一種核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)制備方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)制備裝置，包括液滴噴射裝置和凸點(diǎn)形成裝置，所述液滴噴射裝置包括并排設(shè)置在腔體上部的核心液滴噴射裝置和外層液滴噴射裝置，核心液滴噴射裝置和外層液滴噴射裝置的坩堝分別通過各自的三維運(yùn)動(dòng)控制器與腔體上部相連，再通過壓電陶瓷、傳動(dòng)桿和加熱帶等的配合噴射液滴；凸點(diǎn)形成裝置包括用于承接液滴噴射裝置噴射出的液滴的基板和基板承載部。本發(fā)明還公開了應(yīng)用上述裝置制備核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)的方法。本發(fā)明可制備均一液滴且頻率可控，實(shí)現(xiàn)焊球制備和凸點(diǎn)制備一次完成，尺寸精度高，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用性強(qiáng)，制備工藝溫度低，可自動(dòng)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)制備方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及電子制造領(lǐng)域，具體地說是一種球柵陣列(Ball Grid Array，BGA)封裝和芯片堆疊封裝技術(shù)中的核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)制備方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在摩爾定律的驅(qū)動(dòng)下，電子器件持續(xù)向高性能和小體積方向發(fā)展，要求電子封裝技術(shù)提供更高的互連密度和更短的互連路徑。目前，球柵陣列封裝和芯片堆疊封裝已成為最重要的兩種技術(shù)解決方案。在上述兩種技術(shù)中，芯片與基板之間以及芯片與芯片之間的互連主要采用凸點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，互連凸點(diǎn)通常由Sn基釬料(如Sn、Sn-Ag、Sn-Cu、Sn-1n、Sn-Ag-Cu等)、純金屬(Cu、Ag、Au等)或上述材料組成的多層結(jié)構(gòu)所構(gòu)成，并為芯片提供電氣連接、機(jī)械支撐和導(dǎo)熱通道等功能。因此，互連凸點(diǎn)的制備成為封裝互連的關(guān)鍵技術(shù)，互連凸點(diǎn)的質(zhì)量決定著電子器件的服役性能及可靠性。
[0003]隨著微互連結(jié)構(gòu)尺寸的不斷減小，由于錫基釬料凸點(diǎn)電阻較大、熱導(dǎo)率較低、強(qiáng)度較低，服役時(shí)芯片和基板之間產(chǎn)生的熱應(yīng)力易造成凸點(diǎn)斷裂失效，不能滿足高可靠性的要求;純金屬凸點(diǎn)雖然具有較低的電阻和較高的熱導(dǎo)率，但其塑性較差，在熱沖擊或機(jī)械振動(dòng)條件下易發(fā)生脆性斷裂，且鍵合時(shí)對(duì)這種凸點(diǎn)的表面平整度及高度一致性要求較高，增加了凸點(diǎn)制備的工藝難度。因此，外層包覆釬料鍍層、內(nèi)部為銅球的核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)兼?zhèn)淞己玫牧W(xué)性能、導(dǎo)熱性能和導(dǎo)電性能，成為技術(shù)解決方案。
[0004]新日鐵材料株式會(huì)社，申請(qǐng)?zhí)枮镴P20050220128和日立金屬株式會(huì)社，申請(qǐng)?zhí)枮镴P20110168436的日本專利提出在金屬球表面制作釬料包覆層形成核殼結(jié)構(gòu)BGA焊球的方法，再經(jīng)過植球和回流工藝，形成核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)。這種技術(shù)中，焊球制備和凸點(diǎn)制備是分步進(jìn)行的，工藝繁瑣、復(fù)雜，植球工藝工作效率不高，易形成漏植或多植，回流時(shí)較高的回流溫度(250 °C)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力并造成基板損傷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)上述提出的技術(shù)問題，而提供一種核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)制備方法及裝置。本發(fā)明主要利用可以形成均一液滴、頻率可控的噴射裝置，包括核心液滴噴射裝置和外層液滴噴射裝置，實(shí)現(xiàn)焊球制備和凸點(diǎn)制備一次完成，尺寸精度高、工藝溫度低、可自動(dòng)化生產(chǎn)。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下:
