專利名稱：一種提高cbga/ccga封裝植球/柱回流焊后焊點熔點的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種提高CBGA/CCGA封裝植球/柱回流焊后焊點熔點的方法，屬于超大規(guī)模集成電路封裝領域，適用于航空航天用高可靠電子元器件CBGA/CCGA封裝植球/柱工藝。
背景技術：
當前我國航天工程和新一代武器裝備使用的超大規(guī)模集成電路的集成度越來越高，I/O引腳數越來越多，工作頻率越來越高，采用傳統(tǒng)的封裝形式(如DIP、CLCC、CQFP, CPGA等)已無法滿足需求。而陶瓷球柵陣列封裝(CBGA，ceramic ball grid array)和陶瓷柱柵陣列封裝(CCGA，ceramic column gridarray)則是高密度、多引腳、高可靠集成電路封裝的最佳替代方式之一。CBGA/CCGA封裝與以往通常采用的外圍陣列排布方式不同，它采用了面陣列的排布方式，大大提高了封裝的效率(接近100% )，使得在相同的外形尺寸下能夠分布更多的引腳。此外，CBGA/CCGA封裝還具有傳輸路徑短、信號延遲小、電性能優(yōu)異的特點，因此更加適用于高頻、高速集成電路封裝領域。CBGA/CCGA封裝通常采用高鉛焊球/柱作為互連材料，在一定溫度下，通過 63Sn37Pb共晶焊膏熔化將封裝外殼上的金屬焊盤與高鉛焊球/柱形成冶金連接。在此過程中，高鉛焊球/柱不熔化。采用高鉛焊球/柱的目的是為了提高CBGA/CCGA封裝器件表貼后的抗疲勞性能。而CBGA/CCGA器件的板級組裝同樣采用的是63Sn37Pb共晶焊膏，通過回流焊使焊膏熔化實現PCB板上的金屬焊盤與陶瓷器件上的高鉛焊球/柱的冶金連接。由于植球/柱工藝與表貼工藝采用的焊膏合金成份相同，在板級組裝的回流焊過程中，CBGA/ CCGA器件一端的焊點容易發(fā)生再次熔化，使得陶瓷基板與高鉛焊球/柱位置發(fā)生偏移、焊料再次鋪展等現象，并且PCB板回流過程中易發(fā)生翹曲等行為，從而導致表面組裝后CBGA/ CCGA器件一端的焊點發(fā)生斷路、焊點外觀異常等焊接不良問題，最終無法滿足使用要求。而對于航天工程和武器裝備用的超大規(guī)模集成電路，器件表面組裝后的高可靠性必須得到保障。因此，在板級組裝過程中應該避免CBGA/CCGA器件一端的焊點回流過程中發(fā)生再次熔化。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種提高CBGA/CCGA封裝植球 /柱回流焊后焊點熔點的方法，該方法能夠避免CBGA/CCGA封裝器件在表面組裝回流焊過程中焊點發(fā)生再次熔化的問題，從而保證CBGA/CCGA封裝器件使用的可靠性。本發(fā)明的上述目的是通過如下技術方案予以實現的一種提高CBGA/CCGA封裝植球/柱回流焊后焊點熔點的方法，包括如下步驟(1)在63Sn37Pb焊膏內摻入一定量的Pd金屬粉末，并進行充分攪拌；(2)采用絲網印刷方式將含有Pd金屬的63Sn37Pb焊膏移印至陶瓷基板的金屬焊盤上，再將高熔點的90Pbl0Sn焊球/柱放置于所述焊膏的正上方，最終放入回流爐中進行加熱，所述焊膏在加熱過程中熔化形成焊點，實現焊球/柱與陶瓷基板的互連；其中回流溫度曲線與63Sn37Pb焊膏回流溫度曲線一致。