CN115302130A - 一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法 - Google Patents

一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法，属于电子元器件封装技术领域，对原始板材进行处理获得预成型基板，做四层电镀；将金锡合金锭压成箔带材，进行冲裁获得金锡焊环；取盖板定位块，将预成型盖板放入盖板定位凹槽中，然后将金锡焊环放入盖板定位凹槽中；将若干盖板定位块，置于隧道窑炉的输送带上，传输到炉中烧结，将金锡焊环依附在预成型盖板上。本发明能够满足精密封装要求，其上附着的金锡焊料定位准、无间隙、附着力更强、难以脱落、氧化程度低。

Description

一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法
技术领域
本发明涉及电子元器件封装技术领域，具体涉及一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法。
背景技术
传统的汽车制导、5G通讯、大功率激光、光通信等元器件封装过程中，需要将可伐合金盖板/陶瓷盖板、金锡焊环与管壳配合在300℃～350℃下实现低温烧结密封。在此过程中，通常金锡焊环需先与管壳贴合，然后盖板再与含金锡焊环的管壳贴合。多次贴合导致封装过程工艺环节多，成本增加，而且导致定位精度较低，盖板、焊环和管壳错位，最终使得焊缝不完整，无法满足密封技术要求。
为解决传统芯片封装技术存在的问题，人们进行了相关研究，其中，中国专利申请(CN211438596U)公开了一种陶瓷盖板的金锡焊料激光附着组件，该激光点焊技术，能够在一定程度上解决定位不精准和密封不严的问题，但是同时带来了激光能量密度高，导致焊料溅射和焊点粗糙；焊接在空气氛围下进行，导致焊点易被氧化；激光焊接时的温度梯度大，焊料局部应力大，局部易变形，导致焊料与盖板的间隙较大，最终焊料易变形脱落等一系列新的问题，无法很好的满足精密封装的要求。因此亟需设计一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法。
发明内容
本发明主要目的在于提供一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法，能够在解决定位不精准和密封不严问题的同时，避免焊料溅射、焊料氧化、焊料变形脱落等一系列新的问题，满足精密封装的要求。
为解决上述技术问题，本发明采取了如下技术方案：
一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法，包括以下步骤：
S1、预成型盖板
对原始板材进行成型处理获得预成型基板，在预成型基板上镀膜；
S2、成型金锡焊环
使用熔炼炉获得金锡合金锭，将其压成箔带材，然后对箔带材进行冲裁获得金锡焊环，金锡焊环的外框尺寸与预成型盖板的尺寸相匹配；
S3、安放预成型盖板和金锡焊环
取开有若干(根据需要设置合理数量)盖板定位凹槽的盖板定位块(材质为石墨)，将预成型盖板放入盖板定位块的盖板定位凹槽中，然后将金锡焊环放入盖板定位凹槽中，最终放满所有盖板定位凹槽。
S4、烧结依附
将S3中得到装有预成型盖板和金锡焊环的若干盖板定位块，置于隧道窑炉的输送带上，传输到隧道窑炉中烧结，将金锡焊环依附在预成型盖板上；
进一步的，在步骤S4之后还包括步骤S5，即：
S5、检验
将依附金锡合金焊环的预成型盖板从盖板定位块上取出，采用光学(自动)检测仪检测已依附金锡焊环的预成型盖板，检验金锡焊环是否已完全稳固依附在预成型盖板上，并且各项指标满足合格产品要求。
进一步的，步骤1中预成型盖板为可伐合金盖板或陶瓷盖板，
a)预成型可伐合金盖板步骤如下：