[0007]—種核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)制備裝置，包括液滴噴射裝置和凸點(diǎn)形成裝置，所述液滴噴射裝置包括用于液滴噴射的腔體、并排設(shè)置在所述腔體上部的核心液滴噴射裝置和外層液滴噴射裝置，所述腔體一側(cè)開有腔體進(jìn)氣口和腔體排氣口，機(jī)械栗與擴(kuò)散栗安裝在所述腔體側(cè)部且與所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置及所述腔體相連;其特征在于:
[0008]所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置結(jié)構(gòu)相同；所述核心液滴噴射裝置包括坩禍和與設(shè)置在所述坩禍頂部的壓電陶瓷相連的且深入所述坩禍及其中熔體內(nèi)部的傳動(dòng)桿，所述坩禍的底部設(shè)有中心孔，所述坩禍底部還連有與所述中心孔相通的薄片，所述薄片上設(shè)有噴射孔，所述坩禍外側(cè)設(shè)有加熱帶所述坩禍頂部開有坩禍進(jìn)氣口和坩禍排氣P；
[0009]所述傳動(dòng)桿底部的直徑小于所述中心孔的直徑，所述噴射孔全部位于所述傳動(dòng)桿底部的正下方；
[0010]所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置的坩禍分別通過各自的三維運(yùn)動(dòng)控制器與所述腔體上部相連，所述腔體中部?jī)蓚?cè)還設(shè)有維持腔體溫度的腔體溫度控制器；
[0011]所述凸點(diǎn)形成裝置包括用于承接所述液滴噴射裝置噴射出的液滴的基板和用于放置所述基板且對(duì)所述基板施加超聲振動(dòng)的基板承載部，所述基板承載部的水平長(zhǎng)度大于等于所述核心液滴噴射裝置的噴射孔和所述外層液滴噴射裝置的噴射孔之間的距離；
[0012]所述噴射孔與所述基板之間的垂直距離D與所述基板的溫度T之間滿足以下關(guān)系，T> 100+(D-5) Χ5ο
[0013]上述的壓電陶瓷振動(dòng)頻率在0.1Hz?200Hz范圍內(nèi)，上述的三維運(yùn)動(dòng)控制器與計(jì)算機(jī)相連，在裝置工作前，設(shè)定好預(yù)先的程序，通過三維運(yùn)動(dòng)控制器控制所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置各自坩禍在腔體上部的移動(dòng)與凸點(diǎn)形成裝置的基板配合完成噴射液滴和核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)形成。
[0014]進(jìn)一步地，當(dāng)所述基板承載部為基板放置平臺(tái)時(shí)，所述凸點(diǎn)形成裝置置于所述腔體底部，所述基板放置平臺(tái)上具有傳送裝置，工作時(shí)，所述機(jī)械栗與所述擴(kuò)散栗對(duì)所述腔體、所述核心液滴噴射裝置的坩禍和所述外層液滴噴射裝置的坩禍抽真空；
[0015]當(dāng)所述基板承載部為傳送帶時(shí)，所述傳送帶位于所述腔體下方，所述腔體下部無(wú)底;或者將所述腔體下部?jī)蓚?cè)側(cè)壁開設(shè)對(duì)稱的可供所述傳送帶穿過的開口，所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置與所述傳送帶之間還設(shè)有保護(hù)氣體噴射裝置，所述保護(hù)氣體噴射裝置可提供惰性氣體，如He、Ar，工作時(shí)，所述機(jī)械栗與所述擴(kuò)散栗僅對(duì)所述核心液滴噴射裝置的坩禍和所述外層液滴噴射裝置的坩禍抽真空。
[0016]進(jìn)一步地，所述核心液滴噴射裝置的坩禍和所述外層液滴噴射裝置的坩禍內(nèi)均置有熱電偶，所述核心液滴噴射裝置的坩禍用于盛放核心金屬原料，所述外層液滴噴射裝置的坩禍用于盛放釬料合金原料，所述噴射孔的直徑范圍為0.0lmm-0.5_。本發(fā)明中，所述坩禍及所述薄片與核心金屬原料、釬料合金原料熔體的潤(rùn)濕角大于90°。