在上述提高CBGA/CCGA封裝植球/柱回流焊后焊點熔點的方法中，步驟(1)中摻入的Pd金屬粉末的質量百分含量為0. 5% 1. 2%，純度在99. 95%以上。在上述提高CBGA/CCGA封裝植球/柱回流焊后焊點熔點的方法中，步驟⑴中摻入的Pd金屬粉末的顆粒尺寸為25 45 μ m。在上述提高CBGA/CCGA封裝植球/柱回流焊后焊點熔點的方法中，步驟(2)中回流焊的峰值溫度設定為215 225°C，回流時間設定為30 60s。一種提高CBGA/CCGA封裝植球/柱回流焊后焊點熔點的方法，其特征在于包括如下步驟(1)在63Sn37Pb焊膏內摻入一定量的Pb金屬粉末，并進行充分攪拌；(2)采用絲網印刷方式將含有Pb金屬的63Sn37Pb焊膏移印至陶瓷基板的金屬焊盤上，再將高熔點的90Pbl0Sn焊球/柱放置于所述焊膏的正上方，最終放入回流爐中進行加熱，所述焊膏在加熱過程中熔化形成焊點，實現焊球/柱與陶瓷基板的互連；其中回流溫度曲線與63Sn37Pb焊膏回流溫度曲線一致。在上述提高CBGA/CCGA封裝植球/柱回流焊后焊點熔點的方法中，步驟⑴中摻入的Pb金屬粉末的質量百分含量為8% 13%，純度在99. 95%以上。在上述提高CBGA/CCGA封裝植球/柱回流焊后焊點熔點的方法中，步驟⑴中摻入的Pb金屬粉末的顆粒尺寸為25 45 μ m。在上述提高CBGA/CCGA封裝植球/柱回流焊后焊點熔點的方法中，步驟(2)中回流焊的峰值溫度設定為215 225°C，回流時間設定為30 60s。本發(fā)明與現有技術相比具有如下有益效果(1)本發(fā)明采用在63Sn37Pb焊膏中添加Pd金屬粉末或Pb金屬粉末，能夠有效提高焊膏一次回流后的熔點，從而避免了 CBGA/CCGA器件植球/柱后形成的焊點在表面組裝過程中發(fā)生再次熔化，保證了 CBGA/CCGA器件組裝后接頭的可靠性；(2)本發(fā)明采用在63Sn37Pb焊膏中添加Pd金屬粉末，加熱過程中僅63Sn37Pb焊膏熔化，Pd金屬粉末不熔化，而是部分熔解于熔化的63Sn37Pb焊料中，一次回流后，Pd金屬與63Sn37Pb焊料形成金屬間化合物，并且改變了原始的焊料合金成份，形成三元合金，使得焊料的熔點顯著升高；(3)本發(fā)明采用在63Sn37Pb焊膏中添加Pb金屬粉末，加熱過程中僅63Sn37Pb焊膏熔化，Pb金屬粉末不熔化，而是部分熔解于熔化的63Sn37Pb焊料中，一次回流后，Pb金屬充分熔解于63Sn37Pb焊料中，原始焊料內的Pb含量顯著提高，使得整體焊料的熔點顯著提聞；(4)本發(fā)明通過大量實驗確定了 63Sn37Pb焊膏中添加Pd或Pb金屬粉末的最佳摻入量和最佳顆粒尺寸，在此條件下使得植球/柱后焊點熔點顯著提高，從而保證了二次焊接的質量；(5)本發(fā)明采用在63Sn37Pb焊膏中添加Pd或Pb金屬粉末后進行焊接，回流溫度曲線與常規(guī)63Sn37Pb焊膏回流溫度曲線一致，不改變任何工藝條件，該方法是在保證整個
4CBGA/CCGA植球/柱工藝不變的情況下提高植球/柱后焊點熔點的一種最佳解決途徑之一， 具有非常廣闊的應用前景。


