本發(fā)明涉及電子元件制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種銅核球的制備方法。
背景技術(shù)：
近年來，移動電子產(chǎn)品的市場需求迅速擴大，以智能手機為例，中國智能手機銷售量由2011年的0.96億部上升到2015年的4.2億部。伴隨著移動電子產(chǎn)品輕量化、纖薄化和多功能化的發(fā)展，傳統(tǒng)電子封裝技術(shù)無法滿足小型化、窄間距化和多針化的要求。為了滿足這些市場要求，以堆疊封裝(POP)為代表的3D封裝技術(shù)應(yīng)運而生。3D封裝起源于快閃存儲器和SDRAM的疊層封裝，它是一種在不改變封裝體尺寸的前提下，在同一個封裝體內(nèi)于垂直方向疊放兩個以上芯片的封裝技術(shù)，其主要特點包括：多功能、高效能、大容量、高密度和低成本。
銅核球(CCSB)是一種復(fù)合式多層次的焊錫球，一般包含銅球、鍍鎳層、鍍錫層三部分。銅球核心是銅核球區(qū)別于傳統(tǒng)BGA錫球關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，直徑一般在0.03-0.5mm；鍍鎳層厚度一般在2-3um,其主要作用是降低銅球和基板或釬料鍍層之間的潤濕行為，有效的防止銅和基板或釬料鍍層中其它金屬間的擴散，鍍鎳層為非必需層，可以根據(jù)基板材質(zhì)和釬料鍍層進行考慮；釬料鍍層是銅核球的有效焊接部分，厚度通常在3-30um，成分可以根據(jù)焊接性能和條件不同采用純錫，SAC，SC等。
現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足：
3D封裝需要多次熱制程，而傳統(tǒng)BGA錫球在經(jīng)過250℃多次反復(fù)受熱，焊接凸點會熔融，這樣在多層次電子零件重量的壓迫下會使焊接凸點發(fā)生不可接受變形，從而導(dǎo)致封裝空間變窄，焊點之間或焊點與零件之間粘連短路等問題。
針對上述缺陷和不足，對比文件(中國專利申請?zhí)枺?01610006073.0公開號：CN105609437A公開日：2016年5月25日發(fā)明名稱：一種3D封裝用鍍金或鍍鎳錫銅球制備方法)公開了一種銅核球的制備方法，銅核球核心為一定尺寸的銅金屬，銅的熔點(1083℃)遠高于釬焊溫度(250℃)，這樣即使經(jīng)過多次回焊過程，銅球部分也不會發(fā)生不可接受變形，維持封裝空間不變，而這個穩(wěn)定的空間即可容納和封裝其他電子零件，銅核球能夠確?；睾负蠓庋b空間穩(wěn)定的這一特性，有利于實現(xiàn)高密度的3D封裝。
但是，對比文件中公開的銅核球的制備方法，其不足之處在于，采用霧化法或物理氣相法制備的銅球的形狀規(guī)則性差、真圓度不佳，造成良品率不高，同時，上述方法制得的銅球表面不規(guī)整，存在凹凸不平的現(xiàn)象，這樣在進行鍍鎳時，在鎳層與銅層之間就會容易出現(xiàn)原子之間相互擴散形成金屬件化合物，從而影響產(chǎn)品性能，另一方面，上述制備方法中沒有考慮到銅球在成型和老化過程中的氧化現(xiàn)象。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
基于背景技術(shù)以及對比文件中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種銅核球的制備方法。
本發(fā)明提出的一種銅核球的制備方法，包括以下步驟：
S1：電解銅塊，將銅塊原料通過電解工序制成熔融態(tài)銅液；
S2：將熔融態(tài)的銅液注入成型器具腔內(nèi)，所述成型器具的下端設(shè)有若干根毛細管；
S3：從成型器具頂端向下通入氮氣；
S4：銅液氮氣包裹下于毛細管末端成型，在自身重力作用下墜落至毛細管下方的冷卻池；
S5：對冷卻后的銅球進行收集并研磨；
S6：對研磨后的銅球進行清洗并烘干；
S7：對烘干后的銅球進行圓度篩選，選出真圓度要求合格的銅球，不合格的銅球作為原料回收；
