CN107541702A - 一种高效为核球镀层的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
一种高效为核球镀层的方法与装置，属于真空蒸镀的技术领域。其特征在于：核球通过可闭合落孔式阀门均匀下落，进入蒸镀空间，蒸汽颗粒附在核球上，形成镀层。装置设有蒸镀速度控制器，通过温度传感器监测坩埚温度，膜厚传感器监测蒸汽量，反馈数据传给蒸镀速度控制器，控制电阻加热器的加热温度；装置设有陶瓷挡板，防止蒸汽冷凝在真空腔室上；通过冷却水将装置分成三个温度区间，对应落料空间、蒸镀空间、收集空间；该方法及装置形成的镀层纯度高，质量好，厚度可较准确控制，成膜速率快，效率高。适合工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于真空蒸镀的技术领域，特别涉及一种高效为核球镀层的方法与装置。
背景技术
随着电子技术的飞速发展，封装的小型化和组装的高密度化以及各种新型封装技术的不断涌现，对电子组装质量的要求也越来越高。其实电子封装产品简单的来说就是电子产品的保护罩，让电子产品免受外界环境的影响。比如化学腐蚀，比如大气环境，氧化等。为了让电子产品更好的经久耐用，提高寿命。所以电子封装工艺技术就非常的重要了。电子封装就是安装集成电路内置芯片外用的管壳，起着安放固定密封，保护集成电路内置芯片，增强环境适应的能力，并且集成电路芯片上的铆点也就是接点，是焊接到封装管壳的引脚上的。
传统的BGA锡球经反复受热后，焊接点会熔化，导致封装变形。目前使用较多的是采用电镀的方式为核球镀上镍锡金等金属，核球选择熔点高的金属，经多次加热，核球仍存在于焊盘内并维持空间。但是电镀具有镀层表面粗糙，槽液可能污染镀层，镀层致密性差，与核球的结合力不良等问题。
本发明利用真空蒸镀的方式，解决镀层致密性差，与核球结合力弱，镀层污染等问题。
发明内容
针对电镀方式为核球镀层，存在粗糙，污染，致密性差、结合力不良等问题，提供了一种高效为核球镀层的方法及装置，真空蒸镀的设备简单、操作容易，气态镀层材料粒径小，达到纳米级别，制成的薄膜纯度高、质量好，厚度准确控制、成膜速度快、效率高。
一种高效为核球镀层的方法，其特征在于：首先对真空腔室(2)抽真空，然后将处理后的核球(12)置于落料室(10)中，并对落料室(10)再次抽真空，接着启动上、下部水冷系统(3)、(8)，首先将落料空间(13)，收集空间(21)处于低温状态，此时加热镀层材料(19)，待蒸汽量达到一定程度，打开可闭合落孔式阀门(14)，使核球(12)进入蒸镀空间(16)，最后成品(23)落入收集部(9)。其具体操作步骤如下：
(a)装料，该装置初始为真空状态，首先打开进气阀(15)，然后打开落料室仓门(11)和蒸发部仓门(7)，将核球(12)、镀层材料(19)置于落料室(10)和坩埚(17)中；
(b)抽真空，关闭进气阀(15)，利用真空泵(6)、(6’)对整个装置抽真空，使之达到高真空状态，10-1～10-5Pa；
(c)降温，启动上下部水冷系统(3)、(8)，使落料空间(13)、收集空间(21)维持稳定低温状态；
(d)加热，启动电阻加热器(18)加热镀层材料(19)，根据膜厚传感器(4)，温度传感器(20)反馈的数据，传递给蒸镀速度控制器(1)，调节电阻加热器(18)以控制蒸汽量；
(e)落料，打开可闭合落孔式阀门(14)，通过多次开合的方式控制核球(12)经小孔(24)均匀下落，进入蒸镀空间(16)；
(f)收集，核球(12)穿过蒸镀空间(16)后镀上一层蒸镀材料(19)，同时穿过下部水冷系统(8)冷凝形成成品(23)，落入收集部(9)中；
(g)关闭装置，依次关闭电阻加热器(18)，上、下部水冷系统(3)，(8)以及信息处理系统，待真空腔室(2)内温度降低后，打开进气阀(15)，最后打开收集部仓门(22)取出成品(23)；
(h)筛选，部分镀层材料(19)蒸汽遇到低温空间同时冷凝下落，进入收集部(9)，冷凝后的蒸汽颗粒尺寸小，易于筛选出成品(23)；
