CN103258748B - 柱栅阵列陶瓷封装用焊柱的组装方法 - Google Patents

柱栅阵列陶瓷封装用焊柱的组装方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种柱栅阵列陶瓷封装用焊柱的组装方法，包括以下步骤：（1）采用柯伐合金材料制作瓷体定位框、承载片和焊柱载体，在焊柱载体上刻蚀呈阵列排布的焊柱定位孔；（2）将承载片安装在瓷体定位框的底部，将多片焊柱载体安装在承载片的上面，将焊柱安装在焊柱定位孔中；（3）在电路瓷体相应的焊盘上印刷焊膏；（4）将印刷有焊膏的电路瓷体安装到瓷体定位框中，使焊膏与焊柱一一对应；（5）将焊柱、瓷体定位框、印刷有焊膏的电路瓷体放入回流炉中，在210～230℃完成焊柱与电路瓷体的焊接；（6）从电路瓷体上取下焊柱载体，留下电路瓷体，得到封装产品。本发明可以实现不同尺寸、节距的CCGA电路用焊柱的组装，不会在拆卸制具过程中损伤焊柱。

Description

柱栅阵列陶瓷封装用焊柱的组装方法
技术领域
本发明涉及一种柱栅阵列陶瓷封装用焊柱的组装方法，尤其是一种将各类焊柱精确地装配在具有相应焊盘的陶瓷载体（CLGA）上，从而形成柱栅阵列陶瓷封装（CCGA）器件的组装方法，属于微电子封装技术领域。
背景技术
随着半导体集成电路器件功能的增强，导致其引出端I/O（输入输出端口）数的提高，其封装引出端均采用面阵列排布。目前，柱栅阵列陶瓷封装（CCGA）用焊柱通常采用直径0.52mm、高度2.54mm的焊柱，节距为1.27mm或1.00mm。
目前，柱栅阵列陶瓷封装（CCGA）用焊柱的安装通常采用定制专用石墨制具进行定位的方式将焊柱安装到具有相应焊盘的陶瓷载体上，回流后取下石墨制具。该方法在实际使用中存在以下缺点：1、石墨制具本身较脆，容易损伤并伴有石墨粉，影响安装和使用寿命；2、石墨制具只能采用机加工的方式进行，对于1.0mm节距和焊柱数量1000个以上的制具加工精度难以保证，石墨制具加工成本昂贵；3、CCGA电路所用的焊柱较软，采用专用石墨制具完成焊柱安装的CCGA电路，在取下石墨制具的过程中容易损伤焊柱；4、石墨制具必须在专用的真空炉或高温加热炉中通过加装电极才能使用，因此其适用范围受到限制；5、不同焊柱数量、不同节距、不同外形尺寸结构的电路必需加工定位专用石墨制具，安装过程随品种的变换进行石墨制具的更换；例如：CCGA 717节距1.0mm的石墨制具不能用于CCGA1144节距1.0mm焊柱的安装；CCGA717节距1.27mm的石墨制具不能用于CCGA717节距1.0mm焊柱的安装；外形尺寸、焊柱位置的变动都必须采用相匹配的专用石墨制具等，成本昂贵。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种柱栅阵列陶瓷封装用焊柱的组装方法，可以实现不同尺寸、不同节距的CCGA电路用焊柱的组装，不会在拆卸制具过程中损伤焊柱。
按照本发明提供的技术方案，一种柱栅阵列陶瓷封装用焊柱的组装方法，特征是，包括以下步骤：
（1）根据封装产品的外形尺寸，采用柯伐合金材料制作瓷体定位框，瓷体定位框的中部为尺寸形状与电路相配合的空腔；
（2）根据封装产品的外形尺寸，采用柯伐合金材料制作承载片；
（3）据封装产品的外形尺寸，采用柯伐合金材料制作焊柱载体，在焊柱载体上刻蚀呈阵列排布的焊柱定位孔，焊柱定位孔的数量与焊柱的数量一致；
（4）将承载片安装在瓷体定位框的底部，将多片焊柱载体安装在承载片的上面，再将焊柱一一安装在焊柱载体的焊柱定位孔中；
（5）在电路瓷体相应的焊盘上印刷直径大于焊柱的焊膏；
