多温度梯级焊接电子微组件的工艺方法技术

本发明专利技术提出的一种多温度梯级焊接电子微组件的工艺方法，简单方便，高效，加工质量稳定可靠，焊接流动性好，焊接空洞少。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：根据不同焊料熔点设计焊料温度梯级，分别制作从次高温度段到最低温度段不同温度梯级焊料薄片；将电子微组件上功能基板和过渡母板分为不同温度梯级焊料的焊接面，焊接面直接采用溅射镀膜涂覆一层焊料镀膜层；在电子组件焊接面上布设更多点的焊料厚度控制销；按电子微组件（1）、焊料薄片（3）、基座组件（5）顺序叠层，放入有复进压力保持机构的夹具中进炉真空焊接；首先完成高温梯级焊接，再保护基座组件下一温度梯级焊接不使用的其它表面，在焊接面溅射镀膜涂覆一层下一个温度梯级的焊料镀膜层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，尤其是需要高精度温度控制焊接电子微组件集成为电子组件的微组装工艺方法。
技术介绍
在多功能电子组件的微组装过程中，焊接涉及到产品的可靠性和质量，直接影响到产品的电性能指标和产品环境适应性考核验收审查。此外，由于电子组件朝着轻、薄、小的方向快速发展，提出了一系列焊接工艺难题，为此，整机电子装备制造厂家围绕电子组件特别是TR组件焊接工艺展开了激烈的竞争，旨在进一步提高焊接质量，克服焊接中存在的焊接空洞率变化、虚焊等缺陷。目前，最广泛使用的电子TR组件微组装焊接工艺主要是在需要焊接的电子微组件表面先电镀金或电镀银作为可焊性镀层，然后在镀层表面装夹软钎 料，连同夹具一起放入指定的炉中进行钎焊，焊接最常用的焊料是共晶锡铅合金锡63%;铅37%，常规的焊接工艺设计是高于合金液体温度183°C以上30°C 40°C，保持一段时间后降温取出。常规工艺组件焊接面常用金、银镀层，焊接时与熔融焊料间有一个液固相界面原子扩散的浸润过程，焊料成份与温度微小变化会影响扩散，易发生缺陷；如果不使用单一熔点温度的共晶锡铅合金焊接而采用多熔点焊料，其它熔点焊料在镀金或镀银表面的浸润能力随着温度的变化差异很大，各种不同熔点焊料焊接的空洞率只靠金银镀层表面、焊料表面、助焊剂、夹具等综合控制，控制因素多，操作复杂，焊接最终结果随机性大，不能满足产品不断提升的高可靠性要求。随着新一代电子产品朝着微型化、轻型化、多功能、高集成、高可靠方向发展，一个TR组件中需要在五个甚至六个安装面上集成多个不同功能和输入/输出接口的微电子组件从而实现多通道、多功能的功能应用需要。由于产品要满足功能与环境适应性要求，从安装强度、微组件传热及TR组件的散热等设计综合考虑，焊接工艺是优选方案。产品使用中还要承受高振动量级，长期温度交变循环的考验，对焊接技术提出了更高的要求。产品轻量化，意味着一个TR组件内大量存在热膨胀系数相差较大的轻质合金材料焊接组合，焊接面存在疲劳损害的风险。我们的研究结果表明采用低熔点焊料能够实现差异热膨胀系数材料之间的可靠性焊接，可有效缓解焊后残余应力，并且能够满足电子TR组件的使用要求。随着小型化、多功能化、轻量化的要求日益增多，在组装电子TR组件过程中开始大量采用电子微组件焊接组装技术代替螺钉紧固连接组装技术，解决组件散热和小型化连接。传统焊接中遇到的首要问题是焊接失效问题。焊接失效原因主要有焊接面可焊性镀层起层；可焊性镀层电镀污染难定量检测，助焊剂清洗效果差；轻质活波金属材料电镀镀层不稳定，限制了应用；焊料与微组件镀层难于组分和原子扩散匹配，可焊性镀层加工难，稳定性差；很多焊料与金银镀层表面在熔点上30°C原子扩散慢，空洞率高；在组件的六个面上焊接电子微组件，焊料厚度紧靠夹持力调节难控制，热膨胀系数失配组件焊接易发生应力开裂等。现代军用装备在环境适应性振动量级要求上呈数量级的递增，为焊接面定量探伤不能逾越很多电子元器件禁用的检验难题。焊接温度梯级大于30°C，可选用的焊料种类急剧减少，限制了微组件的组装集成设计灵活度。高精度温度控制、高一致性和稳定性的焊接工艺已成为制约军事装备向小型化、多功能化、轻量化方向发展的瓶颈。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术存在的问题，提供一种简单方便，高效，加工质量稳定可靠，焊接流动性好，焊接空洞少的，以解决目前电子TR组件焊接温度梯级少，多功能集成度低，轻质材料因热膨胀失配受限，焊接指标稳定性、一致性差，定量探伤检测难的问题。