[0017]進(jìn)一步地，所述傳動(dòng)桿底部的直徑小于所述中心孔的直徑，具體比值視工藝設(shè)計(jì)需要而定，所述噴射孔全部位于所述傳動(dòng)桿底部的正下方。
[0018]進(jìn)一步地，所述基板上制作有金屬焊盤陣列圖形(包含有Sn或Sn基釬料表面處理層)，金屬焊盤的直徑小于所述噴射孔的直徑。
[0019]進(jìn)一步地，所述噴射孔為單孔、單列孔或與金屬焊盤陣列圖形相同的全陣列孔。
[0020]本發(fā)明還公開了一種應(yīng)用上述的裝置制備核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)的制備方法，其特征在于包括如下步驟:
[0021]S1、基板放置及設(shè)置三維運(yùn)動(dòng)控制器參數(shù):將基板放置在基板放置平臺(tái)或傳送帶上，當(dāng)放置在傳送帶上時(shí)，需將基板傳送至核心液滴噴射裝置的工作區(qū)域后再根據(jù)基板上金屬焊盤的位置及液滴噴射距離設(shè)定三維運(yùn)動(dòng)控制器參數(shù)；
[0022]S2、裝料:將核心金屬原料裝入所述核心液滴噴射裝置的坩禍中，所述核心金屬原料，如Cu、N1、Au、Ag等;將釬料合金原料裝入外層液滴噴射裝置的坩禍中，兩種原料的放入量均為各自坩禍容量的1/4-3/4;
[0023]S3、抽真空:利用機(jī)械栗和擴(kuò)散栗對(duì)所述核心液滴噴射裝置的坩禍和所述外層液滴噴射裝置的坩禍及腔體抽真空至10—3Pa，然后充入高純度惰性氣體，如Ar、He，使腔體內(nèi)壓力達(dá)到一個(gè)大氣壓；當(dāng)腔體與大氣連通的情況下，只對(duì)所述核心液滴噴射裝置的坩禍和所述外層液滴噴射裝置的坩禍內(nèi)部進(jìn)行抽真空及充入保護(hù)氣體；
[0024]S4、加熱:根據(jù)核心金屬原料和釬料合金原料的熔點(diǎn)分別設(shè)定加熱帶的功率，待加熱溫度分別達(dá)到各原料預(yù)設(shè)溫度后保溫10min-30min，使核心金屬原料和釬料合金原料完全熔化，分別調(diào)整所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置的傳動(dòng)桿與噴射孔的間距為2cm_5cm;
[0025]S5、形成壓差與噴射液滴:所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置分別通過各自的坩禍進(jìn)氣口向坩禍中充入保護(hù)氣體，如Ar、He，并使坩禍與腔體間形成差壓0-50kPa，給壓電陶瓷輸入一定波型的脈沖信號(hào)，壓電陶瓷帶動(dòng)傳動(dòng)桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，坩禍中熔體在傳動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)擠壓下從噴射孔處噴出，形成液滴，三維運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)程序設(shè)置，進(jìn)行XYZ方向移動(dòng)坩禍，配合壓電陶瓷振動(dòng)，使噴出液滴可準(zhǔn)確落于金屬焊盤上；
[0026]S6、形成核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn):調(diào)節(jié)腔體溫度控制器，使基板溫度維持在100°C_200°C ;首先利用核心液滴噴射裝置進(jìn)行核心金屬液滴噴射，在所有金屬焊盤上形成核心金屬凸點(diǎn)，然后利用基板放置平臺(tái)上的傳送裝置或傳送帶將基板傳送至外層液滴噴射裝置的工作區(qū)域，進(jìn)行外層釬料合金液滴噴射，以上述方式在所有金屬焊盤上形成核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)；
[0027]S7、取出基板:當(dāng)基板放置在基板放置平臺(tái)上時(shí)，打開腔體，取出基板；當(dāng)基板放置在傳送帶上時(shí)，利用傳送帶將加工完畢的基板傳送至腔體外，同時(shí)將下一個(gè)待加工基板傳送至液滴噴射工作區(qū)域;或者利用傳送帶將加工完畢的基板傳送至腔體外，同時(shí)將下一個(gè)待加工基板傳送至核心液滴噴射工作區(qū)域，然后利用保護(hù)氣體噴射裝置將保護(hù)氣體噴向基板處，進(jìn)而進(jìn)行下一基板的加工。
