[发明专利]可控铜线对接钎焊平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种可控铜线对接钎焊平台，属于材料制备与连接领域，适用于制备微小尺寸(BGA)的微电子用钎焊接头，可以控制钎焊过程中的工艺参数，便于研究微电子用新型钎料的各种性能，包括显微组织观察和力学性能测试，为工业界开发微电子用新型钎料提供有力保障。

背景技术

在微电子封装领域，钎料作为一种重要的连接材料既承载着机械可靠性又承担着传输电流的作用，在服役过程中，钎焊焊点还要承受冲击、机械振动和热疲劳等严峻的服役环境。这就造成了70％电子器件的失效由焊点的失效所致。针对于此，全世界诸多研究机构对焊点的失效机理展开研究，特别是2003年2月13日，欧洲议会与欧盟部长会议组织，正式批准WEEE和RoSH的官方指令生效，强制要求自2006年7月1日起，在欧洲市场上销售的电子产品必须为无铅电子产品(个别类型电子产品暂时除外)。传统锡铅钎料已有上百年的使用历史，而无铅钎料仅仅在最近几年才开始使用，其诸多性能还不被研究人员所知。特别是随着电子产品日益微型化，焊点在尺寸上已经缩减到几百微米左右，以目前主流BGA封装为例，焊点平均直径为100微米，球珊阵列中焊点间距为100μm，那么可在一个1cm×1cm的芯片上放置100×100＝10,000个焊点。总之微型焊点将会是未来电子封装主要方向之一。

在开发适用微型焊点用材料的过程中，多采用以下两种结构：BGA封装，由于BGA封装中含有高成本硅晶片及逻辑电路，所以开发成本很高，且这种结构不利于分析开发新材料时所面临的问题，这主要是因为多物理场耦合是这种封装结构失效的主因，很难确定单一物理场下的影响。另一种结构为，单剪搭接接头，该接头示意图如图1和图2所示，其中铜片1的厚度0.1-0.5mm，钎焊面积2一般为1mm²。但是，该搭接接头的钎焊面积较大，已不能够用于研究微米级焊点失效过程中出现的新问题，比如电迁移，热迁移等。针对于此，有必要设计出尺寸更加微型化的接头，除搭接接头外，对接接头也是目前主流研究对象。美国UCLA大学材料系在开有V型槽硅片上预先放置铜线、钎料球和助焊剂，随后进行钎焊，该方法制备的微米级对接接头可以取代倒装芯片来研发新材料，但是此方法需根据钎料球的大小确定两铜线间隙，无法进行调节，并且该方法不适用于焊膏钎焊。

发明内容

本发明的目的在于克服的现有焊接平台的上述缺陷，提供了一种可控铜线对接钎焊平台，本平台在钎焊过程中可精确控制两铜线间距，可钎焊BGA焊球和焊膏，同时还可固定升温、降温曲线，使得每次钎焊后界面处金属间化合物长度分布保持在固定值(小于10微米)。

为了达到上述目的，本发明采取了如下技术方案。按从上到下的位置关系主要包括有三部分，上部包括有显微成像和拍摄装置，中部包括有冷却风扇12、X-Y-Z三维移动平台7、模具8和放置在模具8内的铜线9、钎料10，下部包括有用于给模具8加热的加热板3、用于控制模具8表面温度的控温仪4和记温仪6，其中，模具8放置在加热板3的上表面，加热板3与控温仪4相连接，热电偶5的一端连接在控温仪4和控温仪6上，另一端直接与模具8的表面相接触。在模具8的U型槽23内放置有两支铜线9，在两支铜线9之间放置有钎料10，右侧的铜线9的右端与X-Y-Z三维移动平台7相连接；在模具8的右上方设置有冷却风扇12；在模具8的正上方按从下到上的顺序依次设置有显微镜物镜15、显微镜目镜14，在显微镜目镜14的正上方放置有与计算机16相连接的摄像头13。

在模具8的上表面和显微镜物镜15之间放置有石英片17。

在加热板3的下部设置有散热风扇11。

本发明中的X-Y-Z三维移动平台7是确保铜线间距的关键，因此需具备以下功能：1)精确调节，最小移动距离为0.01mm；2)调节过程中要保持整体稳定，避免微振动对距离调节的影响；3)由于钎焊铜线一端通过螺钉22与三维移动平台7相连接，两者间有紧密机械结合强度。

模具8是钎焊铜线9、钎料10的主要载体，模具8采用了与钎料不润湿的材料；在其中间位置开有U型槽23，槽的尺寸需要依据铜线直径而定。模具8上方有两块挡板25，挡板25通过螺钉24与模具8相连接。

加热板3具有以下特点：尺寸小，加热速度快，无明火，不易触电，安全性高。