(i)清洗、安装、抽真空，清洗腔室内壁、膜厚传感器(4)、陶瓷挡板(5)和坩埚(7)等并安装，关闭进气阀(15)，对整个装置抽真空。
本发明提供了一种高效为核球镀层的装置，该装置主要由落料系统，蒸镀系统，水冷系统，收集系统，信息处理系统组成，整个装置位于真空腔室(2)中，落料系统由真空泵(6’)，落料室(10)，落料室仓门(11)和可闭合落孔式阀门(14)组成，蒸镀系统由坩埚16，电阻加热器17和镀层材料(19)组成，收集系统由收集部(9)和收集部仓门(22)组成，信息系统由蒸镀速度控制器(1)，膜厚传感器(4)和温度传感器(20)组成。
该装置处于高真空状态，防止蒸发原子与空气分子碰撞使膜层受到污染；
该装置设有蒸镀速度控制器(1)，通过采集的数据控制加热温度，实现蒸镀空间(16)的蒸汽均匀化；
该装置设有陶瓷挡板(5)，为了便于制备工作完成后的清理工作，防止蒸汽冷凝在真空腔室(2)壁上。
本发明的关键技术在于：
(a)该装置设有可闭合落孔式阀门(14)，利用可闭合落孔式阀门(14)通过多次开合达到核球(12)经小孔(24)均匀下落的目的；
(b)为防止气态镀层材料(19)进入落料室(10)和收集部(9)，采用上下水冷系统(3)、(8)，在蒸发前降低落料空间(13)、收集空间(21)的温度，上部蒸汽遇到低温冷凝进入蒸镀空间(16)再次蒸发，下部蒸汽遇到低温冷凝形成细小颗粒进入收集部(9)；
本发明的有益效果在于：本发明的制备效率高，通过核球穿过蒸镀空间镀上膜层，制备时间短，适合工业化生产；本发明为核球镀的膜层比电镀更加致密均匀，因为蒸汽颗粒的粒径达到纳米级别，而且可以通过设置蒸镀空间的高度达到不同膜厚的制备要求。
附图说明
附图1是一种高效为核球镀层的装置示意图。图中：(1)蒸镀速度控制器，(2)真空腔体，(3)上部水冷系统，(4)膜厚传感器，(5)陶瓷挡板，(6)、(6’)真空泵，(7)蒸发部仓门，(8)下部水冷系统，(9)收集部，(10)落料室，(11)落料室仓门，(12)核球，(13)落料空间，(14)可闭合落孔式阀门，(15)进气阀，(16)蒸镀空间，(17)坩埚，(18)电阻加热器，(19)镀层材料，(20)温度传感器，(21)收集空间，(22)收集部仓门，(23)成品附图2是附图1中可闭合落孔式阀门(14)，图中：(24)小孔，闭合开关并未图示。
具体实施方式
下面结合具体的实施例和附图对本发明做进一步说明。
本发明的技术方案是首先对真空腔室(2)抽真空，然后将处理后的核球(12)置于落料室(10)中，并对落料室(10)再次抽真空，接着启动上下部水冷系统(3)、(8)，首先将落料空间(13)，收集空间(21)处于低温状态，此时加热镀层材料(19)，待蒸汽量达到一定程度，打开可闭合落孔式阀门(14)，使核球(12)进入蒸镀空间(16)，最后成品(23)落入收集部(9)。
实施例：
材料说明：氮化铝具有优良的力学、热学、电学性能，如：比强度高、高热导率、与硅相匹配的线膨胀系数等，是目前最值得开发利用的电子封装材料。
批量制备氮化铝核镀锡球的具体实施方式：
(a)筛选封装，对氮化铝粉末进行尺寸筛选、真圆度筛选并做表面处理，粉末粒径可为0.05mm～0.50mm，真圆度小于0.03，因为氮化铝易氧化，需做真空封装；
(b)装料，该装置初始为真空状态，首先打开进气阀(15)，然后打开落料室仓门(11)和蒸发部仓门(7)，将封装氮化铝(12)、镀层材料(19)锡置于落料室(10)和坩埚(17)中；
(b)抽真空，关闭进气阀(15)，利用真空泵(6)、(6’)对整个装置抽真空，使之达到高真空状态，10-1～10-5Pa；
(c)降温，启动上下部水冷系统(3)、(8)，使落料空间(13)、收集空间(21)维持稳定低温状态；
(d)加热，锡在高真空状态下的蒸发温度低于1250℃，氮化铝的熔点高于2200℃，启动电阻加热器(18)加热坩埚(7)，根据膜厚传感器(4)，温度传感器(20)反馈的数据，传递给蒸镀速度控制器(1)，调节电阻加热器(18)以控制蒸汽量；
