CN112687570A - 用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法，属于陶瓷外壳检验分析领域，包括步骤：在预设于陶瓷外壳的焊盘的上表面均匀涂覆助焊剂，使助焊剂完全覆盖焊盘的上表面；将焊球放置于焊盘上表面的指定位置上，形成预制焊点结构；加热预制焊点结构，使焊球焊接于焊盘上形成焊点；观测焊点的外观，获取焊球在焊盘上的铺展程度，根据铺展程度判断可焊性；对焊点进行剪切试验，通过剪切强度及失效模式判断焊接可靠性。本发明提供的用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法，避免助焊剂蒸发以及人工浸润时浸润角度、速度等对焊接性能检验的影响，焊接过程与实际焊接工艺相近，测试结果更加准确，节约芯片以及安装工艺的成本，缩短试验周期。

Description

用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法

技术领域

本发明属于陶瓷外壳检验分析技术领域，更具体地说，是涉及一种用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法。

背景技术

倒装芯片安装技术是上世纪九十年代发展起来的一种芯片安装方式，是通过在芯片有源面通过焊球进行阵列凸点制作，然后倒置芯片与外壳完成互连。这种连接方式具有互连密度高、互连线短、寄生参数小等优点，在高频高速信号领域应用较为广泛。

为保证芯片运行的可靠性和稳定性，需要对陶瓷外壳焊盘的焊接性能进行检测，传统的试验方法中，需要先制备出待测试的样品，一般选用将陶瓷件连通焊盘的焊接面进入到助焊剂中，由于焊接过程与实际生产焊接过程差距较大，且焊盘尺寸较小，浸锡前在焊盘上涂覆的焊剂会迅速挥发，由于助焊剂在空气中的微量残留使得外壳部分区域无法与焊料接触，从而使得部分正常焊盘出现未浸润或浸润不良的现象，导致得出可焊性不达标的误判；另外，传统焊接强度的试验方法还还需要先将焊球植入到芯片上，然后进行倒装焊接，随后对芯片进行剪切试验，这就导致了试验测试成本高、周期长，且难以满足实际生产需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法，旨在解决现有技术中存在的焊接方法与实际生产工艺差距大，且需要植入芯片后再倒装焊接，导致性能检测不准确，且试验成本高、周期长的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法，包括如下步骤：