S8：對篩選出來的銅球進行尺寸篩選，選出尺寸符合要求的銅球，不合格的銅球作為原料回收；
S9：對篩選出來的銅球進行拋光、鍍鎳處理；
S10：對拋光、鍍鎳處理后的銅球進行水洗并烘干；
S11：對烘干后的銅球進行鍍釬料處理；
S12：對鍍好釬料的銅球進行電鍍層檢測，合格后進行成品包裝。
優(yōu)選的，S1中所述的銅塊原料的銅含量為99.99％。
優(yōu)選地，S2中所述的成型器具和毛細管均采用耐高溫的陶瓷基復(fù)合材料制成。
優(yōu)選的，S2中所述的毛細管的內(nèi)直徑為0.5mm。
優(yōu)選的，S3中所述的氮氣的流速為0.5-0.8m/s。
優(yōu)選的，S7中所述的銅球的真圓度要求小于0.03。
優(yōu)選的，S8中所述的銅球的直徑為0.03-0.5mm。
優(yōu)選的，S9中所述鍍鎳是采用滾鍍方式對其產(chǎn)品全部覆蓋鎳層。
優(yōu)選的，S11中所述鍍釬料層是采用滾鍍方式對其產(chǎn)品全部覆蓋錫層或錫銀銅層。
本發(fā)明中，針對傳統(tǒng)BGA錫球在經(jīng)過250℃多次反復(fù)受熱，焊接凸點會熔融，這樣在多層次電子零件重量的壓迫下會使焊接凸點發(fā)生不可接受變形，從而導(dǎo)致封裝空間變窄，焊點之間或焊點與零件之間粘連短路等問題，發(fā)明一種銅核球。本發(fā)明的有點在于，銅核球核心為一定尺寸的銅金屬，銅的熔點(1083℃)遠高于釬焊溫度(250℃)，這樣即使經(jīng)過多次回焊過程，銅球部分也不會發(fā)生不可接受變形，維持封裝空間不變，而這個穩(wěn)定的空間即可容納和封裝其他電子零件。銅核球能夠確保回焊后封裝空間穩(wěn)定的這一特性，有利于實現(xiàn)高密度的3D封裝。
而針對對比文件(中國專利申請?zhí)枺?01610006073.0公開號：CN105609437A公開日：2016年5月25日發(fā)明名稱：一種3D封裝用鍍金或鍍鎳錫銅球制備方法)中公開的采用霧化法或物理氣相法制備的銅球，其產(chǎn)品的形狀規(guī)則性差、真圓度不佳，造成良品率不高，同時，上述方法制得的銅球表面不規(guī)整，存在凹凸不平的現(xiàn)象，這樣在進行鍍鎳時，在鎳層與銅層之間就會容易出現(xiàn)原子之間相互擴散形成金屬件化合物，從而影響產(chǎn)品性能的問題，本發(fā)明中利用電解銅塊原料制成熔融態(tài)銅液，利用毛細管使銅液在毛細管末端在表面張力的作用下自發(fā)形成規(guī)整的球體，并在自身重力的影響下于毛細管分離，這樣的生產(chǎn)方式能夠有效避免對比文件中公開的制備方法所產(chǎn)生的產(chǎn)品形狀規(guī)則性差、真圓度不佳，良品率不高以及銅球表面不規(guī)整，存在凹凸不平的現(xiàn)象，另一方面，對比文件公開的制備方法中沒有考慮到銅球在成型和老化過程中的氧化現(xiàn)象問題，本發(fā)明也加以改善，通過在成型器具中沖入氮氣，使銅液在氮氣的包裹下于毛細管末端成型，確保了在成球的瞬間與周圍空氣完全隔離，以防止銅球被氧化。通過本發(fā)明公開的方法制備的銅核球在焊錫的接合可靠性評估中，顯示優(yōu)良的效果，以電鍍SAC305的銅核球和SAC305錫球進行比較，銅核球落下測試遠遠超過錫球，溫度循環(huán)測試則和錫球的結(jié)果一樣?？偠灾景l(fā)明制得的銅核球和SAC305錫球有著同等的耐熱疲勞性，并可克服高銀材料不佳的耐落下沖擊性等多重優(yōu)點，同時能夠保證產(chǎn)品的良品率。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步解說。
實施例1
本發(fā)明提出的一種銅核球的制備方法，包括以下步驟：
S1：電解銅塊，將銅塊原料通過電解工序制成熔融態(tài)銅液；
S2：將熔融態(tài)的銅液注入成型器具腔內(nèi)，所述成型器具的下端設(shè)有若干根毛細管；
S3：從成型器具頂端向下通入氮氣；