将可伐合金冲压成型后，通过电化学方法，在可伐合金盖板上依次做四层电镀，第一镀层为镀镍层，第二镀层为镀金层，第三镀层为镀镍层，第四镀层为镀金层；
b)预成型陶瓷盖板步骤如下：
将陶瓷切割成型后，通过物理气相沉积方式，在陶瓷盖板上依次做四层电镀，第一镀层为镀镍层，第二镀层为镀金层，第三镀层为镀镍层，第四镀层为镀金层，物理气相沉积方式为磁控溅射镀膜方式或离子束辅助蒸镀方式。
进一步的，步骤2中金锡焊环的厚度为10～50μm，金锡焊环的外框和内框的距离为0.1～5mm，金锡焊环为矩形或圆形。
进一步的，盖板定位凹槽的凹槽尺寸与预成型盖板的尺寸相匹配，在精度要求范围内略大于预成型盖板和金锡焊环，盖板定位块上配置若干盖板定位凹槽。
进一步的，步骤4中在隧道窑炉中通入一定流速的混合气体，确保烧结时盖板和焊环处在惰性和还原气氛中。惰性气体采用高纯氮气，还原气体采用高纯氢气，纯度均不小于99.999％。
进一步的，步骤4中在隧道窑炉中通入的氮气流量和氢气流量大小根据隧道窑炉内部空间大小和不同温度段进行调节，在烧结时确保盖板和焊环处在惰性和还原气氛中。
进一步的，步骤4中氮气流量可为10～100L/min、氢气流量可为5～15L/min。
进一步的，烧结依附时的温度为305～310℃，步骤3得到的盖板定位块在隧道窑炉内的停留时间随盖板和金锡合金焊环大小变化而调整。
进一步的，步骤3中盖板定位块的停留时间可为8～20min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
在封装前，采用烧结依附方式在可伐合金或陶瓷盖板上附着金锡焊料，获得高质量的预成型盖板附着金锡焊环的组件，该组件能够满足精密封装要求，其上附着的金锡焊料定位准、形变小、附着力强、难以脱落、氧化程度低；在提高附着金锡焊料预封装组件的成品率和质量的基础上，后续封装中仅需一次贴片，减少了贴片次数，提高了加工效率和效果，并且避免焊料溅射、焊料氧化、焊料变形脱落、封装密封性差等一系列问题，满足精密封装的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明盖板定位块示意图。
图2为本发明预成型盖板与金锡焊环分离状态结构示意图。
图3为本发明本发明盖板定位块局部、预成型盖板和金锡焊环装配后俯视示意图。
图4为本发明盖板依附金锡合金焊环后的剖面示意图。
图5为本发明预成型盖板镀层剖面示意图。
其中，图中：
1、盖板定位块；2、盖板定位凹槽；3、预成型盖板；4、金锡焊环；5、金锡依附界面；6、预成型基板；7、第一镀层；8、第二镀层；9、第三镀层；10、第四镀层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
结合图1至图5，本实施例提供一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法，包括以下步骤：
S1、预成型盖板
对原始板材进行成型处理获得预成型基板6，在预成型基板6上依次做四层电镀；
本实施例中将可伐合金冲压成型后，通过电化学方法，在可伐合金盖板上依次做四层电镀，第一镀层7为镀镍层，第二镀层8为镀金层，第三镀层9为镀镍层，第四镀层10为镀金层；将陶瓷切割成型后，通过物理气相沉积方式，在陶瓷盖板上依次做四层电镀，第一镀层7为镀镍层，第二镀层8为镀金层，第三镀层9为镀镍层，第四镀层10为镀金层，物理气相沉积方式为磁控溅射镀膜方式或离子束辅助蒸镀方式；预成型盖板3为可伐合金盖板或陶瓷盖板。
S2、成型金锡焊环
使用熔炼炉获得金锡合金锭，利用压延机将其压成箔带材，然后对箔带材进行冲裁获得金锡焊环4，金锡焊环4的外框尺寸与预成型盖板3的尺寸相匹配；
本实施例中金锡焊环4的厚度为10～50μm，金锡焊环4的外框和内框的距离为0.1～5mm，金锡焊环4为矩形或圆形。
S3、安放预成型盖板和金锡焊环