S100、在预设于陶瓷外壳的焊盘的上表面均匀涂覆助焊剂，使助焊剂完全覆盖所述焊盘的上表面；

S200、将焊球放置于所述焊盘上表面的指定位置上，形成预制焊点结构；

S300、加热所述预制焊点结构，使所述焊球焊接于所述焊盘上，形成焊点；

S400、观测所述焊点的外观，获取所述焊球在焊盘上的铺展程度，根据所述铺展程度判断可焊性；

S500、对所述焊点进行剪切试验，获取剪切强度及失效模式，通过所述剪切强度及所述失效模式判断焊接的可靠性。

作为本申请另一实施例，所述步骤S400中，根据所述铺展程度判断可焊性具体包括：

当所述焊球在所述焊盘上完全铺展时，则可焊性检测合格；

当所述焊球在所述焊盘上没有完全铺展时，则判断为润湿不良，可焊性检测不合格。

作为本申请另一实施例，所述焊球在所述焊盘上没有完全铺展的状态具体为：

焊球覆盖所述焊盘95％以下的面积。

作为本申请另一实施例，所述步骤S500具体包括：

S510、判断所述剪切强度与对应焊接材料的标准抗剪切强度的差值；

S520、判断所述焊点的断裂位置，所述焊点的断裂位置即为所述失效模式；

当所述剪切强度与所述标准抗剪切强度的差值大于预设差值，且所述焊点断裂位置处于所述焊盘上表面时，判定所述焊盘发生氧化；

当断裂位置处于所述焊盘下方的金属化层与所述陶瓷外壳之间时，判定金属化层与所述陶瓷外壳之间结合力差。

作为本申请另一实施例，所述步骤S400中，采用40倍以上的显微镜对所述焊点外观进行观测。

作为本申请另一实施例，所述步骤S300具体包括：

将所述预制焊点结构放置于加热炉中，在预设气氛下，根据不同焊球材料所对应的温度曲线，对所述预制焊点结构进行加热，以实现焊接。

作为本申请另一实施例，所述预设气氛为氮气气氛。

作为本申请另一实施例，所述预设气氛为还原性气体气氛。

作为本申请另一实施例，所述步骤S200具体包括：

将所述焊球放置于所述焊盘上表面的指定位置上，使所述焊球的中心与所述焊盘的中心重合，形成预制焊点结构。

作为本申请另一实施例，所述步骤S200中，所述焊球的直径不小于所述焊盘的直径。

本发明提供的用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法的有益效果在于：与现有技术相比，采用在焊盘上涂覆助焊剂，避免了助焊剂蒸发以及人工浸润时浸润角度、速度等对性能检验的影响；同时，形成预制焊点结构的过程即与实际生产过程中过程基本一致，加热预制焊点结构的温度变化过程也可设置成实际生产的焊接过程中的温度变化过程(例如回流焊的温度变化过程)，这就使得整个焊接过程基本与实际焊接工艺相近，测试结果更加准确；另外，本发明的试验方法省去了进行倒装芯片安装的过程，节约了芯片耗材以及安装工艺的成本，缩短了试验周期；并且，本发明中的预制焊点结构的制备过程简单，经过简单培训即可操作，有利于降低人工操作的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法的过程示意图。

图中：1、陶瓷外壳；2、焊盘；3、助焊剂；4、焊球；5、推刀。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1，现对本发明提供的用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法进行说明。所述用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法，包括如下步骤：

S100、参阅图1(a)，在预设于陶瓷外壳1的焊盘2的上表面均匀涂覆助焊剂3，使助焊剂3完全覆盖焊盘2的上表面；

S200、参阅图1(a)，将焊球4放置于焊盘2上表面的指定位置上，形成预制焊点结构；

S300、参阅图1(b)，加热预制焊点结构，使焊球4焊接于焊盘2上，形成焊点；

S400、观测焊点的外观，获取焊球4在焊盘2上的铺展程度，根据铺展程度判断可焊性；

S500、参阅图1(c)，对焊点进行剪切试验，获取剪切强度及失效模式，通过剪切强度及失效模式判断焊接的可靠性。

其中，图1(a)中的焊球4为焊接前的焊球4，图1(b)中的焊球4为焊接后的焊球4。

本发明提供的用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法，与现有技术相比，采用在焊盘2上涂覆助焊剂3，避免了助焊剂蒸发以及人工浸润时浸润角度、速度等对性能检验的影响；同时，形成预制焊点结构的过程即与实际生产过程中过程基本一致，加热预制焊点结构的温度变化过程也可设置成实际生产的焊接过程中的温度变化过程(例如回流焊的温度变化过程)，这就使得整个焊接过程基本与实际焊接工艺相近，测试结果更加准确；另外，本发明的试验方法省去了进行倒装芯片安装的过程，节约了芯片耗材以及安装工艺的成本，缩短了试验周期；并且，本发明中的预制焊点结构的制备过程简单，经过简单培训即可操作，有利于降低人工操作的成本。

本发明的试验方法适用于对接倒装芯片安装技术的、含有微型焊盘的陶瓷外壳，如FC-CLGA类陶瓷外壳、SiP类陶瓷外壳。

本实施方式采用的剪切试验设备具有推刀5，可将陶瓷外壳1固定于设备上，通过推刀5的横向移动实现剪切强度的测定。以附图1的视角为例，推刀5需要向右移动才能进行测试。

作为本发明提供的用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法的一种具体实施方式，步骤S100中，采用钨针或其他类似工具蘸取适量助焊剂，以在焊盘2的上表面均匀涂覆助焊剂3；步骤S200中，通过钨针粘取焊球4，以将焊球4放置于焊盘2上。

作为本发明提供的用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法的一种具体实施方式，步骤S400中，根据铺展程度判断可焊性具体包括：

当焊球4在焊盘2上完全铺展时，则可焊性检测合格；

当焊球4在焊盘2上没有完全铺展时，则判断为润湿不良，可焊性检测不合格。

可焊性指的是焊接成设计要求所规定的构件并满足预定服役要求的能力，通过外观检测可焊性，是对焊点焊接性能的初步判断，以便于全面的获得焊接性能的数据。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，焊球4在焊盘2上没有完全铺展的状态具体为：

焊球4覆盖焊盘2的95％以下的面积。

本实施方式中，焊球4在焊接后一般都能覆盖到焊盘2的绝大多数的面积，没有达到95％的完全铺展程度可判定为润湿不良，即可焊性检测不合格。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，步骤S500具体包括：

S510、判断剪切强度与对应焊接材料的标准抗剪切强度的差值；

S520、判断焊点的断裂位置，焊点的断裂位置即为失效模式；

当剪切强度与标准抗剪切强度的差值大于预设差值，且焊点断裂位置处于焊盘2上表面时，判定焊盘2发生氧化；

当断裂位置处于焊盘2下方的金属化层与陶瓷外壳1之间时，判定金属化层与陶瓷外壳1之间结合力差。

本实施方式的判定过程，结合了剪切强度和失效模式，对影响焊点结构性能的两个主要问题进行判定，判定过程简单，结果准确可靠。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，步骤S400中，采用40倍以上的显微镜对所述焊点外观进行观测。通过采用高倍的显微镜进行观测，能够更加准确的获得关于焊料铺设程度的数据，避免误判。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，步骤S300具体包括：

