焊料外壳903沉积在内核902的外面和孔中。图10是第三种多孔沉积金属核焊球结构，多孔结构的金属内核1001外面包覆焊料外壳1002。图11是图10中的A部分的放大图，标号1101为多孔金属内核，标号1102为内核孔洞，在内核孔洞内无焊料沉积填充，标号1103是和外层焊料外壳1104相连通的孔洞，在该相连通的孔洞内有焊料沉积。这三种结构的多孔金属内核都由熔点高于焊料熔点的金属组成，并且此金属内核和外层焊料之间润湿性良好。在上面描述的核壳结构焊球中，有采用金属熔化法制备(如图IA 图3所示)的， 在该方法制备的核壳焊球中，内核的金属是体积比较小的相，外壳的金属为体积比较大的相。但是核壳金属都不是纯金属，而是ー种富含某种金属的合金。在エ业生产中，核壳物质的成分和直径都比较难稳定控制。塑料核壳焊球(图4)已经能够大规模エ业生产，但是由于其不含磁性物质，所以只能用传统的回流焊エ艺而被焊接到基板上。在回流焊过程中，整个元器件和基板都会被加热。由于各种材料的热膨胀系数(CTE)不同，会造成元器件和基板在回流焊后有翘曲。同时高温对某些元器件也有一定的损伤，所以如果能使用含有磁核的焊球，就能采用感应加热替代传统的对流加热，从而达到局部加热的效果。Chan等制备出了如图6所示的核壳焊球，其中，磁性内核局限在一定范围内的Fe-Co-Ni三元合金。Takahashi等人制备出了如图7所示的带金属核的焊球,其中，夕卜层焊料很多为含铅焊料，而目前常用的ー些Sn-Ag-Cu系焊料被排除在外。Harada等人制备出了如图8至图11中所示的多孔沉积金属核焊球，其中，多孔金属内核的制备エ艺比较复杂，不易控制，而且金属内核如果不具备铁磁性就不能使用感应加热。
技术实现思路
实施例的目的在于克服在现有技术中的上述和其他缺点。为此，实施例提供ー种，因此，可以采用感应加热方法来替代传统回流焊エ艺完成元器件和基板的微连接。感应加热和传统对流加热相比，能够实现局部加热,在元器件和基板完成微连接过程中，只有焊球和焊盘部分被加热，其余部分如基板、塑封胶、芯片等，基本不产生热量，这样可以减少焊接过程中所产生的翘曲，降低高温对芯片的热损伤等。同时，由于焊球内部具有熔化温度高于焊料的磁性内核在整个焊接过程中不会被熔化，使得元器件和基板之间的间隙高度与传统均一介质焊球相比，可控性得到很大的提升。根据实施例，提供了ー种焊球，所述焊球包括至少ー个内核，包含铁磁材料；金属中间层，分别覆盖所述至少ー个内核；焊料外壳，一体地覆盖金属中间层。内核包含Fe、Co、Ni和它们的合金中的至少ー种。金属中间层包含Cu、Ni和它们的合金中的至少ー种。焊料外壳包含Sn、Sn-Ag> Sn-Cu> Sn-Ag-Cu> Sn-Bi、Sn-Zn> Sn-In 中的至少一种。内核的熔点和居里温度高于焊料外壳的熔点和居里温度。内核的饱和磁化率大于I。内核的粒径在50 μ m至500 μ m的范围内。金属中间层的厚度在2μπι至30μπι的范围内。焊料外壳的厚度在5μπι至50μπι的范围内。根据实施例，提供了一种制造如上所述的焊球的方法，所述方法包括如下步骤制备包含铁磁材料的至少ー个内核；形成分别覆盖所述至少一个内核的金属中间层；形成一体地覆盖金属中间层的焊料外売。制备内核的步骤包括通过气体雾化工艺来制备包含铁磁材料的内核。·形成金属中间层的步骤包括通过滚镀エ艺来形成覆盖内核的金属中间层。形成焊料外壳的步骤包括通过滚镀エ艺来形成覆盖金属中间层的焊料外売。所述滚镀エ艺为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种焊球，其特征在于，所述焊球包括 至少一个内核，包含铁磁材料； 金属中间层，分别覆盖所述至少一个内核； 焊料外壳，一体地覆盖金属中间层。2.如权利要求I所述的焊球，其特征在于，内核包含Fe、Co、Ni和它们的合金中的至少一种。3.如权利要求I所述的焊球，其特征在于，金属中间层包含Cu、Ni和它们的合金中的至少一种。4.如权利要求I所述的焊球，其特征在于，焊料外壳包含Sn、Sn-Ag>Sn-Cu> Sn-Ag-Cu>Sn-Bi、Sn-Zn、Sn-In 中的至少一种。5.如权利要求I至权利要求4中的任意一项权利要求所述的焊球，其特征在于，内核的熔点和居里温度高于焊料外壳的熔点和居里温度。6.如权利要求I至权利要求4中的任意一项权利要求所述的焊球，其特征在于，内核的7.如权利要求I至权利要求4中的任意一项权利要求所述的焊球，其特征在于，内核的粒径在50 ii m至500 ii m的范围内。8.如权利要求I至权利要求4中的任意一项权利要求所述的焊球，其特征在于，金属中间层的厚度在2 ii m至30 ii m的范围内。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄敏毅，
申请(专利权)人：三星半导体中国研究开发有限公司，三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：