[发明专利]热-超声-电磁多场复合再流焊方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种再流焊方法，具体涉及一种热-超声-磁场复合条件下的再流焊方法。

背景技术

为了满足电子系统的多功能化、高性能、低功率损耗、小尺寸等发展需求，电子电路表面组装技术（SMT，Surface Mount Technology）已成为电子封装技术的核心之一，并向着高密度、三维立体、微机电系统一体化的方向发展。随着封装密度的提高，焊点尺寸日益减小，金属间化合物(Intemetallic Compounds-IMCs)在焊点中所占比例越来越大，界面IMCs逐渐成为焊点的主要组成单元，当有限个不同取向的IMCs晶粒在微焊点中比重增大到一定程度时，焊点在各种载荷下的力学行为将与原始材料以及相同材料大焊点产生显著差异，界面IMCs成为焊点可靠性主导的趋势日益彰显。许多研究表明钎料同焊盘界面的IMCs与焊点可靠性密切相关。IMCs晶体力学性质的各向异性，具有不同择优取向IMCs的焊点将表现出不同的力学行为。因此如何获得力学和物理性能优异晶体取向的IMCs是对再流焊技术的挑战。

再流焊（亦称回流焊）是预先在印制电路板（PCB, Printed Circuit Board）焊盘施放适量焊料，贴放表面组装元器件，如BGA（Ball Grid Array）器件，经固化后，在利用外部热源使焊料再次流动已达到互连目的的一种工艺。

传统的表面贴装再流焊工艺主要有：热板传导再流焊、红外辐射加热再流焊、热风对流再流焊、红外热风再流焊、气相加热再流焊。其中热板传导再流焊和热风对流再流焊最为常用。这些再流焊工艺虽然能够满足互连的基本需求，但对于实现焊点界面处金属间化合物IMCs的定向生长的要求，却远不能满足。目前再流焊工艺的区别主要是加热方式、加热部位和热传导方式的不同，但难以控制焊点的微观组织，特别是焊点界面金属间化合物IMCs的晶粒取向，具体表现为：

（1）热板传导再流焊。该方法是应用最早的再流焊方法。发热器件多为块形板，将电路基板放置在加热板上，热量随后传送至电路基板，再由焊膏传至表面贴砖器件，软钎焊膏受热熔化，进行器件与电路基板的焊接。该种技术主要适用于导热性良好的电路基板的单面贴装形式。

（2）热风对流再流焊。热风对流是利用加热器和风扇，使炉膛的空气不断加热并进行对流循环。该种方法具有很高的生产能力，操作成本也较低，但温度不稳定。

（3）热-超声再流焊。该方法是在热板传导再流焊的基础上安装超声装置。超声震动导致焊盘和界面摩擦生热，促进焊点的熔化，可以在较低的温度下实现键合，从而避免了高温给元器件带来热损伤；超声有利于原子的扩散，可短时间内形成可靠焊点所需的金属间化合物IMCs，缩短工艺时间，提高生产效率。但超声对于焊点内部晶粒取向的作用影响不明显，有待进一步提高。

为此，许多研究表明：在再流焊过程中施加定向磁场，可有效的改变IMCs的形貌相貌和生长方式，使其定向择优生长，从而改善微互连焊点的力学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种热-超声-电磁多场复合再流焊方法，在热板-超声再流焊技术基础上施加定向的磁场，通过磁场强度和方向的调控实现较低温度下IMCs的定向、择优、快速生长，旨在在较低温度下快速获得力学性能优异的焊点，以提高电子器件可靠性。

本发明的热-超声-电磁多场复合再流焊方法的工艺过程如下：

    第一步、放置PCB电路基板：

将印制电路板置于回流焊加热板中间位置，回流焊加热板下方放置磁场线垂直于倒装PCB组件表面的“山”形磁铁，在中间磁芯柱位置缠绕耐强电流的线圈；

    第二步、拾取、对准芯片元件：

超声触头通过精密光学的对准装置拾取带有焊球的芯片元件并与PCB电路板上的焊盘对准；

    第三步、热-超声-磁场再流焊：

开启回流焊加热板，当回流焊加热板温度达到保温区时，在互连过程中开始施加超声和磁场，加载超声的时间为1~5s，超声频率在20～65kHz，加载磁场的时间为1~30s，磁场强度的范围在0.1~40T，完成再流焊过程。