專利名稱：鐵粉錫基復(fù)合焊錫合金球及其覆晶植球的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵粉錫基復(fù)合焊錫合金球及其覆晶植球的方法，主要為一種用于覆晶構(gòu)裝的技術(shù)，將含有鐵粉的焊錫合金球植球于電路基板上，進行最有效的焊接功能。
背景技術(shù)：
近年來電子構(gòu)裝技術(shù)，受到上游芯片設(shè)計、制造能力不斷提升，產(chǎn)出高密度、高I/ 0數(shù)、高速度及高功率等相關(guān)電子組件的沖擊；以及下游消費者對3C電子產(chǎn)品輕、薄、短、小的殷切需求，兩面夾擊下，迫使電子構(gòu)裝的從業(yè)人員不斷的推陳出新發(fā)展新技術(shù)，達到減小體積、增加良率、提高散熱效果、降低成本及強化可靠度等，以符合市場需求。針對高密度封裝，覆晶方式已成為最重要的聯(lián)機方法。由于焊錫具備自我對位及可重工的特性，因此覆晶凸塊大多使用焊錫材料，其技術(shù)關(guān)鍵在于焊錫凸塊的制作及組裝，傳統(tǒng)焊錫凸塊的制作方法主要可分為電鍍及錫膏鋼板印刷兩種，電鍍法除了環(huán)保問題，最大的發(fā)展障礙在于電鍍特定焊錫合金組成的困難性，尤其因應(yīng)歐盟要求焊錫需采用無鉛成份，其鍍液配方、電鍍參數(shù)及穩(wěn)定性均不易掌握，且必須耗費巨額的光罩成本，無法滿足市場普及性及低價化的要求，所以近年來大部分封裝從業(yè)人員針對覆晶組裝均逐漸采用錫膏鋼板印刷方法，然而當覆晶凸塊尺寸被要求至0. Imm以下時，即使采用直徑10 μ m的錫粉，其單點焊錫凸塊，也僅由少數(shù)幾顆錫粉構(gòu)成，回焊后勢必造成因焊點大小不一造成芯片共平面度不佳的問題，而若要制作更小的錫粉，則包括噴粉、氧化、粒徑篩選及粉塵污染等問題均很難克服；另一方面，以錫膏制作覆晶凸塊工藝，經(jīng)常會有助焊劑回焊后在焊錫內(nèi)部產(chǎn)生孔洞的現(xiàn)象，這些因素使得錫膏鋼板印刷技術(shù)生產(chǎn)覆晶凸塊，面臨嚴峻挑戰(zhàn)。因此，為解決錫膏在細間距(0. Imm 以下)方法能力不足的缺點，最新的發(fā)展趨勢是直接使用超微小焊錫合金球(0. Imm以下)， 進行植球、回焊形成覆晶焊錫凸塊。但在超微小錫球的植球方法中，如何克服錫球表面吸濕及靜電力的影響，而能精準操控錫球置于正確位置，將面臨極大挑戰(zhàn)，目前尚無相關(guān)的技術(shù)足以有效的完成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于制作出含有鐵粉的焊錫合金球，并將其用在覆晶植球方法上， 以達到增進覆晶的有效性并簡化程序，且使結(jié)合后電路基板和構(gòu)件的結(jié)合強度增加，具有顯著的進步性及創(chuàng)新性。為達上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案提供一種鐵粉錫基復(fù)合焊錫合金球，是在錫球內(nèi)結(jié)合微小的鐵粒子。所述鐵粒子的粒徑彡5 μ m。本發(fā)明還提供一種覆晶植球的方法，是使用上述焊錫合金球為植球基材，在植球過程中，于基板底部設(shè)以磁性構(gòu)件，通過其磁性吸住焊錫合金球，使焊錫合金球落入鋼板的細微孔洞內(nèi)，且在于基板的焊墊上方，再配有除球設(shè)備或裝置，以除去鋼板表面多余的焊錫合金球，完成覆晶植球工藝。
本發(fā)明的鐵粉錫基復(fù)合焊錫合金球及其覆晶植球的方法，主要是將極小的鐵金屬顆粒添加在焊錫球內(nèi)，以制造出含有鐵粉的焊錫合金球，而可利用磁鐵將整顆復(fù)合焊錫合金球有效地吸引，利用此特性，可有效協(xié)助超微小焊錫合金球定位，而將其牢固地吸引、充填在植球鋼板孔洞內(nèi)，配合適當?shù)恼婵粘蚍?，吸去多余焊錫合金球，便可抵抗超微小焊錫合金球的表面吸濕、靜電效應(yīng)所產(chǎn)生的團簇集結(jié)現(xiàn)象，從而順利完成植球工藝。