取开有若干(根据需要设置合理数量)盖板定位凹槽2的盖板定位块1(材质为石墨)，将预成型盖板3放入盖板定位块1的盖板定位凹槽2中，然后将金锡焊环4放入盖板定位凹槽2中，最终放满所有盖板定位凹槽2。
本实施例中得到的盖板定位块1在隧道窑炉内的停留时间通常为8～20min，停留时间随盖板定位块1和金锡焊环4大小变化而调整。
S4、烧结依附
将S3中得到装有预成型盖板3和金锡焊环4的若干盖板定位块1，置于隧道窑炉的输送带上，传输到隧道窑炉中烧结，将金锡焊环4依附在预成型盖板3上；
本实施例中在隧道窑炉中通入一定流速的混合气体，确保烧结时盖板定位块1和金锡焊环4处在惰性和还原气体中。烧结依附时的温度为305～310℃，惰性气体采用高纯氮气，还原气体采用高纯氢气，纯度均不小于99.999％，氮气流量和氢气流量大小根据隧道窑炉内部空间大小和不同温度段进行调节，一般氮气流量在10～100L/min、氢气流量在5～15L/min。
S5、检验
将依附金锡焊环4的预成型盖板3从盖板定位块1上取出，采用光学(自动)检测仪检验已依附金锡焊环4的预成型盖板3，检验金锡焊环4是否已完全稳固依附在预成型盖板3上，并且各项指标满足产品合格要求。
实施例2
本实施例提供一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法，包括以下步骤：
S1、预成型盖板
对原始板材进行成型处理获得预成型基板6，在预成型基板6上依次做四层电镀；
本实施例中，将可伐合金冲压成型，得到可伐合金预成型基板6，尺寸为长1.2mm，宽1.0mm，预成型基板6为矩形板，通过电化学方法，在可伐合金预成型基板6上依次做四层电镀，分别为第一镀层7、第二镀层8、第三镀层9和第四镀层10，第一镀层7进行镀镍，厚度为1～9μm，第二镀层8进行镀金，厚度为0.6～0.7μm，第三镀层9进行镀镍，厚度为1～9μm，第四镀层10进行镀金，厚度≥0.6μm。第一镀层7和第三镀层9累积厚度≤11.43μm，第二镀层8和第四镀层10累积厚度＞1.27μm。
S2、成型金锡焊环
使用熔炼炉获得金锡合金锭，利用压延机将其压成箔带材，然后对箔带材进行冲裁获得金锡焊环4，金锡焊环4的外框尺寸与预成型盖板3的尺寸相匹配；
本实施例中，金锡焊环4的厚度为10μm，金锡焊环4的外框和内框的距离为0.2mm，金锡焊环4的外框尺寸与预成型盖板3一致，长1.2mm，宽1.0mm，外形为矩形。
S3、安放预成型盖板和金锡焊环
取开有若干(根据需要设置合理数量)盖板定位凹槽2的盖板定位块1(材质为石墨)，将预成型盖板3放入盖板定位块1的盖板定位凹槽2中，然后将金锡焊环4放入盖板定位凹槽2中，最终放满所有盖板定位凹槽2。
S4、烧结依附
将S3中得到装有预成型盖板3和金锡焊环4的若干盖板定位块1，置于隧道窑炉的输送带上，传输到隧道窑炉中烧结，将金锡焊环4依附在预成型盖板3上；
本实施例中，在隧道窑炉中通入一定流速的混合气体，确保烧结时盖板定位块1和金锡焊环4处在惰性和还原气体中。烧结依附时的温度为305℃，盖板定位块1在隧道窑炉内的停留时间为8min。惰性气体采用高纯氮气，还原气体高纯氢气，纯度均不小于99.999％，氮气流量控制在50L/min、氢气流量控制在10L/min。
S5、检验
将依附金锡焊环4的预成型盖板3从盖板定位块1上取出，采用光学(自动)检测仪检验已依附金锡焊环4的预成型盖板3，检验金锡焊环4是否已完全稳固依附在预成型盖板3上，并且各项指标满足产品合格要求。
实施例3
本实施例提供一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法，包括以下步骤：
S1、预成型盖板
对原始板材进行成型处理获得预成型基板6，在预成型基板6上依次做四层电镀；