（6）将印刷有焊膏的电路瓷体对准焊柱并安装到瓷体定位框中，使焊膏与焊柱一一对应；
（7）将焊柱、瓷体定位框、印刷有焊膏的电路瓷体一起放入回流炉中进行回流，在210～230℃条件下完成焊柱与电路瓷体的焊接；
（8）回流完毕后，从电路瓷体上逐层取下焊柱载体，留下电路瓷体，完成封装产品的焊柱的组装，得到封装产品。
所述步骤（1）中，瓷体定位框的长度等于电路瓷体的长度加0.1mm，瓷体定位框的宽度等于电路瓷体的宽度加0.1mm，瓷体定位框的高度大于电路瓷体厚度的二分之一与焊柱的长度之和。
所述步骤（2）中，承载片的长度与电路瓷体的长度一致，承载片的宽度与电路瓷体的宽度一致，承载片的厚度为0.35mm。
所述步骤（3）中，焊柱载体的长度与电路瓷体的长度一致，焊柱载体的宽度与电路瓷体的宽度一致，焊柱载体的厚度为0.13～0.17mm。
所述步骤（3）中，焊柱定位孔的直径为焊柱直径的1.2倍，公差为0～+0.03mm。
所述步骤（4）中，所述焊柱载体的数量为8～10片。
所述步骤（6）包括以下工序：采用对准设备，用吸头将印刷有焊膏的电路瓷体吸附在对准设备的上部，将装载有焊柱的瓷体定位框放置在对准设备的底板上，通过对准镜将印刷有焊膏的电路瓷体对准焊柱并安装到瓷体定位框中，使焊膏与焊柱一一对应。
所述步骤（7）的回流过程为：首先由室温以0.5～2℃/秒的升温速率升温至焊接温度210～230℃，恒温30～60秒，然后以小于4℃/秒的降温速率冷却至60℃以下，完成焊柱与电路瓷体的焊接。
本发明与已有技术相比具有以下优点：本发明结构简单、紧凑，合理；使用时根据CLGA陶瓷体外形尺寸结构的不同、焊柱数量的不同、节距的不同，采用柯伐合金材料制作成匹配的焊柱载体和瓷体定位框，适用于各类CCGA柱栅阵列陶瓷封装的焊柱的装配，例如CCGA352、CCGA432、CCGA717、CCGA1121、CCGA1144、CCGA1509等器件。本发明安装简便易用，在普通的回流炉中就可完成焊接，该柯伐金属材料制成的焊柱载体和瓷体定位框在300℃条件下不会弯曲变形，保证了组装精度和位置精度，8～10片焊柱载体保证了焊柱安装的垂直度，并且在拆卸制具的过程中不会损伤焊柱（因为0.15mm厚度的柯伐金属片具有柔韧性，在受到外力时可弯曲，容易拆卸）。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图
图2为图1的右视图
图3-1为本发明所述瓷体定位框的结构示意图。
图3-2为图3-1的仰视图。
图4-1为本发明所述承载片的结构示意图。
图4-2为图4-1的仰视图。
图5-1为本发明所述焊柱载体的结构示意图。
图5-2为图5-1的仰视图。
图6～图9为本发明实施例一的制作过程示意图。
图10为本发明实施例一中回流的温度-时间工艺曲线，横坐标为时间，单位为秒；纵坐标为温度，单位为℃。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明中瓷体定位框、承载片、焊柱载体均采用柯伐合金材料制成，柯伐合金（Kovar），也称铁镍钴合金，相当于GB 4J29，ASTM F15，UNS K94610；Kovar为含镍29%、钴17%的硬玻璃铁基封接合金，该合金在20~450℃范围内具有与硬玻璃相近的线膨胀系数和相应的硬玻璃能进行有效封接匹配，在高达300℃的条件下都不会弯曲变形，保证了焊柱在回流过程中的组装精度，并且0.15mm厚度的柯伐金属片具有柔韧性，在拆卸制具的过程中不会损伤焊柱。
本发明所使用的回流炉为日本田春公司的链式氮气无铅回流焊炉，型号为TNR15-225H。