圖1為本發(fā)明覆晶植球方法的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明，應(yīng)該理解的是，這些實施例僅用于例證的目的，決不限制本發(fā)明的保護范圍。本發(fā)明主要包括兩個階段的技術(shù)特征，其一為將鐵粉混合于焊錫合金球內(nèi)，形成復(fù)合焊錫合金球的組合結(jié)構(gòu)，以提升電路基板與電子組件的結(jié)合強度；然后再將焊錫合金球用于覆晶植球技術(shù)，同時兼具簡化工藝的功效。關(guān)于鐵粉錫基的復(fù)合焊錫合金球的制造方法，由于鐵在焊錫中的溶解度與擴散能力極低，因此不會有粗化的顧慮，根據(jù)文獻可知鐵的添加可有效提高焊錫的常溫抗拉強度， 尤其在抵抗高溫潛變的能力表現(xiàn)上更是出色，約可比無強化相顆粒的焊錫高出五倍之多。 為了提高鐵與焊錫的潤濕性，本發(fā)明的一個較佳實施例是在鐵粉表面上先鍍一層錫，使其表面可形成I^eSn2金屬間化合物，方法雖較為繁瑣，但較易使鐵粉末與錫熔湯融合在一起； 為了均勻散布，可更好地應(yīng)用到磁場的環(huán)境作用。另外，本發(fā)明可采用化學(xué)鍍的方法，其主要原因為，化學(xué)鍍不需額外供應(yīng)電流，沒有電流斷路或分布不均的問題，因此鍍層較為均勻且平坦，而利用鍍液中的還原劑將錫離子還原沉積在鐵粉的表面，但此表面必須能催化鍍錫反應(yīng)進行，附著第一層金屬錫后，此錫層又繼續(xù)催化下一層錫的還原沉積，故化學(xué)鍍錫亦稱自身催化鍍(Autocatalytic Plating)。另外，本發(fā)明在制備鐵顆粒強化無鉛復(fù)合焊錫時是以Sn3AgO. 5Cu錫條與表面預(yù)鍍錫的鐵顆粒配置成復(fù)合焊錫合金錫條，制作成不同比例鐵顆粒含量的復(fù)合焊錫，來達成改善焊錫熱機強度的目的。其中，鐵顆粒重量占復(fù)合焊錫重量的百分比彡10%。在方法上，首先將鐵粉(粒徑為5 μ m)表面鍍上一層化學(xué)錫(chemicalplating)， 化學(xué)錫是指水溶液中的金屬離子在控制的環(huán)境下，進行化學(xué)還原，而不需借助電就能將錫金屬鍍在鐵粉上，所得鍍層是連續(xù)的，且自身具有催化性(autocatalytic)。化學(xué)鍍液配方需具備的特性包括還原劑的氧化還原電位必須足以還原金屬離子，使金屬析出；鍍浴需穩(wěn)定，在未使用時則不起作用，只有在催化性的鍍件表面接觸時才迅速開始作用析出金屬鍍層；析出速率要能被控制，PH值、溫度能調(diào)節(jié)析出速率；析出的金屬須具有催化作用，以進行自身催化電鍍，鍍層才能連續(xù)形成，以達到所需鍍層厚度；鍍液反應(yīng)生成物須不妨礙鍍液的功能，鍍液的壽命才能長久。進行化學(xué)鍍錫方法前，本發(fā)明的一個實施例是先用脫脂劑清潔鐵粉，脫脂劑為酸性并且是界面活性劑混合液體，操作溫度為50°C，浸泡時間為1分鐘，然后再用去離子水清洗。接著再用微蝕液將鐵顆粒表面粗糙化，以提升錫面的附著力，微蝕時間為5秒鐘。為了防止化學(xué)錫主槽液受到污染或稀釋，在室溫下，先將鐵粉在化學(xué)鍍錫液中預(yù)浸1分鐘，以避免鐵粉直接與主槽液反應(yīng)，而能維持浸錫液的酸當量與錫當量?；瘜W(xué)錫通過置換反應(yīng)鍍在鐵粉表面上。然后，將化學(xué)鍍完成的試片浸泡于乙醇中清洗2分鐘，再用80°C的熱水清洗 2 3次，將殘留在試片中的化學(xué)錫液徹底洗凈，最后將鐵粉烘干。鐵粉完成鍍錫后，再與熔融Sn3AgO. 5Cu錫湯均勻混合，以熔煉完成復(fù)合焊錫合金球，根據(jù)本發(fā)明方法所完成的焊錫合金球在其內(nèi)部含有鐵成分，鐵含量為10% (重量百分比)。