(e)落料，根据氮化铝易氧化的特点，需要设置使真空封装氮化铝实现落料室(10)内打开的装置，氮化铝粉末进入落料室(10)后，接着打开可闭合落孔式阀门(14)，通过多次开合的方式控制氮化铝粉末经小孔(24)均匀下落，进入蒸镀空间(16)；
(f)收集，氮化铝粉末穿过蒸镀空间(16)后镀上一层锡，根据蒸镀空间(16)高度的调整，锡层的厚度可为1μm～40μm，同时穿过下部水冷系统(8)冷凝形成成品(23)，落入收集部(9)中；
(g)关闭装置，依次关闭电阻加热器(18)，上、下部水冷系统(3)，(8)以及信息处理系统，待真空腔室(2)内温度降低后，打开进气阀(15)，最后打开收集部仓门(22)取出成品(23)；
(h)筛选，部分锡蒸汽遇到低温空间同时冷凝下落，进入收集部(9)，冷凝后的蒸汽颗粒尺寸小，易于筛选出成品(23)；
(i)清洗、安装、抽真空，清洗腔室内壁、膜厚传感器(4)、陶瓷挡板(5)和坩埚(7)等并安装，关闭进气阀(15)，对整个装置抽真空。
Claims (3)
1.一种高效为核球镀层的方法，其特征在于：首先对真空腔室（2）抽真空，然后将处理后的核球（12）置于落料室（10）中，并对落料室（10）再次抽真空，接着启动上、下部水冷系统（3）、（8），将落料空间（13）、收集空间（21）处于低温状态，此时加热镀层材料（19），待蒸汽量达到一定程度，打开可闭合落孔式阀门（14），使核球（12）进入蒸镀空间（16），最后成品（23）落入收集部（9），其具体操作步骤如下：
（a）装料，该装置初始为真空状态，首先打开进气阀（15），然后打开落料室仓门（11）和蒸发部仓门（7），将核球（12）、镀层材料（19）置于落料室（10）和坩埚（17）中；
（b）抽真空，关闭进气阀（15），利用真空泵（6）、（6’）对整个装置抽真空，使之达到高真空状态，10-1~10-5Pa；
（c）降温，启动上下部水冷系统（3）、（8），使落料空间（13）、收集空间（21）维持稳定低温状态；
（d）加热，启动电阻加热器（18）加热镀层材料（19），根据膜厚传感器（4），温度传感器（20）反馈的数据，传递给蒸镀速度控制器（1），调节电阻加热器（18）以控制蒸汽量；
（e）落料，打开可闭合落孔式阀门（14），通过多次开合的方式控制核球（12）经小孔（24）均匀下落，进入蒸镀空间（16）；
（f）收集，核球（12）穿过蒸镀空间（16）后镀上一层蒸镀材料（19），同时穿过下部水冷系统（8）冷凝形成成品（23），落入收集部（9）中；
（g）关闭装置，依次关闭电阻加热器（18），上、下部水冷系统（3），（8）以及信息处理系统，待真空腔室（2）内温度降低后，打开进气阀（15），最后打开收集部仓门（22）取出成品（23）；
（h）筛选，部分镀层材料（19）蒸汽遇到低温空间同时冷凝下落，进入收集部（9），冷凝后的蒸汽颗粒尺寸小，易于筛选出成品（23）；
（i）清洗、安装、抽真空，清洗腔室内壁、膜厚传感器（4）、陶瓷挡板（5）和坩埚（7）等并安装，关闭进气阀（15），对整个装置抽真空。
2.一种高效为核球镀层的装置，其特征在于：该装置主要由落料系统，蒸镀系统，水冷系统，收集系统，信息处理系统组成，整个装置位于真空腔室（2）中，落料系统由真空泵（6’），落料室（10），落料室仓门（11）和可闭合落孔式阀门（14）组成，蒸镀系统由坩埚（16），电阻加热器（17）和镀层材料（19）组成，收集系统由收集部（9）和收集部仓门（22）组成，信息系统由蒸镀速度控制器（1），膜厚传感器（4）和温度传感器（20）组成。
3.根据权利要求2所述的一种高效为核球镀层的装置，其特征在于：坩埚（16）有两个，即有两个蒸发源，镀层材料（19）可以是同种材料，也可以是不同材料，如两种不同的金属，蒸发后产生混合蒸汽，制得合金镀层。
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