本实施例中，预成型盖板3为陶瓷盖板，将陶瓷切割成型后，得到长15mm，宽10mm的矩形盖板，通过物理气相沉积方式，在陶瓷盖板上依次做四层电镀，第一镀层7进行镀镍，厚度≥1.2μm，第二镀层8进行镀金，厚度为≥0.6μm，第三镀层9进行镀镍，厚度≥1.2μm，第四镀层10进行镀金，厚度为≥0.6μm。第一镀层7和第三镀层9累积厚度≤2.6μm，第二镀层8和第四镀层10累积厚度＞1.2μm，物理气相沉积方式包括但不限于磁控溅射镀膜方式和离子束辅助蒸镀方式。
S2、成型金锡焊环
使用熔炼炉获得金锡合金锭，利用压延机将其压成箔带材，然后对箔带材进行冲裁获得金锡焊环4，金锡焊环4的外框尺寸与预成型盖板3的尺寸相匹配；
本实施例中，金锡焊环4厚度为40μm，金锡焊环4的外框和内框的距离为0.6mm，金锡焊环4的外框尺寸与矩形盖板一致，长15mm，宽10mm。
S3、安放预成型盖板和金锡焊环
安放预成型盖板3和焊环4中，如图1所示，本实施例的盖板定位块1上设有30个定位凹槽，将预成型盖板3放入盖板定位块1的盖板定位凹槽中2，然后将金锡焊环4放入盖板定位凹槽2中，最终放满所有盖板定位凹槽2。
S4、烧结依附
将S3中得到装有预成型盖板3和金锡焊环4的若干盖板定位块1，置于隧道窑炉的输送带上，传输到隧道窑炉内烧结，将金锡焊环4依附在预成型盖板3上；
本实施例中，对烧结依附的作业参数进行调整，烧结依附时的温度为310℃，盖板定位块1在隧道窑炉内的停留时间为15min。惰性气体采用高纯氮气，还原气体采用高纯氢气，纯度均不小于99.999％，氮气流量控制在60L/min、氢气流量控制在12L/min，在烧结时确保盖板和焊环处在惰性和还原气体中。
S5、检验
将依附金锡焊环4的预成型盖板3从盖板定位块1上取出，采用光学(自动)检测仪检验已依附金锡焊环4的预成型盖板3，检验金锡焊环4是否已完全稳固依附在预成型盖板3上，并且各项指标满足产品合格要求。
实施例4：
本实施例提供一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法，包括以下步骤：
S1、预成型盖板
对原始板材进行成型处理获得预成型基板6，在预成型基板6上依次做四层电镀；
本实施例中，预成型盖板3为陶瓷盖板，将陶瓷切割成型后，预成型盖板3的形状为圆形，直径12mm，通过物理气相沉积方式，在陶瓷盖板上依次做四层电镀，第一镀层7进行镀镍，厚度≥1.2μm，第二镀层8进行镀金，厚度为≥0.6μm，第三镀层9进行镀镍，厚度≥1.2μm，第四镀层10进行镀金，厚度为≥0.6μm。第一镀层7和第三镀层9累积厚度≤2.6μm，第二镀层8和第四镀层10累积厚度＞1.2μm，物理气相沉积方式包括但不限于磁控溅射镀膜方式和离子束辅助蒸镀方式。
S2、成型金锡焊环
使用熔炼炉获得金锡合金锭，利用压延机将其压成箔带材，然后对箔带材进行冲裁获得金锡焊环4，金锡焊环4的外框尺寸与预成型盖板3的尺寸相匹配；
本实施例中，成型金锡焊环4中，金锡焊环4外径12mm，内径11mm。
S3、安放预成型盖板和金锡焊环
本实施例中，如图1所示，盖板定位块1上设有30个定位凹槽，将预成型盖板3放入盖板定位块1的盖板定位凹槽中2，然后将金锡焊环4放入盖板定位凹槽2中，最终放满所有盖板定位凹槽2。
S4、烧结依附
将S3中得到装有预成型盖板3和金锡焊环4的若干盖板定位块1，置于隧道窑炉的输送带上，传输到隧道窑炉内烧结，将金锡焊环4依附在预成型盖板3上；
本实施例中，对烧结依附的作业参数进行调整，烧结依附时的温度为310℃，盖板定位块1在隧道窑炉内的停留时间为15min。惰性气体采用高纯氮气，还原气体采用高纯氢气，纯度均不小于99.999％，氮气流量控制在60L/min、氢气流量控制在12L/min，在烧结时确保盖板和焊环处在惰性和还原气体中。
S5、检验