[0028]進(jìn)一步地，所述步驟S5中，所述壓電陶瓷的振動(dòng)頻率在0.1Hz?200Hz，在噴射液滴時(shí)對(duì)所述基板進(jìn)行超聲振動(dòng)。
[0029]進(jìn)一步地，所述步驟S5中，在噴射液滴時(shí)對(duì)所述基板進(jìn)行超聲振動(dòng)。
[0030]進(jìn)一步地，所述步驟S5中，所述金屬焊盤上涂覆有助焊劑。
[0031]進(jìn)一步地，所述步驟S5中，在Z方向上調(diào)整噴射孔與基板之間的垂直距離D為5cm-25cm，，且所述噴射孔與所述基板之間的垂直距離D與所述基板的溫度T之間滿足以下關(guān)系，T 2 100+(D-5) X 5，以使所述液滴降落在所述金屬焊盤上時(shí)尚未凝固。優(yōu)選地，該距離為1cm-15cm，基板溫度T為 125 °C-150 °C。
[0032]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可一次性完成焊球制備和互連凸點(diǎn)制備，主要是使用高純惰性氣體，如He、Ar，分別通入核心液滴噴射裝置的坩禍和外層液滴噴射裝置的坩禍與腔體內(nèi)，并使坩禍與腔體間產(chǎn)生穩(wěn)定壓差，通過實(shí)際工作需要預(yù)先設(shè)定噴射孔與基板間的距離、坩禍和腔體內(nèi)的壓差及溫度等，再將一定波形的脈沖信號(hào)輸入壓電陶瓷，繼而壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)桿振動(dòng)，在傳動(dòng)桿振動(dòng)與壓差雙重作用下，i甘禍中恪體從i甘禍底部薄片上的噴射孔中噴出，形成頻率可控的均一液滴；同時(shí)，本發(fā)明將基板置于核心液滴噴射裝置工作區(qū)域，并將其上金屬焊盤位置參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)控制三維運(yùn)動(dòng)控制器控制腔體內(nèi)坩禍的運(yùn)動(dòng)，與壓電陶瓷振動(dòng)配合，噴出液滴最終落在基板上的金屬焊盤相應(yīng)區(qū)域，在核心液滴滴落完畢后，將基板傳送至外層液滴噴射裝置工作區(qū)域進(jìn)行液滴噴射；由于腔體內(nèi)的溫度視噴射孔與基板之間的垂直距離而設(shè)定，使得液滴落在金屬焊盤上時(shí)仍未凝固，且焊盤上的助焊劑可防止液滴散落，核心液滴在超聲振動(dòng)下與金屬焊盤發(fā)生界面反應(yīng)并凝固，外層液滴在超聲振動(dòng)下與已經(jīng)凝固的核心金屬發(fā)生界面反應(yīng)并凝固，最終形成核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)；從而實(shí)現(xiàn)焊球制備和凸點(diǎn)制備一次完成，制備出的凸點(diǎn)成分均勻、尺寸精度高，工藝溫度低，避免基板燒損或放生變形，工藝簡(jiǎn)單，可自動(dòng)化生產(chǎn)。
[0033]基于上述理由本發(fā)明可在球柵陣列封裝和芯片堆疊封裝等領(lǐng)域廣泛推廣。
【附圖說明】
[0034]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0035]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖一。
[0036]圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖二。
[0037]圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖三。
[0038]圖中:1、腔體11、機(jī)械栗12、擴(kuò)散栗13、腔體排氣口14、腔體進(jìn)氣口 15、腔體溫度控制器16、保護(hù)氣體噴射裝置17、開口 2、坩禍21、三維運(yùn)動(dòng)控制器22、壓電陶瓷23、傳動(dòng)桿24、坩禍進(jìn)氣口 25、坩禍排氣口 26、坩禍加熱帶27、薄片271、噴射孔3、凸點(diǎn)形成裝置31、基板放置平臺(tái)31’、傳送帶32、基板33、核心金屬凸點(diǎn)34、核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)4、釬料合金液滴5、核心金屬液滴。
【具體實(shí)施方式】
[0039]如圖1所示，一種核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)制備裝置，包括液滴噴射裝置和凸點(diǎn)形成裝置3，所述液滴噴射裝置包括用于液滴噴射的腔體1、并排設(shè)置在所述腔體I上部的核心液滴噴射裝置和外層液滴噴射裝置；