本发明采用柯伐合金材料制作瓷体定位框和焊柱载体，实现不同陶瓷外形尺寸、不同节距、不同焊柱数量的CCGA电路的焊柱的安装。其原理是利用柯伐金属材料在300℃条件下不会弯曲变形的特性，通过瓷体定位框来定位焊柱载体和电路，通过焊柱载体上刻蚀的焊柱定位孔来定位焊柱的位置和数量，通过叠加8～10片焊柱载体以保证焊柱安装的垂直度，采用对准设备通过对准镜将印刷有焊膏的CLGA电路对准焊柱并安装到瓷体定位框中，通过普通回流炉在210～230℃的条件下完成完成焊柱与CLGA电路的焊接，利用0.15mm厚度的焊柱载体的柔韧性来拆卸焊柱载体而不会损伤焊柱，从而高品质完成CCGA电路焊柱的组装。
实施例一：如图1、图2所示，用直径0.52mm的Sn10Pb90焊柱5组装节距1.00mm的CCGA1144封装产品。该产品的焊柱焊接方法，包括以下步骤：
（1）如图3-1、图3-2所示，根据CCGA1144封装产品的外形尺寸，采用柯伐合金材料制作瓷体定位框1，瓷体定位框1的中部为尺寸形状与CLGA1144电路瓷体6相配合的空腔；
（2）如图4-1、图4-2所示，根据CCGA1144封装产品的外形尺寸，采用厚度为0.35mm的柯伐合金材料制作承载片2，承载片2用于防止焊柱5的滑脱，并保证所有焊柱5的共面性；
（3）如图5-1、图5-2所示，据CCGA1144封装产品的外形尺寸，采用厚度为0.15mm的柯伐合金材料制作焊柱载体3，焊柱载体3用于装载焊柱5；根据CCGA1144封装产品的焊柱5的直径0.52mm，焊柱5的数量1144个，焊柱5的节距1.00mm，在焊柱载体3上刻蚀节距1.00mm、孔径0.60mm、呈阵列排布的焊柱定位孔4，共计1144个，用以保证焊柱5组装的垂直度；
（4）如图6所示，将承载片2安装在瓷体定位框1的底部，再将8片焊柱载体3安装在承载片2的上面，用以定位安装焊柱5，并保证焊柱5安装的垂直度；再将1144个焊柱5一一安装在焊柱载体3的焊柱定位孔4中；
（5）如图7所示，在CLGA1144电路瓷体6相应的焊盘7上印刷直径大于焊柱5的焊膏8，焊膏8的牌号为INDIUM的Sn63Pb37等，焊膏8的直径为0.80mm、焊膏8厚度为0.25mm；
（6）如图8所示，采用对准设备，用吸头将印刷有焊膏8的CLGA1144电路瓷体6吸附在对准设备的上部，将装载有焊柱5的瓷体定位框1放置在对准设备的底板上，通过对准镜将印刷有焊膏8的CLGA1144电路瓷体6对准焊柱5并安装到瓷体定位框1中，使焊膏8与焊柱5一一对应；
（7）将焊柱5、瓷体定位框1、印刷有焊膏8的CLGA1144电路瓷体6一起放入回流炉中进行回流，回流的温度-时间工艺曲线如图10所示，由室温以0.5℃/秒的升温速率升温至焊接温度210℃，恒温60秒，然后4℃/秒的降温速率冷却至60℃以下，完成焊柱5与CLGA1144电路瓷体6的焊接；
（8）回流完毕后，从CLGA1144电路瓷体6上逐层取下焊柱载体3，留下CLGA1144电路瓷体6，完成CCGA1144封装产品的焊柱的组装，得到CCGA1144封装产品，如图9所示。
实施例二：如图1、图2所示，用直径0.52mm的Sn10Pb90焊柱5组装节距1.00mm的CCGA1144封装产品。该产品的焊柱焊接方法，包括以下步骤：
（1）如图3-1、图3-2所示，根据CCGA1144封装产品的外形尺寸，采用柯伐合金材料制作瓷体定位框1，瓷体定位框1的中部为尺寸形状与CLGA1144电路瓷体6相配合的空腔；
（2）如图4-1、图4-2所示，根据CCGA1144封装产品的外形尺寸，采用厚度为0.35mm的柯伐合金材料制作承载片2，承载片2用于防止焊柱5的滑脱，并保证所有焊柱5的共面性；