将依附金锡焊环4的预成型盖板3从盖板定位块1上取出，采用光学(自动)检测仪检验已依附金锡焊环4的预成型盖板3，检验金锡焊环4是否已完全稳固依附在预成型盖板3上，并且各项指标满足产品合格要求。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、预成型盖板，对原始板材进行成型处理获得预成型基板(6)，在预成型基板(6)上镀金属；
S2、成型金锡焊环，将金锡合金锭压成箔带材，对箔带材进行冲裁获得金锡焊环(4)；
S3、安放预成型盖板和金锡焊环，取有若干盖板定位凹槽(2)的盖板定位块(1)，将预成型盖板(3)放入盖板定位块(1)的盖板定位凹槽(2)中，然后将金锡焊环(4)放入盖板定位凹槽(2)中；
S4、烧结依附，将S3中得到装有预成型盖板(3)和金锡焊环(4)的若干盖板定位块(1)，置于隧道窑炉的输送带上，传输到隧道窑炉内烧结，将金锡焊环(4)依附在预成型盖板(3)上。
2.根据权利要求1所述的一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法，其特征在于，所述步骤S4之后还包括步骤S5、检验，将依附金锡合金焊环的预成型盖板(3)从盖板定位块(1)上取出，采用光学检测仪检测已依附金锡焊环(4)的预成型盖板(3)，检验金锡焊环(4)是否已完全稳固依附在预成型盖板(3)上，并且各项指标满足产品合格要求。
3.根据权利要求1所述的一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法,所述盖板定位凹槽(2)的凹槽尺寸与预成型盖板(3)的尺寸相匹配，在精度要求范围内略大于预成型盖板(3)和金锡焊环(4)，盖板定位块(1)上配置若干盖板定位凹槽(2)。
4.根据权利要求1所述的一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法，其特征在于，步骤1中预成型盖板(3)为可伐合金盖板，预成型可伐合金盖板步骤如下：
将可伐合金冲压成型后，通过电化学方法，在可伐合金盖板上依次做四层电镀，第一镀层(7)为镀镍层，第二镀层(8)为镀金层，第三镀层(9)为镀镍层，第四镀层(10)为镀金层。
5.根据权利要求1所述的一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法，其特征在于，步骤1中预成型盖板(3)为陶瓷盖板，预成型陶瓷盖板制备步骤如下：
将陶瓷切割成型后，通过物理气相沉积方式，在陶瓷盖板上依次做四层电镀，第一镀层(7)为镀镍层，第二镀层(8)为镀金层，第三镀层(9)为镀镍层，第四镀层(10)为镀金层，物理气相沉积方式为磁控溅射镀膜方式或离子束辅助蒸镀方式。
6.根据权利要求1所述的一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法，其特征在于，步骤2中金锡焊环(4)的厚度为10～50μm，金锡焊环(4)的外框和内框的距离为0.1～5mm，金锡焊环(4)为矩形或圆形，金锡焊环(4)的外框尺寸与预成型盖板(3)的尺寸相匹配。
7.根据权利要求1所述的一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法，其特征在于，步骤4中在隧道窑炉中通入一定流速的惰性和还原混合气体，惰性气体采用高纯氮气或其他各类惰性气体，还原气体采用高纯氢气，纯度均不小于99.999％。
8.根据权利要求1所述的一种预成型盖板附着金锡焊环的烧结依附预封装方法，其特征在于，烧结依附时的温度为305～310℃，S3中得到装有预成型盖板(3)和金锡焊环(4)的若干盖板定位块(1)在隧道窑炉内停留一段时间，将金锡焊环(4)烧结依附到预成型盖板(3)上。
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