[0040]所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置結(jié)構(gòu)相同；以所述核心液滴噴射裝置為例，包括坩禍2和與設(shè)置在所述坩禍2頂部的壓電陶瓷22相連的且深入所述坩禍2及其中熔體內(nèi)部的傳動(dòng)桿23，所述坩禍2的底部設(shè)有中心孔，所述坩禍2底部還連有與所述中心孔相通的薄片27，所述薄片27上設(shè)有噴射孔271，所述噴射孔271為單孔、單列孔或與金屬焊盤陣列圖形相同的全陣列孔;所述核心液滴噴射裝置的坩禍和所述外層液滴噴射裝置的坩禍內(nèi)均置有熱電偶，所述核心液滴噴射裝置的坩禍2用于盛放核心金屬原料，所述外層液滴噴射裝置的坩禍用于盛放釬料合金原料，所述噴射孔271的直徑范圍為0.0lmm-0.5mm。所述坩禍2及所述薄片27與核心金屬原料、釬料合金原料熔體的潤(rùn)濕角大于90°。所述傳動(dòng)桿23底部的直徑小于所述中心孔的直徑，所述噴射孔271全部位于所述傳動(dòng)桿23底部的正下方。
[0041 ] 所述坩禍2外側(cè)設(shè)有加熱帶26所述坩禍2頂部開有坩禍進(jìn)氣口 24和坩禍排氣口 25 ；所述腔體I 一側(cè)開有腔體進(jìn)氣口 14和腔體排氣口 13，腔體進(jìn)氣口 14和腔體排氣口 13在腔體I為封閉腔體時(shí)設(shè)計(jì)，在腔體I為開放式時(shí)省去;機(jī)械栗11與擴(kuò)散栗12安裝在所述腔體I側(cè)部且與安裝在所述腔體I側(cè)部且與所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置及所述腔體I相連，用于對(duì)腔體I和噴射裝置的坩禍抽真空；所述壓電陶瓷22振動(dòng)頻率在0.1Hz?200Hz范圍內(nèi)。
[0042]所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置的坩禍2分別通過各自的三維運(yùn)動(dòng)控制器21與所述腔體I上部相連，所述腔體I中部?jī)蓚?cè)還設(shè)有維持腔體I溫度的腔體溫度控制器15;
[0043]所述凸點(diǎn)形成裝置3包括用于承接所述液滴噴射裝置噴射出的液滴的基板32和用于放置所述基板32的基板承載部，所述基板承載部的水平長(zhǎng)度大于等于所述核心液滴噴射裝置的噴射孔和所述外層液滴噴射裝置的噴射孔之間的距離。所述基板32上制作有金屬焊盤陣列圖形，金屬焊盤的直徑小于所述噴射孔271的直徑，所述噴射孔271與所述基板32之間的垂直距離D與所述基板32的溫度T之間滿足以下關(guān)系，T 2 100+(D-5)X5，以使液滴降落在所述金屬焊盤上時(shí)尚未凝固。
[0044]如圖1所示，當(dāng)所述基板承載部為基板放置平臺(tái)31時(shí)，所述凸點(diǎn)形成裝置3置于所述腔體I底部，所述基板放置平臺(tái)31上具有傳送裝置，工作時(shí)，所述機(jī)械栗11與所述擴(kuò)散栗12對(duì)所述腔體1、所述核心液滴噴射裝置的坩禍和所述外層液滴噴射裝置的坩禍抽真空；
[0045]如圖2所示，當(dāng)所述基板承載部為傳送帶31’時(shí)，所述傳送帶31’位于所述腔體I下方，所述腔體I下部無(wú)底;如圖3所示，將所述腔體I下部?jī)蓚?cè)側(cè)壁開設(shè)對(duì)稱的可供所述傳送帶31 ’穿過的開口 17，所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置與所述傳送帶31’之間還設(shè)有保護(hù)氣體噴射裝置16，保護(hù)氣體噴射裝置16可提供惰性氣體，如He、Ar，工作時(shí)，所述機(jī)械栗11與所述擴(kuò)散栗12僅對(duì)所述核心液滴噴射裝置的坩禍和所述外層液滴噴射裝置的坩禍抽真空。
[0046]本發(fā)明在噴射液滴時(shí)對(duì)所述基板32進(jìn)行超聲振動(dòng)，所述金屬焊盤上涂覆有助焊劑。
[0047]應(yīng)用上述的裝置制備核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)的制備方法，包括如下步驟:
[0048]S1、基板32放置及設(shè)置三維運(yùn)動(dòng)控制器21參數(shù):將基板32放置在基板放置平臺(tái)31或傳送帶31’上，當(dāng)放置在傳送帶31，上時(shí)，需將基板32傳送至核心液滴噴射裝置的工作區(qū)域后再根據(jù)基板32上金屬焊盤的位置及核心金屬液滴5噴射距離設(shè)定三維運(yùn)動(dòng)控制器21參數(shù)(此設(shè)置參數(shù)同時(shí)也包括了根據(jù)傳送裝置或傳送帶的傳輸速度設(shè)定外層液滴噴射裝置的參數(shù)等);