另關(guān)于在0. Imm以下的超微細錫球的植球技術(shù)方面，目前已知的方式是在鋼板網(wǎng)印助焊劑之后，使用特殊技術(shù)將微小錫球填入鋼板孔洞內(nèi)，完成回焊植球步驟，而在晶片上，制作出的錫球直徑為80μπι，錫球之間的間距為150μπι，屬于高密度接點；或是利用精密度高的超微小管路傳輸焊錫球，當錫球到達出口的焊墊位置后，施予激光束迅速加熱焊錫，使其順利熔融在芯片焊墊上。但對超微細錫球進行植球時遭遇到最嚴重的問題在于錫球微小化后衍生的表面吸濕、靜電效應(yīng)所產(chǎn)生的團簇集結(jié)現(xiàn)象，因此微細錫球的植球操控方法將是植球方法技術(shù)發(fā)展的重要關(guān)鍵，而前述已知方式均仍難以有效控制。為了克服超微小錫球的植球困難問題，本發(fā)明采用具備前述備受磁性的鐵金屬顆粒復(fù)合焊錫合金球，請參閱圖1所示，本發(fā)明的覆晶植球方式如下，主要是在植球過程中， 于基板1底部設(shè)有磁性構(gòu)件2，通過其磁性可有效吸住焊錫合金球3，使焊錫合金球3落入鋼板4的細微孔洞41內(nèi)，且位于基板1的焊墊11上方，而后再用真空除球設(shè)備5或刮板6， 除去鋼板4表面多余的焊錫合金球3，即可完成覆晶植球的工藝，在此過程中，由于受到磁性的吸力作用，從而能有效抵抗超微小焊錫合金球3因表面吸濕、靜電效應(yīng)所產(chǎn)生的團簇集結(jié)現(xiàn)象，而能順利植球于基板1上，以提供后續(xù)的焊接工作，而能完成整個后續(xù)工藝。上述覆晶植球所完成的電路基板，其各組件的結(jié)合強度，經(jīng)由沖擊可靠度試驗，通過加載質(zhì)量反復(fù)進行不同高度及方向的掉落沖擊測試，測驗結(jié)果顯示，根據(jù)本發(fā)明方法完成產(chǎn)品的焊接強度遠優(yōu)于現(xiàn)有的焊錫凸塊的產(chǎn)品，因此，本發(fā)明的技術(shù)具備實用進步性，并可提供產(chǎn)業(yè)利用價值，即本發(fā)明符合發(fā)明專的要求。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，對本發(fā)明而言僅僅是說明性的，而非限制性的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進行許多改變， 修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鐵粉錫基復(fù)合焊錫合金球，其特征在于，其是在錫球內(nèi)結(jié)合鐵粒子。
2.一種覆晶植球的方法，其特征在于，是使用權(quán)利要求1所述的焊錫合金球為植球基材，在植球過程中，于基板底部設(shè)以磁性構(gòu)件，通過其磁性吸住焊錫合金球，使焊錫合金球落入鋼板的細微孔洞內(nèi)，且位于基板的焊墊上方，另再配有除球設(shè)備或裝置，以除去鋼板表面多余的焊錫合金球，完成覆晶植球工藝。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鐵粉錫基復(fù)合焊錫合金球及其覆晶植球的方法，主要是將極小的鐵金屬顆粒添加在焊錫合金球內(nèi)，以制造出含有鐵粉的焊錫合金球，可通過磁性設(shè)備將整顆復(fù)合焊錫合金球有效吸引，使在覆晶植球的過程中，可有效協(xié)助超微小焊錫合金球定位，而將其牢固地吸引、充填在植球鋼板孔洞內(nèi)，另配合適當?shù)某蚬に嚕ザ嘤嗪稿a合金球，便可抵抗超微小焊錫合金球的表面吸濕、靜電效應(yīng)所產(chǎn)生的團簇集結(jié)現(xiàn)象，從而順利完成植球工藝，以增益微小型電路基板和電子組件的結(jié)合。
文檔編號B23K35/26GK102198566SQ20101013964
公開日2011年9月28日 申請日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者王宣勝 申請人:王宣勝