本专利技术的上述目的可以通过以下措施来达到一种，包括如下步骤 O根据不同焊料熔点可以达到25V ±5°C的温度梯级差，设计焊料温度梯级，分别制作从次高温度段到最低温度段不同温度梯级焊料薄片和焊接面对应熔点温度的焊料镀膜层； 2)用轻质两性金属合金材料作基座组件、组件腔体11或电磁屏蔽隔板10的焊接面；将电子微组件上功能基板和过渡母板分为不同温度梯级焊料的焊接面，焊接面直接采用溅射镀膜涂覆一层焊料镀膜层；在电子组件焊接面上布设至少三点或以上更多点多边形布局的焊料厚度控制销，且焊接后焊料厚度=焊料厚度控制销设计厚度； 3)按电子微组件(I)、焊料薄片(3)、基座组件(5)顺序叠层，焊料薄片与焊接面镀膜层材料紧贴，放入有复进压力保持机构的夹具中进炉真空焊接，必要时通入甲酸气体作为还原气氛； 4)首先完成高温梯级焊接，形成一个初级电子微组件，再保护其基座组件下一温度梯级焊接不使用的其它表面，在焊接面溅射镀膜涂覆一层下一个温度梯级的焊料镀膜层(2)，按上述步骤3)形成电子微组件；然后逐级从次高温度梯级到最低温度梯级焊接，重复上述步骤，直到完成组装的全部焊接形成TR组件的基础结构，再微组装完成电路互连。本专利技术与现有多功能TR组件工艺相比较，具有如下技术效果 本专利技术在焊接面有厚度控制销的焊接工艺方法，采用在焊接面上设置厚度控制销4，分别在不同温度要求的焊接面溅射镀膜一定厚度的相应熔点温度的焊料镀膜层，两个焊接面焊接时还要在焊接面间填充一层或两层焊料薄片3，焊料薄片3应避开焊料厚度控制销4并紧贴焊接面，之间涂刷助焊剂，放入有复进压力保持机构的夹具中焊接，首先焊接所有使用最高温度梯级焊料的焊接面，其次再焊接所有使用第二级次高温度阶梯焊料的焊接面，如此反复，直到毫米波组件电子微组件组装完成。焊接面直接采用溅射镀膜涂覆一层焊料镀膜层，代替电镀镀涂工艺形成可焊性镀层，可以使用轻质两性金属合金材料，没有腐蚀发生；溅射镀膜设备特有镀膜面溅射清洗功能，可以有效除去轻质活波金属表面在工件转移过程中形成的氧化膜；溅射环境为无氧真空环境，轻质活波金属表面在溅射清洗后处于绝氧惰性气体环境，不会再氧化；采用高能短时原子轰击溅射镀膜，焊料原子在金属镀膜面中有一定深度，附着力大于在金属镀膜表面原子转换的电镀镀层附着力。干法工艺，几乎零排放，没有废水排放限制。焊接面不需要进行复杂的焊接面表面电镀镀层处理。电镀层为了附着可靠需要实施的多镀种多镀层的电镀处理工艺，溅射工艺减少了溅射镀层起层脱落的几率；溅射镀膜层的基底表面充分利用了设备特有的基底表面镀前清洗功能，最大限度地减小了镀层因污染起层的问题；溅射镀膜层在初始镀膜时采用短时高能量，提高了溅射原子在焊接面的冲击速率，形成了一定的金属焊料原子在组件焊接面的嵌入深度，有利于后期焊接的焊接原子扩散形成共价键或化合物。溅射镀膜是物理原子动能迁移过程，不会改变焊料镀膜层2的组成成分；如果电子微组装金属与焊料金属成份没有可焊性，可用过渡金属作为捆绑层，拥绑层材料有钦、鹤、钦鹤合金、慑、镇络合金等，常用钦、鹤、钦鹤合金，厚度为IOOOnm 1500nm，在捆绑层上用溅射形成焊料金属膜层；焊接过程中焊料原子是在同种组分材料金属的液相融合，焊接面形成金属键的均匀性和一致性远好，厚度控制销4设计解决了焊接后焊料厚度控制难题，提高了组件金属因热膨胀系数失配产生剪切应力的消除能力；工艺过程为干法工艺，所用工艺介质为无毒无臭的惰性气体，极低排放，环境污染小。本专利技术采用真空焊接，焊接流动性好，焊接空洞少；使用空气炉中焊，焊接前应充 分除潮并使用助焊剂；用同种组分焊料材质对同一温度段的焊接面实施镀膜，焊接时在焊接面填充薄焊料，可以同时实施在立方体六个面上同时焊接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多温度梯级焊接电子微组件的工艺方法，包括如下步骤：?1）根据不同焊料熔点可以达到25℃±5℃的温度梯级差，设计焊料温度梯级，分别制作从次高温度段到最低温度段不同温度梯级焊料薄片和焊接面对应熔点温度的焊料镀膜层；?2）用轻质两性金属合金材料作基座组件、组件腔体（11）或电磁屏蔽隔板（10）的焊接面；将电子微组件上功能基板和过渡母板分为不同温度梯级焊料的焊接面，焊接面直接采用溅射镀膜涂覆一层焊料镀膜层；在电子组件焊接面上布设至少三点或以上更多点多边形布局的焊料厚度控制销，且焊接后焊料厚度=焊料厚度控制销设计厚度；3）按电子微组件（1）、焊料薄片（3）、基座组件（5）顺序叠层，焊料薄片与焊接面镀膜层材料紧贴，放入有复进压力保持机构的夹具中进炉真空焊接，必要时通入甲酸气体作为还原气氛；?4）首先完成高温梯级焊接，形成一个初级电子微组件，再保护其基座组件下一温度梯级焊接不使用的其它表面，在焊接面溅射镀膜涂覆一层下一个温度梯级的焊料镀膜层（2），按上述步骤3）形成电子微组件；然后逐级从次高温度梯级到最低温度梯级焊接，重复上述步骤，直到完成组装的全部焊接形成TR组件的基础结构，再微组装完成电路互连。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：詹为宇，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：