[0049]S2、裝料:將核心金屬原料Cu裝入所述核心液滴噴射裝置的坩禍2中；將釬料合金原料Sn63-Pb37裝入外層液滴噴射裝置的坩禍中，兩種原料的放入量均為各自坩禍容量的1/2；
[0050]S3、抽真空:利用機(jī)械栗11和擴(kuò)散栗12對(duì)所述核心液滴噴射裝置的坩禍和所述外層液滴噴射裝置的坩禍及腔體I抽真空至10—3Pa,然后充入高純度惰性氣體，使腔體I內(nèi)壓力達(dá)到一個(gè)大氣壓；當(dāng)腔體I與大氣連通的情況下，只對(duì)所述核心液滴噴射裝置的坩禍和所述外層液滴噴射裝置的坩禍內(nèi)部進(jìn)行抽真空及充入高純度氦氣；
[0051 ] S4、加熱:根據(jù)核心金屬原料Cu和釬料合金原料Sn63-Pb37的熔點(diǎn)分別設(shè)定加熱帶26的功率，待加熱溫度分別達(dá)到各原料熔點(diǎn)后再升溫20 °C，保溫30min，使核心金屬原料和釬料合金原料完全熔化，分別調(diào)整所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置的傳動(dòng)桿23與噴射孔271的間距為2cm;
[0052]S5、形成壓差與噴射液滴:所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置分別通過各自的坩禍2進(jìn)氣口向坩禍2中充入高純度氦氣，并使坩禍2與腔體I間形成差壓，其中核心液滴噴射裝置為50kPa，外層液滴噴射裝置為20kPa，給壓電陶瓷22輸入梯形波的脈沖信號(hào)振動(dòng)頻率在0.5Hz?2kHz，壓電陶瓷22帶動(dòng)傳動(dòng)桿23往復(fù)運(yùn)動(dòng)，坩禍2中熔體在傳動(dòng)桿23的運(yùn)動(dòng)擠壓下從噴射孔271處噴出，核心液滴噴射裝置的坩禍底部形成核心金屬液滴5，三維運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)程序設(shè)置，進(jìn)行XYZ方向移動(dòng)坩禍，配合壓電陶瓷22振動(dòng)，使噴出液滴可準(zhǔn)確落于金屬焊盤形成核心金屬凸點(diǎn)33，所述金屬焊盤上涂覆有助焊劑;外層液滴噴射裝置的坩禍底部形成釬料合金液滴4;上述兩種液滴降落在所述金屬焊盤上時(shí)尚未凝固，在Z方向上調(diào)整噴射孔271與基板32之間的距離為20cm。在噴射液滴時(shí)對(duì)所述基板32進(jìn)行超聲振動(dòng)。
[0053]S6、形成核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)34:調(diào)節(jié)腔體溫度控制器15，使基板32溫度維持在200°C;首先利用核心液滴噴射裝置進(jìn)行核心金屬液滴5噴射，在所有金屬焊盤上形成核心金屬凸點(diǎn)33，然后利用基板放置平臺(tái)31上的傳送裝置或傳送帶31’將基板32傳送至外層液滴噴射裝置的工作區(qū)域，進(jìn)行外層釬料合金液滴4噴射，外層液滴噴射裝置的坩禍底部形成釬料合金液滴4滴落在所述核心金屬凸點(diǎn)33上形成核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)34，以上述方式在所有金屬焊盤上形成核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)34 ；
[0054]S7、取出基板:當(dāng)基板32放置在基板放置平臺(tái)31上時(shí)，打開腔體I，取出基板32;當(dāng)基板32放置在傳送帶31，上時(shí)，利用傳送帶31，將加工完畢的基板32傳送至腔體I外，同時(shí)將下一個(gè)待加工基板32傳送至液滴噴射工作區(qū)域;或者利用傳送帶31’將加工完畢的基板32傳送至腔體I外，同時(shí)將下一個(gè)待加工基板32傳送至核心液滴噴射工作區(qū)域，然后利用保護(hù)氣體噴射裝置16將保護(hù)氣體噴向基板32處，進(jìn)而進(jìn)行下一基板32的加工。