（3）如图5-1、图5-2所示，据CCGA1144封装产品的外形尺寸，采用厚度为0.15mm的柯伐合金材料制作焊柱载体3，焊柱载体3用于装载焊柱5；根据CCGA1144封装产品的焊柱5的直径0.52mm，焊柱5的数量1144个，焊柱5的节距1.00mm，在焊柱载体3上刻蚀节距1.00mm、孔径0.60mm、呈阵列排布的焊柱定位孔4，共计1144个，用以保证焊柱5组装的垂直度；
（4）如图6所示，将承载片2安装在瓷体定位框1的底部，再将10片焊柱载体3安装在承载片2的上面，用以定位安装焊柱5，并保证焊柱5安装的垂直度；再将1144个焊柱5一一安装在焊柱载体3的焊柱定位孔4中；
（5）如图7所示，在CLGA1144电路瓷体6相应的焊盘7上印刷直径大于焊柱5的焊膏8，焊膏8的牌号为INDIUM的Sn63Pb37等，焊膏8的直径为0.80mm、焊膏8厚度为0.25mm；
（6）如图8所示，采用对准设备，用吸头将印刷有焊膏8的CLGA1144电路瓷体6吸附在对准设备的上部，将装载有焊柱5的瓷体定位框1放置在对准设备的底板上，通过对准镜将印刷有焊膏8的CLGA1144电路瓷体6对准焊柱5并安装到瓷体定位框1中，使焊膏8与焊柱5一一对应；
（7）将焊柱5、瓷体定位框1、印刷有焊膏8的CLGA1144电路瓷体6一起放入回流炉中进行回流，由室温以2℃/秒的升温速率升温至焊接温度230℃，恒温30秒，然后以3℃/秒的降温速率冷却至60℃以下，完成焊柱5与CLGA1144电路瓷体6的焊接；
（8）回流完毕后，从CLGA1144电路瓷体6上逐层取下焊柱载体3，留下CLGA1144电路瓷体6，完成CCGA1144封装产品的焊柱的组装，得到CCGA1144封装产品，如图9所示。
实施例三：如图1、图2所示，用直径0.52mm的Sn10Pb90焊柱5组装节距1.00mm的CCGA1144封装产品。该产品的焊柱焊接方法，包括以下步骤：
（1）如图3-1、图3-2所示，根据CCGA1144封装产品的外形尺寸，采用柯伐合金材料制作瓷体定位框1，瓷体定位框1的中部为尺寸形状与CLGA1144电路瓷体6相配合的空腔；
（2）如图4-1、图4-2所示，根据CCGA1144封装产品的外形尺寸，采用厚度为0.35mm的柯伐合金材料制作承载片2，承载片2用于防止焊柱5的滑脱，并保证所有焊柱5的共面性；
（3）如图5-1、图5-2所示，据CCGA1144封装产品的外形尺寸，采用厚度为0.15mm的柯伐合金材料制作焊柱载体3，焊柱载体3用于装载焊柱5；根据CCGA1144封装产品的焊柱5的直径0.52mm，焊柱5的数量1144个，焊柱5的节距1.00mm，在焊柱载体3上刻蚀节距1.00mm、孔径0.60mm、呈阵列排布的焊柱定位孔4，共计1144个，用以保证焊柱5组装的垂直度；
（4）如图6所示，将承载片2安装在瓷体定位框1的底部，再将9片焊柱载体3安装在承载片2的上面，用以定位安装焊柱5，并保证焊柱5安装的垂直度；再将1144个焊柱5一一安装在焊柱载体3的焊柱定位孔4中；
（5）如图7所示，在CLGA1144电路瓷体6相应的焊盘7上印刷直径大于焊柱5的焊膏8，焊膏8的牌号为INDIUM的Sn63Pb37等，焊膏8的直径为0.80mm、焊膏8厚度为0.25mm；
（6）如图8所示，采用对准设备，用吸头将印刷有焊膏8的CLGA1144电路瓷体6吸附在对准设备的上部，将装载有焊柱5的瓷体定位框1放置在对准设备的底板上，通过对准镜将印刷有焊膏8的CLGA1144电路瓷体6对准焊柱5并安装到瓷体定位框1中，使焊膏8与焊柱5一一对应；