圖1為本發(fā)明63Sn37Pb焊膏中摻入Pd金屬粉末焊接的CBGA結構示意圖；圖2為本發(fā)明63Sn37Pb焊膏中摻入Pd金屬粉末焊接的CCGA結構示意圖；圖3為本發(fā)明CCGA焊點處成份面掃描分析圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細的描述在CBGA(ceramic ball grid array，陶瓷球柵陣列)/CCGA(ceramic columngrid array,陶瓷柱柵陣列)植球/柱前，將63Sn37Pb焊膏從冷藏室中取出，放置3 4h直至焊膏完全達到室溫，然后在焊膏中摻入一定量的Pd或Pb金屬粉末，充分攪拌，最終應使Pd金屬粉末含量達到0.5% 1.2%，或者Pb金屬粉末含量達到8% 13%。經過一次回流過程后，PcUPb金屬粉末充分溶解到63Sn37Pb焊料中，從而改變了初始63Sn37Pb焊料的合金成份，起到提高初始熔點的作用。CBGA植球/柱/CCGA植柱的具體方法如下首先，通過具有一定厚度和網孔直徑的網板通過印刷的方式將63Sn37Pb焊膏印刷到陶瓷外殼的金屬焊盤上；然后，在已經印刷好的金屬焊盤上通過網板準確的放置高鉛焊球/柱；最后，確認焊球/柱放置無問題后，將陶瓷外殼放入回流爐中，在設定好的回流溫度曲線下進行回流，一般經過預熱、活化、回流和冷卻四個階段，峰值溫度通常在210°C 235°C范圍內，回流溫度曲線與常規(guī)63Sn37Pb焊膏回流溫度曲線一致，最終焊膏熔化與金屬焊盤及高鉛焊球/柱均形成可靠的冶金結合， 圖1為本發(fā)明63Sn37Pb焊膏中摻入Pd金屬粉末焊接的CBGA結構示意圖，圖2為本發(fā)明 63Sn37Pb焊膏中摻入Pd金屬粉末焊接的CCGA結構示意圖。實施例1進行CCGA植柱的陶瓷器件為CCGA256，外形尺寸為長21_，寬21_，厚度2. 3mm, 金屬焊盤直徑為0. 70mm,金屬焊盤鍍層結構為Ni/Au，Au層厚度為0. 03 0. 2 μ m。將已完成解凍的免清洗共晶焊膏(成份為63Sn37Pb)打開，摻入質量百分含量為的Pd金屬粉末，Pd金屬粉末的純度為99. 95%以上，并充分攪拌(至少半小時)，直至均勻。然后，采用網板印刷的方式，網板的網孔與金屬焊盤一一對準后，將攪拌均勻的焊膏在刮刀的壓力作用下印刷至金屬焊盤上方，網板的孔徑為0. 75mm,網板的厚度為0. 2mm。隨后，將印刷好焊膏的陶瓷器件倒置，并與已預置好焊柱的模具進行精確對準后，將器件放置于焊柱上方，焊柱成份為90Pbl0Sn，焊柱直徑為0. 55mm，焊柱高度為2. 2mm。最后，將其放置于回流爐中進行回流焊，使焊膏熔化實現焊柱與金屬焊盤的冶金連接，見圖2。回流焊的峰值溫度設定為 215 225°C，回流時間設定為30 60s。上述摻入Pd粉的焊膏，加熱過程中僅63Sn37Pb焊膏熔化，Pd金屬粉末不熔化，而是部分熔解于熔化的63Sn37Pb焊料中，一次回流后，Pd金屬與63Sn37Pb焊料形成金屬間化合物，并且改變了原始的焊料合金成份，形成三元合金，焊料的熔點顯著升高。回流焊后，采用水基溶劑對助焊劑進行清洗。如圖3所示為本發(fā)明CCGA焊點處成份面掃描分析結果圖，如下表1為經面掃描分析得到的各金屬元素百分含量，從中可以看出，Pd已均勻溶解于熔融的I^bSn共晶焊料當中。將該器件放置于回流爐中進行二次回流，峰值溫度調整為245 255°C，發(fā)現焊點并未發(fā)生二次熔化。這說明Pd金屬粉末的添加提高了 I^bSn焊料的熔點。表 權利要求
