[发明专利]一种使用磁振颗粒辅助进行堆叠焊接的方法

说明书

本发明公开了一种使用磁振颗粒辅助进行堆叠焊接的装置及方法，包括磁场控制器、上磁场发生器、下磁场发生器、加热控制器、上加热器、下加热器和承载板，所述上加热器和下加热器平行设置且均与加热控制器连接，所述上加热器上方设有上磁场发生器，所述下加热器下方设有下磁场发生器，所述上磁场发生器和下磁场发生器均与磁场控制器连接，所述磁场控制器控制上磁场发生器和下磁场发生器产生交变磁场，所述下加热器上方设有承载板，在承载板上通过焊球以及焊球内部的磁振颗粒对上层器件和下层电路板进行堆叠焊接。

技术领域

本发明属于微电子封装技术领域，具体涉及一种使用磁振颗粒辅助进行堆叠焊接的装置及方法。

背景技术

在系统级封装中，PCB基板、陶瓷封装基板、硅基板、玻璃基板等电路板及封装器件的三维堆叠，通常使用软钎料焊球实现电气互连和机械互连。典型的焊接方法如下：首先，将焊球预植到BGA封装器件或电路板上，常用的植球工艺有化学电镀法、激光植球法、模板印刷法和真空植球法等；然后，将BGA封装器件或电路板加热焊接在另一块电路板上，常用的焊接方法有热风枪加热、热台加热、真空红外加热和热风回流加热等。在焊接过程中，需要使用助焊剂破除焊料氧化层，以保证焊接过程顺利进行；由于助焊剂一般具有腐蚀性，在焊接后需将其清洗干净。堆叠的电路板/器件通常结构复杂，使助焊剂清洗溶液的流通和交换变得困难，清洗后容易残留助焊剂，残留助焊剂本身的腐蚀性会影响产品的长期可靠性。

叠层焊接方法，在业内已有诸多报道。三星电子株式会社的娄敏毅在中国专利CN102672665 A中提出了一种焊球及其制造方法，该焊球为可用于感应加热的具备热壳结构的无铅焊球，通过磁场使焊球中的铁磁内核发生感应加热，熔化焊球完成元器件和基板的微连接。该方法实现了焊球的局部加热，可有效减少或防止基板翘曲的出现，同时可减轻或防止高温对芯片的损伤。但是该方法在加热焊接时需要使用助焊剂去除焊球中焊料金属的氧化层，存在残留助焊剂影响产品长期可靠性问题。扬州船用电子仪器研究所的韦炜等在中国专利CN 112466864A中提出了一种基于高温共烧陶瓷的三维堆叠微波组件，其中提到了使用带铜芯焊球完成焊接母板、陶瓷基座的堆叠回流焊接方法，该方法及组件具有焊接可靠性高、调试过程方便、维修性好等优势，但回流焊接需要使用助焊剂去除焊球中焊料金属的氧化层，同样存在堆叠焊接的助焊剂残留问题。西安微电子技术研究所的汤姝莉等人在中国专利CN 112366181 A中提出了一种多芯片/硅转接板组件的倒装焊叠层组装方法，通过真空回流焊完成倒装芯片或硅转接板的植球及叠层焊接，组装效率高、兼容不同厚度及尺寸的倒装芯片，但在组装过程中依靠造价较高的真空系统，且多次使用助焊剂，同样存在堆叠焊接的助焊剂残留问题。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种使用磁振颗粒辅助进行堆叠焊接的装置及方法。

本发明目的通过下述技术方案来实现：一种使用磁振颗粒辅助进行堆叠焊接的装置，包括磁场控制器、上磁场发生器、下磁场发生器、加热控制器、上加热器、下加热器和承载板，所述上加热器和下加热器平行设置且均与加热控制器连接，所述上加热器上方设有上磁场发生器，所述下加热器下方设有下磁场发生器，所述上磁场发生器和下磁场发生器均与磁场控制器连接，所述磁场控制器控制上磁场发生器和下磁场发生器产生交变磁场，所述下加热器上方设有承载板，在承载板上通过焊球以及焊球内部的磁振颗粒对上层器件和下层电路板进行堆叠焊接。

进一步地：所述交变磁场的切换周期为0.1s～20s，磁场强度为1Gs～1000Gs，所述交变磁场的磁力线垂直于被焊电路板或器件的焊盘，所述磁力线偏移垂线的角度范围为0～25度，所述交变磁场的径向分布范围为5mm～500mm。

进一步地：所述加热控制器控制上加热器和下加热器提供室温～400℃的加热温度，所述承载板能耐受400℃以上的高温，并能实现交变磁场的穿透和热量的快速传导。

进一步地：所述焊球的材料为Sn、Sn-Ag、Sn-Au、Sn-Cu、Sn-Ag-Cu、Sn-Bi、Sn-Bi-Ag、Sn-Zn、Sn-In、Sn-Pb、In、In-Pb、In-Ag中的至少1种。