将预制焊点结构放置于加热炉中，在预设气氛下，根据不同焊球材料所对应的温度曲线，对预制焊点结构进行加热，以实现焊接。

通过在加热炉中通入气体以及控制加热温度，避免焊球4的焊料在焊接过程中发生不必要的性质改变，使得试验的焊接过程能与实际生产过程保持基本一致，进而使得测试数据更加准确。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，预设气氛为氮气气氛。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，预设气氛为还原性气体气氛。

通过上述气体对加热炉中的空气进行置换，由于上述气体不会参与到焊接反应中，进而避免了焊料性质发生不必要的改变。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，步骤S200具体包括：

将焊球4放置于焊盘2上表面的指定位置上，使焊球4的中心与焊盘2的中心重合，形成预制焊点结构。

需要说明的是，焊球4的中心与焊盘2的中心重合，可以是完全重合，也可以是大致重合，当焊球4在焊接过程中熔融后，其中心位置自动与焊盘2中心位置对准。

作为本发明实施例的一种具体实施方式，请参阅图1，步骤S200中，焊球4的直径不小于焊盘2的直径。焊球4直径较大，能够保证焊料能够完全覆盖焊盘2。

可选地，焊球4的直径与焊盘2的直径之比为1:1～1.2:1。

本发明的试验方法通过直接在陶瓷外壳1的焊盘2上进行焊球制作并进行单点焊球剪切试验的方式，无需采用芯片，也不存在因助焊剂导致浸润不良的问题，达到快速有效、成本低廉地检测含有微型焊盘的陶瓷外壳可焊性和焊接强度的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100、在预设于陶瓷外壳的焊盘的上表面均匀涂覆助焊剂，使助焊剂完全覆盖所述焊盘的上表面；

S200、将焊球放置于所述焊盘上表面的指定位置上，形成预制焊点结构；

S300、加热所述预制焊点结构，使所述焊球焊接于所述焊盘上，形成焊点；

S400、观测所述焊点的外观，获取所述焊球在焊盘上的铺展程度，根据所述铺展程度判断可焊性；

S500、对所述焊点进行剪切试验，获取剪切强度及失效模式，通过所述剪切强度及所述失效模式判断焊接的可靠性。

2.如权利要求1所述的用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法，其特征在于，所述步骤S400中，根据所述铺展程度判断可焊性具体包括：

当所述焊球在所述焊盘上完全铺展时，则可焊性检测合格；

当所述焊球在所述焊盘上没有完全铺展时，则判断为润湿不良，可焊性检测不合格。

3.如权利要求2所述的用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法，其特征在于，所述焊球在所述焊盘上没有完全铺展的状态具体为：

焊球覆盖所述焊盘95％以下的面积。

4.如权利要求1所述的用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法，其特征在于，所述步骤S500具体包括：

S510、判断所述剪切强度与对应焊接材料的标准抗剪切强度的差值；

S520、判断所述焊点的断裂位置，所述焊点的断裂位置即为所述失效模式；

当所述剪切强度与所述标准抗剪切强度的差值大于预设差值，且所述焊点断裂位置处于所述焊盘上表面时，判定所述焊盘发生氧化；

当断裂位置处于所述焊盘下方的金属化层与所述陶瓷外壳之间时，判定金属化层与所述陶瓷外壳之间结合力差。

5.如权利要求1所述的用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法，其特征在于，所述步骤S400中，采用40倍以上的显微镜对所述焊点外观进行观测。

6.如权利要求1所述的用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法，其特征在于，所述步骤S300具体包括：

将所述预制焊点结构放置于加热炉中，在预设气氛下，根据不同焊球材料所对应的温度曲线，对所述预制焊点结构进行加热，以实现焊接。

7.如权利要求6所述的用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法，其特征在于，所述预设气氛为氮气气氛。

8.如权利要求6所述的用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法，其特征在于，所述预设气氛为还原性气体气氛。

9.如权利要求1所述的用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法，其特征在于，所述步骤S200具体包括：

将所述焊球放置于所述焊盘上表面的指定位置上，使所述焊球的中心与所述焊盘的中心重合，形成预制焊点结构。

10.如权利要求1所述的用于陶瓷外壳焊盘焊接性能检验的试验方法，其特征在于，所述步骤S200中，所述焊球的直径不小于所述焊盘的直径。

Images