1.一種提高CBGA/CCGA封裝植球/柱回流焊后焊點熔點的方法，其特征在于包括如下步驟(1)在63Sn37Pb焊膏內摻入一定量的Pd金屬粉末，并進行充分攪拌；(2)采用絲網印刷方式將含有Pd金屬的63Sn37Pb焊膏移印至陶瓷基板的金屬焊盤上， 再將高熔點的90Pbl0Sn焊球/柱放置于所述焊膏的正上方，最終放入回流爐中進行加熱， 所述焊膏在加熱過程中熔化形成焊點，實現焊球/柱與陶瓷基板的互連；其中回流溫度曲線與63Sn37Pb焊膏回流溫度曲線一致。
2.一種提高CBGA/CCGA封裝植球/柱回流焊后焊點熔點的方法，其特征在于包括如下步驟(1)在63Sn37Pb焊膏內摻入一定量的Pb金屬粉末，并進行充分攪拌；(2)采用絲網印刷方式將含有Pb金屬的63Sn37Pb焊膏移印至陶瓷基板的金屬焊盤上， 再將高熔點的90Pbl0Sn焊球/柱放置于所述焊膏的正上方，最終放入回流爐中進行加熱， 所述焊膏在加熱過程中熔化形成焊點，實現焊球/柱與陶瓷基板的互連；其中回流溫度曲線與63Sn37Pb焊膏回流溫度曲線一致。
3.根據權利要求1所述的一種提高CBGA/CCGA封裝植球/柱回流焊后焊點熔點的方法，其特征在于所述步驟(1)中摻入的Pd金屬粉末的質量百分含量為0.5% 1.2%，純度在99. 95%以上。
4.根據權利要求1所述的一種提高CBGA/CCGA封裝植球/柱回流焊后焊點熔點的方法，其特征在于所述步驟(1)中摻入的Pd金屬粉末的顆粒尺寸為25 45 μ m。
5.根據權利要求2所述的一種提高CBGA/CCGA封裝植球/柱回流焊后焊點熔點的方法，其特征在于所述步驟(1)中摻入的Pb金屬粉末的質量百分含量為8% 13%，純度在 99. 95% 以上。
6.根據權利求2所述的一種提高CBGA/CCGA封裝植球/柱回流焊后焊點熔點的方法， 其特征在于所述步驟(1)中摻入的Pb金屬粉末的顆粒尺寸為25 45 μ m。
7.根據權利要求1或2所述的一種提高CBGA/CCGA封裝植球/柱回流焊后焊點熔點的方法，其特征在于所述步驟(2)中回流焊的峰值溫度設定為215 225°C，回流時間設定為30 60s。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提高CBGA/CCGA封裝植球/柱回流焊后焊點熔點的方法，在進行CBGA/CCGA封裝器件植球/柱時，在63Sn37Pb焊膏中添加Pd或Pb金屬粉末，通過加熱將摻入一定量的Pd或Pb金屬粉末的低熔點焊膏熔化，使之與陶瓷外殼上的金屬焊盤及高熔點焊球/柱形成冶金連接，形成可靠的CBGA/CCGA焊球/柱凸點，而回流焊后焊點的熔點較之前焊膏的熔點有顯著提高，該方法能夠避免CBGA/CCGA封裝器件在表面組裝回流焊過程中焊點發(fā)生再次熔化的問題，從而保證CBGA/CCGA封裝器件使用的可靠性。
文檔編號B23K35/34GK102357697SQ20111029134
公開日2012年2月22日 申請日期2011年9月29日 優(yōu)先權日2011年9月29日
發(fā)明者姚全斌, 曹玉生, 林鵬榮, 練濱浩, 黃穎卓 申請人:中國航天科技集團公司第九研究院第七七二研究所, 北京時代民芯科技有限公司