[发明专利]一种锡球喷嘴及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锡球喷嘴，包括喷嘴基体，喷嘴基体由颈段、漏斗段和平底端构成，喷嘴基体内壁上镀金刚石膜层，喷嘴基体的平底端开设有锡球喷口；颈段为圆筒状，漏斗段为锥筒状。本发明采用激光做加工手段，保证了喷嘴的喷口的孔径精确度。本发明采用热丝化学气相沉积手段制备，提高了喷嘴主体由颈段与漏斗端及喷嘴的喷口内壁金刚石膜层均匀性。本发明的喷嘴使BGA锡球的真园度由95%提高到96%。本发明喷嘴内表面金刚石镀膜，金刚石耐高温，高耐磨，可以使得喷嘴寿命提高1倍。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种锡球喷嘴及其制备方法。

背景技术

BGA （Ball Grid Array）锡球是直径在0.2~0.8mm范围内的一系列锡基合金焊球，主要用于芯片封装，连结电路的I/O端与印刷线路板（PCB），其质量影响了芯片封装水平。这就对锡焊球的均一性及外形精度提出了相当高的要求。2005 年，刘海霞采用切丝重熔法制备出颗粒均匀BGA锡球，但是，这种方法有手工切丝麻烦，效率低的缺陷。20世纪末，美国麻省理工学院Chun 博士研究了金属射流的均匀断裂过程，在此原理基础上，制备了激振喷射式锡焊球制备装置，此装置生产BGA锡球效率高，BGA锡球直径主要是通过调节喷嘴喷口直径来实现的。喷嘴材料一般选择耐磨钢，然而，在300℃温度条件下，耐磨钢也有一定的磨损量，造成喷嘴喷口的增大，从而使得锡球球径的增大；同时熔融的液态锡与耐磨钢会形成一定的吸附力，在激震条件下不容易断流，造成BGA锡球真圆度参数的降低。

金刚石的原子形态是面心立方体结构，碳原子以网状结构共价键方式连接，键能大，因而，金刚石具有高耐磨、耐高温的优异性能。同时，金刚石是非金属，在高温下与金属不容易粘结，这样可以提高BGA锡球的真圆度。

金刚石的制备有热压烧结、物理气相沉积（PVD）镀膜，增强化学气相沉积（PECVD）化学气相沉积等多种方式，但是对于内孔的镀膜，这些方式会产生锡球喷嘴内表面膜层厚度不均匀的缺陷。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种锡球喷嘴及其制备方法。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种锡球喷嘴，包括喷嘴基体，喷嘴基体由颈段、漏斗段和平底端构成，喷嘴基体内壁上镀金刚石膜层，喷嘴基体的平底端开设有锡球喷口；颈段为圆筒状，漏斗段为锥筒状。

所述喷嘴基体由Ti合金制成。

所述颈段的内径为5mm，壁厚2mm，高度为3mm，颈段外表面设置有螺纹；漏斗段以45°-60°的角度收缩，壁厚1mm，平底端的内径为1-2mm，平底端的厚度为0.5mm，锡球喷口的直径为0.2-1mm。

所述金刚石膜层的厚度为10-20μm。

如上述的锡球喷嘴的制备方法，具体步骤如下：

1）热压主体：喷嘴基体采用热锻液压方式制备；

2）激光打孔：锡球喷口采用激光打孔方式制备；

3）清洗：将步骤所得基体在丙酮内超声清洗，烘干；

4）镀膜：在烘干后的基体内表面上镀金刚石膜层，得到锡球喷嘴。

所述步骤3）中基体在丙酮内超声清洗5-10min后，用N₂气吹干。

所述步骤4）中采用热丝化学气相沉积法镀金刚石膜层。

所述热丝化学气相沉积法的工艺参数如下：CH₄-H₂混合气体流量200-500sccm，CH₄占总流量的1-1.5%，喷嘴基体的温度为750-900℃，灯丝温度2000-2100℃，工作气压500-1000Pa，选择直径为0.2mm的钽丝作为热丝材料。