一種在陶瓷基板上制作針柵陣列的工藝方法
【專利說明】一種在陶瓷基板上制作針柵陣列的工藝方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及制作針柵陣列的工藝方法，尤其涉及一種在陶瓷基板上制作針柵陣列的工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0003]針柵陣列(PGA)封裝技術(shù)是微電子封裝技術(shù)的一個分支，傳統(tǒng)的芯片封裝為周邊引線結(jié)構(gòu)，PGA封裝是面陣引線結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點是:
O比傳統(tǒng)封裝具有更多的I/O數(shù)目以及更低的引線電感、電容和信號燥聲；
2)能夠?qū)崿F(xiàn)一體化氣密性封裝結(jié)構(gòu)，具有高可靠性，常用于高可靠和高端領(lǐng)域。
[0004]目前，行業(yè)中PGA封裝引線制作方法采用Au基焊料膏材料和帶式釬焊爐實現(xiàn)。其手段類似常規(guī)的SMT工藝。缺點是:
1)Au基焊料膏材料貨源緊缺，市場采購困難；
2)Au基焊料膏適合大批量產(chǎn)品加工，對于中小批量產(chǎn)品加工，材料成本過高；
3)帶式釬焊爐焊接環(huán)境控制難度高，焊接周期長，焊接質(zhì)量難以滿足要求。因此，到目前為止，PGA引線可靠性仍是行業(yè)技術(shù)人員需要解決的棘手難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種在陶瓷基板上制作針柵陣列的工藝方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種在陶瓷基板上制作針柵陣列的工藝方法，其特征是，包括以下步驟:
采用厚膜成膜或低溫共燒陶瓷制作PGA基板；
采用Au基共晶焊料片作為針式引線焊接材料；
選用可伐鍍金材料作為針式引線材料；
采用真空共晶焊方法實現(xiàn)針式引線與PGA基板的焊接。
[0007]PGA基板為成膜基板或LTCC基板。
[0008]在PGA基板上還焊接有焊盤，焊接步驟如下:
al)將焊料片通過手工或自動粘片的方法放置到PGA基板上的焊區(qū)； a2)在焊料片上壓上一陶瓷壓片；
a3)帶有焊料片的PGA基板及陶瓷壓片一同放置到真空共晶焊爐內(nèi)的加熱板上，PGA基板接觸真空共晶焊爐的加熱板；
a4)按照設(shè)置的共晶焊接曲線進行焊接，在PGA基板的焊盤上形成一層共晶焊料層。
[0009]針式引線與PGA基板的焊接步驟如下:
bl)將針式引線依次插入石墨定位槽中陣列排列的引線導孔中； b2)將已上共晶焊料層的PGA基板壓入插好針式引線的石墨定位槽中，PGA基板上的焊盤一一對應(yīng)地頂住各針式引線的釘頭，形成焊接組件；
b3)將焊接組件放置在真空共晶焊爐內(nèi)的加熱板上，PGA基板面與加熱板接觸； b4)在石墨頂面加上加壓壓塊；
5)按照設(shè)置的共晶焊接曲線進行焊接，使針式引線焊接到PGA基板上。
[0010]所述共晶焊接曲線包括以下幾個階段:
①時間tl?t2階段:在室溫環(huán)境下，抽真空、充氮氣；
②時間t2?t5階段:以45°C/min的速率升溫至溫度T3，且從溫度T2開始抽真空后再加甲酸；其中，T3>T2>室溫；
③時間t5?t6階段:在溫度T3下保溫60s?90s；
④時間t6?t7階段:以45°C/min的速率升溫至溫度T4，T4>T3 ；
⑤時間t7?t8階段:在溫度T4和充甲酸環(huán)境下保溫60s?120s；
⑥時間t8?t9階段:抽真空并保溫60s?120s；
⑦時間t9?tlO階段:充氮氣，冷卻至室溫。
[0011]溫度T2=150°C?170°C。
[0012]溫度T3=焊料片共晶點一(20 °C?30 °C )。
[0013]其特征是，溫度T4=焊料共晶點+ (30 °C?50 °C )。
[0014]本發(fā)明所達到的有益效果:
1)工藝簡單，靈活，材料成本較低，適合小批量產(chǎn)品加工；
2)焊接層連接強度高；
3)焊接層電阻、熱阻都很小，導電性好、導熱快；
4)環(huán)境適應(yīng)性好，耐機械疲勞和冷熱疲勞，抗蠕變，長期可靠性高。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的工藝流程圖；
圖2是工藝操作示意圖；
圖3是共晶焊接曲線圖；
圖4是共晶焊夾具不意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護范圍。
[0017]I技術(shù)方案，如圖1所示，
1)采用厚膜成膜或低溫陶瓷共燒(LTCC)制作PGA成膜基板；
2)采用Au基共晶焊料片(焊片)作為針式引線焊接材料；
3)選用可伐鍍金材料作為針式引線材料；
4)采用真空共晶焊方法實現(xiàn)針式引線與PGA成膜基板焊接。
[0018]2關(guān)鍵工藝參數(shù)及材料控制 2.1 PGA基板制作工藝 PGA基板是成膜基板或者是LTCC基板。
[0019]成膜基板定義:通過印刷掩模板的上絲網(wǎng)網(wǎng)孔，將厚膜漿料均勻地沉積到96%A1203基片上，再經(jīng)過峰值溫度為850°C環(huán)境燒結(jié)而形成具有一定厚度和形狀的厚膜基板。
[0020]LTCC基板定義:通過印刷掩模板的上絲網(wǎng)網(wǎng)孔，將厚膜漿料均勻地沉積到生瓷片上，再將多層印制圖形的生瓷片經(jīng)過疊片、層壓、燒結(jié)等工序形成LTCC基板。
[0021]a)材料
I)基片:96% Al2O3陶瓷，厚度為彡1.0臟；或者，0即0社951生瓷(或性能相當生瓷)，10層以上。
[0022]2)PGA焊盤導體:DUP0NT-5081/5082或相當性能的厚膜導體漿料；或者DUP0NT-6118導體上化學鍍涂Ni/Pd/Au。
[0023]b)基板尺寸
1)厚度(tl)彡1.0mm ;
2)長度(LI)彡10.0mm ;
3)寬度(Wl)彡10.0mm0
[0024]c ) PGA焊盤尺寸
1)焊盤節(jié)距:2.54mm ；
2)焊盤直徑:1.8mm?2.0mm ；
3)掩模開口: 1.4mm ?1.8mm。
[0025]d)工藝參數(shù)
1)DUP0NT-5081/5082 燒結(jié)膜厚彡 50 μπι ；
2)DUPONT-6118 燒結(jié)膜厚彡 15 μπι;
3)化學鍍Ni/Pd/Au 厚度:4 μ m/0.1 μ m/0.1 μ m。
[0026]2.2真空共晶焊工藝工藝操作圖示(見圖2)
a)PGA焊盤預(yù)上焊料
1)將預(yù)成型焊片通過手工或自動粘片的方法放置到PGA焊區(qū)(PGA焊區(qū)也可以上一薄層膏狀助焊劑)；
2)壓上陶瓷壓片(目的是固定焊片和加壓)；