[0055]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)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(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)制備裝置，包括液滴噴射裝置和凸點(diǎn)形成裝置，所述液滴噴射裝置包括用于液滴噴射的腔體、并排設(shè)置在所述腔體上部的核心液滴噴射裝置和外層液滴噴射裝置，所述腔體一側(cè)開有腔體進(jìn)氣口和腔體排氣口，機(jī)械栗與擴(kuò)散栗安裝在所述腔體側(cè)部且與所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置及所述腔體相連;其特征在于: 所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置結(jié)構(gòu)相同；所述核心液滴噴射裝置包括坩禍和與設(shè)置在所述坩禍頂部的壓電陶瓷相連的且深入所述坩禍及其中熔體內(nèi)部的傳動(dòng)桿，所述坩禍的底部設(shè)有中心孔，所述坩禍底部還連有與所述中心孔相通的薄片，所述薄片上設(shè)有噴射孔，所述坩禍外側(cè)設(shè)有加熱帶所述坩禍頂部開有坩禍進(jìn)氣口和坩禍排氣口； 所述傳動(dòng)桿底部的直徑小于所述中心孔的直徑，所述噴射孔全部位于所述傳動(dòng)桿底部的正下方； 所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置的坩禍分別通過各自的三維運(yùn)動(dòng)控制器與所述腔體上部相連，所述腔體中部?jī)蓚?cè)還設(shè)有維持腔體溫度的腔體溫度控制器； 所述凸點(diǎn)形成裝置包括用于承接所述液滴噴射裝置噴射出的液滴的基板和用于放置所述基板且對(duì)所述基板施加超聲振動(dòng)的基板承載部，所述基板承載部的水平長(zhǎng)度大于等于所述核心液滴噴射裝置的噴射孔和所述外層液滴噴射裝置的噴射孔之間的距離； 所述噴射孔與所述基板之間的垂直距離D與所述基板的溫度T之間滿足以下關(guān)系，T2100+(D-5) X5。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)制備裝置，其特征在于:當(dāng)所述基板承載部為基板放置平臺(tái)時(shí)，所述凸點(diǎn)形成裝置置于所述腔體底部，所述基板放置平臺(tái)上具有傳送裝置，工作時(shí)，所述機(jī)械栗與所述擴(kuò)散栗對(duì)所述腔體、所述核心液滴噴射裝置的坩禍和所述外層液滴噴射裝置的坩禍抽真空； 當(dāng)所述基板承載部為傳送帶時(shí)，所述傳送帶位于所述腔體下方，所述腔體下部無(wú)底;或者將所述腔體下部?jī)蓚?cè)側(cè)壁開設(shè)對(duì)稱的可供所述傳送帶穿過的開口，所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置與所述傳送帶之間還設(shè)有保護(hù)氣體噴射裝置，工作時(shí)，所述機(jī)械栗與所述擴(kuò)散栗僅對(duì)所述核心液滴噴射裝置的坩禍和所述外層液滴噴射裝置的坩禍抽真空。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)制備裝置，其特征在于:所述核心液滴噴射裝置的坩禍和所述外層液滴噴射裝置的坩禍內(nèi)均置有熱電偶，所述核心液滴噴射裝置的坩禍用于盛放核心金屬原料，所述外層液滴噴射裝置的坩禍用于盛放釬料合金原料，所述噴射孔的直徑范圍為0.0lmm-0.5mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)制備裝置，其特征在于:所述基板上制作有金屬焊盤陣列圖形，金屬焊盤的直徑小于所述噴射孔的直徑。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)制備裝置，其特征在于:所述噴射孔為單孔、單列孔或與金屬焊盤陣列圖形相同的全陣列孔。6.—種應(yīng)用如權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的裝置制備核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)的制備方法，其特征在于包括如下步驟: S1、基板放置及設(shè)置三維運(yùn)動(dòng)控制器參數(shù):將基板放置在基板放置平臺(tái)或傳送帶上，當(dāng)放置在傳送帶上時(shí)，需將基板傳送至核心液滴噴射裝置的工作區(qū)域后再根據(jù)基板上金屬焊盤的位置及液滴噴射距離設(shè)定三維運(yùn)動(dòng)控制器參數(shù)； 52、裝料:將核心金屬原料裝入所述核心液滴噴射裝置的坩禍中；將釬料合金原料裝入外層液滴噴射裝置的坩禍中，兩種原料的放入量均為各自坩禍容量的1/4-3/4; 