S4：銅液氮氣包裹下于毛細管末端成型，在自身重力作用下墜落至毛細管下方的冷卻池；
S5：對冷卻后的銅球進行收集并研磨；
S6：對研磨后的銅球進行清洗并烘干；
S7：對烘干后的銅球進行圓度篩選，選出真圓度要求合格的銅球，不合格的銅球作為原料回收；
S8：對篩選出來的銅球進行尺寸篩選，選出尺寸符合要求的銅球，不合格的銅球作為原料回收；
S9：對篩選出來的銅球進行拋光、鍍鎳處理；
S10：對拋光、鍍鎳處理后的銅球進行水洗并烘干；
S11：對烘干后的銅球進行鍍釬料處理；
S12：對鍍好釬料的銅球進行電鍍層檢測，合格后進行成品包裝。
S1中所述的銅塊原料的銅含量為99.99％，S2中所述的成型器具和毛細管均采用耐高溫的陶瓷基復(fù)合材料制成，S2中所述的毛細管的內(nèi)直徑為0.5mm，S3中所述的氮氣的流速為0.5m/s，S7中所述的銅球的真圓度要求小于0.03，S8中所述的銅球的直徑為0.03mm，S9中所述鍍鎳是采用滾鍍方式對其產(chǎn)品全部覆蓋鎳層，S11中所述鍍釬料層是采用滾鍍方式對其產(chǎn)品全部覆蓋錫層或錫銀銅層。
實時例2
本發(fā)明提出的一種銅核球的制備方法，包括以下步驟：
S1：電解銅塊，將銅塊原料通過電解工序制成熔融態(tài)銅液；
S2：將熔融態(tài)的銅液注入成型器具腔內(nèi)，所述成型器具的下端設(shè)有若干根毛細管；
S3：從成型器具頂端向下通入氮氣；
S4：銅液氮氣包裹下于毛細管末端成型，在自身重力作用下墜落至毛細管下方的冷卻池；
S5：對冷卻后的銅球進行收集并研磨；
S6：對研磨后的銅球進行清洗并烘干；
S7：對烘干后的銅球進行圓度篩選，選出真圓度要求合格的銅球，不合格的銅球作為原料回收；
S8：對篩選出來的銅球進行尺寸篩選，選出尺寸符合要求的銅球，不合格的銅球作為原料回收；
S9：對篩選出來的銅球進行拋光、鍍鎳處理；
S10：對拋光、鍍鎳處理后的銅球進行水洗并烘干；
S11：對烘干后的銅球進行鍍釬料處理；
S12：對鍍好釬料的銅球進行電鍍層檢測，合格后進行成品包裝。
S1中所述的銅塊原料的銅含量為99.99％，S2中所述的成型器具和毛細管均采用耐高溫的陶瓷基復(fù)合材料制成，S2中所述的毛細管的內(nèi)直徑為0.5mm，S3中所述的氮氣的流速為0.6m/s，S7中所述的銅球的真圓度要求小于0.03，S8中所述的銅球的直徑為0.15mm，S9中所述鍍鎳是采用滾鍍方式對其產(chǎn)品全部覆蓋鎳層，S11中所述鍍釬料層是采用滾鍍方式對其產(chǎn)品全部覆蓋錫層或錫銀銅層。
實施例3
本發(fā)明提出的一種銅核球的制備方法，包括以下步驟：
S1：電解銅塊，將銅塊原料通過電解工序制成熔融態(tài)銅液；
S2：將熔融態(tài)的銅液注入成型器具腔內(nèi)，所述成型器具的下端設(shè)有若干根毛細管；
S3：從成型器具頂端向下通入氮氣；
S4：銅液氮氣包裹下于毛細管末端成型，在自身重力作用下墜落至毛細管下方的冷卻池；
S5：對冷卻后的銅球進行收集并研磨；
S6：對研磨后的銅球進行清洗并烘干；
S7：對烘干后的銅球進行圓度篩選，選出真圓度要求合格的銅球，不合格的銅球作為原料回收；
S8：對篩選出來的銅球進行尺寸篩選，選出尺寸符合要求的銅球，不合格的銅球作為原料回收；
S9：對篩選出來的銅球進行拋光、鍍鎳處理；
S10：對拋光、鍍鎳處理后的銅球進行水洗并烘干；
S11：對烘干后的銅球進行鍍釬料處理；
S12：對鍍好釬料的銅球進行電鍍層檢測，合格后進行成品包裝。
S1中所述的銅塊原料的銅含量為99.99％，S2中所述的成型器具和毛細管均采用耐高溫的陶瓷基復(fù)合材料制成，S2中所述的毛細管的內(nèi)直徑為0.5mm，S3中所述的氮氣的流速為0.8m/s，S7中所述的銅球的真圓度要求小于0.03，S8中所述的銅球的直徑為0.5mm，S9中所述鍍鎳是采用滾鍍方式對其產(chǎn)品全部覆蓋鎳層，S11中所述鍍釬料層是采用滾鍍方式對其產(chǎn)品全部覆蓋錫層或錫銀銅層。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。