[发明专利]一种用于CuCGA器件封装的超声辅助植柱方法

权利要求书

1.一种用于CuCGA器件封装的超声辅助植柱方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在阵列排布的焊盘上印刷非共晶点钎料成分的焊锡膏；

步骤1所述的非共晶点钎料成分的焊锡膏中的钎料种类为SnPb系、SnCu系、SnAg系、SnAgCu系、SnBi系、SnZn系、SnSb系、SnIn系非共晶点成分的软钎料中的任意一种，且该非共晶点钎料成分的焊锡膏中的钎料对应的固相线与液相线温度差大于等于40℃；

步骤2、通过回流焊实现阵列排布的焊盘上的植球；

步骤3、在单个焊球中形成定位孔：

将直径为d的钢质钻头装夹于微型高精度钻床的夹头中，通过程序控制待植柱焊盘所在的基板运动，使待植柱焊盘位于钻头正下方并与钻头轴心对中，随后利用钻床带动钻头旋转同时向待植柱焊盘上的焊球运动，待钻头下压钻入焊球内预定的深度S后，提起钻头，在单个焊球中形成深度为S、直径为d的定位孔；

步骤4、阵列焊球中的定位孔的形成：

以相同的尺寸参数和工艺参数重复上述步骤3的过程，在芯片载体基板和印刷电路板上阵列排布的每个焊球中获得相同深度和直径的定位孔；

步骤5、阵列铜柱插装到两端基板上阵列排布的焊盘上的焊球中的定位孔中：

将相同规格的铜柱的一端逐个插入到印刷电路板上阵列排布的焊盘上的焊球中的定位孔中，确保其完全嵌入到定位孔底部并使阵列铜柱的露出端共面；再将阵列铜柱的露出端与芯片载体基板上阵列排布的焊盘上的焊球中的定位孔一一对中、并施加适当压力使其完全嵌入到定位孔底部；

步骤6、超声辅助回流焊实现阵列铜柱的双面植柱连接：

将插装装配后的封装结构置于热风加热区，按照设计的回流焊温度曲线加热封装结构，待工艺温度超过焊球中钎料的固相线温度后，在印刷电路板的四个特定金属镀层区施加超声；待回流焊后期、焊球温度降至钎料的固相线温度以下后停止施加超声；

在回流焊植柱过程中，焊球处于固液共存温度区期间，铜柱与焊球的空间位置关系不会改变；同时，超声振动由印刷电路板阻焊膜下的金属镀层传递至阵列排布的焊盘及其上处于固液共存状态的钎料中，其超声空化作用可加速铜柱表面的氧化膜的破坏及钎料的微观流动，使铜柱与钎料的界面通过原子的扩散形成可靠连接；

步骤6所述的设计的回流焊温度曲线的特征是，回流焊峰值温度范围为钎料的固相线以上5℃~钎料液相线以下15℃，峰值温度下的停留时间的范围为120~180秒；

步骤6所述的施加超声的四个特定金属镀层区为预先设计的、位于印刷电路板上阵列排布的焊盘的周边0.5mm距离的、对应焊盘阵列四边边长的中心位置的、与邻近焊盘相连且厚度相同的铜镀层区；

步骤6所述的施加的超声的功率范围为400~800W，超声频率范围为30 ~40KHz，超声压力为0.15~0.3MPa。

2.根据权利要求1所述的一种用于CuCGA器件封装的超声辅助植柱方法，其特征在于，所述的阵列排布的焊盘为印刷电路板上阵列排布的焊盘和芯片载体基板上阵列排布的焊盘，所述的阵列排布的焊盘的材质为铜、金、银、镍、锡青铜、黄铜中的任意一种，或由铜、金、银、镍、锡青铜、黄铜搭配组合形成的多层金属膜焊盘。

3.根据权利要求2所述的一种用于CuCGA器件封装的超声辅助植柱方法，其特征在于，所述的阵列排布的焊盘的直径为D，，所述阵列排布的焊盘的厚度为35μm~100μm。

4.根据权利要求1所述的一种用于CuCGA器件封装的超声辅助植柱方法，其特征在于，步骤2所述的通过回流焊实现阵列排布的焊盘上的植球的峰值温度范围为焊锡膏钎料液相线以上20℃~30℃，高温停留时间为100秒，步骤2所述的通过回流焊实现阵列排布的焊盘上的植球形成的焊球高度h大于等于焊盘直径D的7/10。

5.根据权利要求4所述的一种用于CuCGA器件封装的超声辅助植柱方法，其特征在于，步骤3所述的钢质钻头的直径为d，获得的定位孔的直径也为d，， D为印刷电路板和芯片载体基板上阵列排布的焊盘的直径；步骤3所述的定位孔的深度为S，，h为焊球高度。

6.根据权利要求5所述的一种用于CuCGA器件封装的超声辅助植柱方法，其特征在于，步骤5所述的铜柱为依据标准制备的统一规格尺寸的无氧铜铜柱，所述的铜柱的直径为d₁，铜柱的长度为l，，l= 6~12 d₁，D为印刷电路板和芯片载体基板上阵列排布的焊盘的直径，d为钢质钻头的直径。