53、抽真空:利用機(jī)械栗和擴(kuò)散栗對(duì)所述核心液滴噴射裝置的坩禍和所述外層液滴噴射裝置的坩禍及腔體抽真空至10—3Pa,然后充入高純度惰性氣體，使腔體內(nèi)壓力達(dá)到一個(gè)大氣壓；當(dāng)腔體與大氣連通的情況下，只對(duì)所述核心液滴噴射裝置的坩禍和所述外層液滴噴射裝置的坩禍內(nèi)部進(jìn)行抽真空及充入保護(hù)氣體； 54、加熱:根據(jù)核心金屬原料和釬料合金原料的熔點(diǎn)分別設(shè)定加熱帶的功率，待加熱溫度分別達(dá)到各原料預(yù)設(shè)溫度后保溫10min-30min，使核心金屬原料和釬料合金原料完全熔化，分別調(diào)整所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置的傳動(dòng)桿與噴射孔的間距為2cm_5cm; 55、形成壓差與噴射液滴:所述核心液滴噴射裝置和所述外層液滴噴射裝置分別通過各自的坩禍進(jìn)氣口向坩禍中充入保護(hù)氣體，并使坩禍與腔體間形成差壓0_50kPa，給壓電陶瓷輸入一定波型的脈沖信號(hào)，壓電陶瓷帶動(dòng)傳動(dòng)桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，坩禍中熔體在傳動(dòng)桿的運(yùn)動(dòng)擠壓下從噴射孔處噴出，形成液滴，三維運(yùn)動(dòng)控制器根據(jù)程序設(shè)置，進(jìn)行XYZ方向移動(dòng)坩禍，配合壓電陶瓷振動(dòng)，使噴出液滴可準(zhǔn)確落于金屬焊盤上； 56、形成核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn):調(diào)節(jié)腔體溫度控制器，使基板溫度維持在1000C-2000C;首先利用核心液滴噴射裝置進(jìn)行核心金屬液滴噴射，在所有金屬焊盤上形成核心金屬凸點(diǎn)，然后利用基板放置平臺(tái)上的傳送裝置或傳送帶將基板傳送至外層液滴噴射裝置的工作區(qū)域，進(jìn)行外層釬料合金液滴噴射，以上述方式在所有金屬焊盤上形成核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)； 57、取出基板:當(dāng)基板放置在基板放置平臺(tái)上時(shí)，打開腔體，取出基板；當(dāng)基板放置在傳送帶上時(shí)，利用傳送帶將加工完畢的基板傳送至腔體外，同時(shí)將下一個(gè)待加工基板傳送至液滴噴射工作區(qū)域;或者利用傳送帶將加工完畢的基板傳送至腔體外，同時(shí)將下一個(gè)待加工基板傳送至核心液滴噴射工作區(qū)域，然后利用保護(hù)氣體噴射裝置將保護(hù)氣體噴向基板處，進(jìn)而進(jìn)行下一基板的加工。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)的制備方法，其特征在于:所述步驟S5中，所述壓電陶瓷的振動(dòng)頻率在0.1Hz?200Hz，在噴射液滴時(shí)對(duì)所述基板進(jìn)行超聲振動(dòng)。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)的制備方法，其特征在于:所述步驟S5中，在噴射液滴時(shí)對(duì)所述基板進(jìn)行超聲振動(dòng)。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)的制備方法，其特征在于:所述步驟S5中，所述金屬焊盤上涂覆有助焊劑。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的核殼結(jié)構(gòu)凸點(diǎn)的制備方法，其特征在于:所述步驟S5中，在Z方向上調(diào)整噴射孔與所述基板之間的垂直距離為5cm-25cm，且所述噴射孔與所述基板之間的垂直距離D與所述基板的溫度T之間滿足以下關(guān)系，T 2 100+(D-5) X 5，以使液滴降落在所述金屬焊盤上時(shí)尚未凝固。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK105826207SQ201610153647
【公開日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年3月17日
【發(fā)明人】董偉, 趙寧, 康世薇, 鐘毅, 許富民, 魏宇婷
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)