（7）将焊柱5、瓷体定位框1、印刷有焊膏8的CLGA1144电路瓷体6一起放入回流炉中进行回流，由室温以1℃/秒的升温速率升温至焊接温度220℃，恒温45秒，然后以2℃/秒的降温速率冷却至60℃以下，完成焊柱5与CLGA1144电路瓷体6的焊接；
（8）回流完毕后，从CLGA1144电路瓷体6上逐层取下焊柱载体3，留下CLGA1144电路瓷体6，完成CCGA1144封装产品的焊柱的组装，得到CCGA1144封装产品，如图9所示。

Claims (8)

1. 一种柱栅阵列陶瓷封装用焊柱的组装方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）根据封装产品的外形尺寸，采用柯伐合金材料制作瓷体定位框，瓷体定位框的中部为尺寸形状与电路相配合的空腔；
（2）根据封装产品的外形尺寸，采用柯伐合金材料制作承载片；
（3）据封装产品的外形尺寸，采用柯伐合金材料制作焊柱载体，在焊柱载体上刻蚀呈阵列排布的焊柱定位孔，焊柱定位孔的数量与焊柱的数量一致；
（4）将承载片安装在瓷体定位框的底部，将多片焊柱载体安装在承载片的上面，再将焊柱一一安装在焊柱载体的焊柱定位孔中；
（5）在电路瓷体相应的焊盘上印刷直径大于焊柱的焊膏；
（6）将印刷有焊膏的电路瓷体对准焊柱并安装到瓷体定位框中，使焊膏与焊柱一一对应；
（7）将焊柱、瓷体定位框、印刷有焊膏的电路瓷体一起放入回流炉中进行回流，在210～230℃条件下完成焊柱与电路瓷体的焊接；
（8）回流完毕后，从电路瓷体上逐层取下焊柱载体，留下电路瓷体，完成封装产品的焊柱的组装，得到封装产品。
2.如权利要求1所述的柱栅阵列陶瓷封装用焊柱的组装方法，其特征是：所述步骤（1）中，瓷体定位框的长度等于电路瓷体的长度加0.1mm，瓷体定位框的宽度等于电路瓷体的宽度加0.1mm，瓷体定位框的高度大于电路瓷体厚度的二分之一与焊柱的长度之和。
3.如权利要求1所述的柱栅阵列陶瓷封装用焊柱的组装方法，其特征是：所述步骤（2）中，承载片的长度与电路瓷体的长度一致，承载片的宽度与电路瓷体的宽度一致，承载片的厚度为0.35mm。
4.如权利要求1所述的柱栅阵列陶瓷封装用焊柱的组装方法，其特征是：所述步骤（3）中，焊柱载体的长度与电路瓷体的长度一致，焊柱载体的宽度与电路瓷体的宽度一致，焊柱载体的厚度为0.13～0.17mm。
5.如权利要求1所述的柱栅阵列陶瓷封装用焊柱的组装方法，其特征是：所述步骤（3）中，焊柱定位孔的直径为焊柱直径的1.2倍，公差为0～+0.03mm。
6.如权利要求1所述的柱栅阵列陶瓷封装用焊柱的组装方法，其特征是：所述步骤（4）中，所述焊柱载体的数量为8～10片。
7.如权利要求1所述的柱栅阵列陶瓷封装用焊柱的组装方法，其特征是：所述步骤（6）包括以下工序：采用对准设备，用吸头将印刷有焊膏的电路瓷体吸附在对准设备的上部，将装载有焊柱的瓷体定位框放置在对准设备的底板上，通过对准镜将印刷有焊膏的电路瓷体对准焊柱并安装到瓷体定位框中，使焊膏与焊柱一一对应。
8.如权利要求1所述的柱栅阵列陶瓷封装用焊柱的组装方法，其特征是：所述步骤（7）的回流过程为：首先由室温以0.5～2℃/秒的升温速率升温至焊接温度210～230℃，恒温30～60秒，然后以小于4℃/秒的降温速率冷却至60℃以下，完成焊柱与电路瓷体的焊接。
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CN106564002A (zh) * 2016-11-09 2017-04-19 北京时代民芯科技有限公司 一种控制ccga器件焊柱共面性、位置度及垂直度的工装及方法

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