[发明专利]用于面阵列封装用铜基非晶焊球及其制备方法及封装方法

说明书

本发明提供了一种用于面阵列封装用铜基非晶焊球及其制备方法及封装方法，所述用于面阵列封装用铜基非晶焊球为非晶球形Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅粉末，在面阵列封装过程中，熔融Sn通过扩散反应将非晶球形Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅粉末与焊盘连接起来。采用本发明的技术方案，采用铜基Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅非晶焊球实现面积阵列封装互连，该材料在互连过程中并不熔化，在连接过程中只通过扩散反应达到连接的目的，焊球高度基本不发生变化，连接过程耗时短，所用焊盘并不需要镀上阻焊层和Au层，完成互连后焊球形状不发生明显变化，提高了抗高温和抗电迁移性能。

技术领域

本发明属于电子封装技术领域，尤其涉及一种用于面阵列封装用铜基非晶焊球及其制备方法及封装方法。

背景技术

目前用于面积阵列封装的球形材料有：1）SnPb球，但Sn锡-铅钎料球对人体有害，目前很多国家都明令禁止锡铅钎料的使用。基于此，电子封装行业的锡-铜无铅钎料应运而生。2）含Sn量高的无铅锡球，在焊接过程中，锡球会和锡膏熔为一体，将封装体和焊盘连在一起。常见的锡球的成分一般为 Sn/Ag/Cu或者添加石墨烯的Sn-Ag-Cu复合钎料，有较脆的SnBi，有Sn-Ag-Bi-In，但In有微弱的放射性，也有SnZn焊球等。这些焊球都是共晶合金球居多，焊球经熔化后，冷却凝固过程中焊点中或多或少出现应力。

现有技术中，制备BGA焊球的技术按原理可分为：1）直接浇注法，但浇注工艺难保证球形度；2）切丝重熔法，但其对设备要求较高；3）焊膏印刷回流法，依靠回流熔化在焊盘上形成焊球，工艺复杂，设备昂贵，效率低下；4）切片重熔法与切丝重熔法类似；5）压电振动法，用此方法制备的焊球仍需精密筛分及选形操作，难度较大。

目前很多面积阵列封装结构体，都电镀有UBM层，即在硅片依次镀上Cr层、Cu层、Ni层和Au层，以提高润湿性以及焊点可靠性，但是制备方法复杂，成本高。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种用于面阵列封装用铜基非晶焊球及其制备方法及封装方法，拓展了面积阵列封装用焊球所使用的合金材料，提高互连焊点的性能，如抗高温和抗电迁移性能等。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种用于面阵列封装用铜基非晶焊球，所述铜基非晶焊球为非晶球形Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅粉末，在面阵列封装过程中，熔融Sn通过扩散反应将非晶球形Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅粉末与焊盘连接起来。

采用此技术方案，所用非晶球形Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅粉末在连接过程中粉末并不熔化，粉末只在与熔融Sn接触处发生扩散反应，形成焊盘-化合物层-非晶球形粉末-化合物层-焊盘的封装结构，采用该非晶焊球进行焊接，提高了互连焊点的性能，如抗高温和抗电迁移性能等。优选的，所述焊盘为铜焊盘，其中Cu焊盘不需镀上阻焊层以及Au层。

作为本发明的进一步改进，所述非晶球形Cu₄₆Zr₄₂Al₇Y₅粉末采用气雾化制粉的方法制备得到。

作为本发明的进一步改进，所述气雾化制粉采用垂直雾化的方式，使用惰性气体或者N₂冲击熔融合金，熔融合金的流动方向与雾化气体的流动方向之间的角度为90度，冷却凝固成粉末。