CN115488074B - 一种管壳封装植球植柱前处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管壳封装植球植柱前处理方法，包括对半导体器件的陶瓷管壳焊盘进行预处理，去除焊盘表面多余物；将经过预处理后的半导体器件放入激光清洗设备中，对陶瓷管壳焊盘进行激光清洗；将半导体器件置于等离子清洗设备中，对陶瓷管壳焊盘进行等离子活化。通过利用激光清洗的方式去除半导体器件的陶瓷管壳焊盘表面污染物，裸露出洁净的焊盘表面进行下一步的焊接工作，避免了污染物导致的有效焊接面积下降或者弱连接的问题，并且不会对陶瓷电路产生其余附加的损伤，能够显著的提高工作效率，可实现高强度的植球/植柱工艺，降低了陶瓷管壳的报废率，提高了产品的加工质量。
Description
技术领域
本发明属于封装技术领域，涉及一种管壳封装植球植柱前处理方法。
背景技术
随着电子系统向高密度集成化发展，电路的引出端数量和引脚密度也急剧增长，CBGA/CCGA器件对于外引脚制备的可靠性要求也逐渐增加。焊点的质量对于CBGA/CCGA器件的植球/植柱质量和长期可靠性影响至关重要，而影响焊点可靠性的关键因素为陶瓷管壳焊盘的表面状态，目前植球/植柱前多采用等离子清洗或水清洗的方法进行焊盘表面清洁，这种方法存在以下缺点：
(1)尺寸较大的不可动多余物无法去除。等离子清洗仅能去除微观的细小多余物，活化焊盘表面，但是对于尺寸在毫米级以上的多余物无法有效去除，水清洗仅能去除粘附度较低的多余物。
(2)高熔点的氧化物无法去除。针对高熔点氧化物，采用等离子清洗和水清洗均无法有效去除。
焊盘表面清洁度差或者存在难以去除的氧化物时，多余物会阻挡焊料与焊盘之间的扩散反应，造成焊盘不润湿或焊接界面弱连接，导致有效焊接面积减小，进而降低焊点的连接强度，在服役过程中极易成为裂纹萌生的位置，最终导致电路失效。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中陶瓷管壳表面尺寸较大的不可动多余物和高熔点的氧化物，无法有效去除，造成有效焊接面积减小，容易导致电路失效的问题，提供一种管壳封装植球植柱前处理方法。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种管壳封装植球植柱前处理方法，包括以下步骤：
对半导体器件的陶瓷管壳焊盘进行预处理，去除焊盘表面多余物；
将经过预处理后的半导体器件放入激光清洗设备中，对陶瓷管壳焊盘进行激光清洗；
将半导体器件置于等离子清洗设备中，对陶瓷管壳焊盘进行等离子活化。
本发明的进一步改进在于：
所述预处理为对半导体器件的陶瓷管壳焊盘采用酒精擦拭或清水冲洗。
所述半导体器件为CBGA器件或CCGA器件。
所述半导体器件的陶瓷管壳焊盘数量为10～2000个。
所述激光清洗为对陶瓷管壳焊盘上的镀层进行去除，去除镀层的厚度至多为80％的镀层厚度。
所述去除镀层的厚度为0.1μm。
所述激光清洗的功率≤100W，脉冲频率为50～500kHz。
所述激光清洗的波长为1064nm，清洗速率为5000～15000mm/s。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提出了一种管壳封装植球植柱前处理方法，利用激光清洗的方式去除半导体器件的陶瓷管壳焊盘表面污染物，裸露出洁净的焊盘表面进行下一步的焊接工作，避免了污染物导致的有效焊接面积下降或者弱连接的问题，并且不会对陶瓷电路产生其余附加的损伤，能够显著的提高工作效率，可实现高强度的植球/植柱工艺，降低了陶瓷管壳的报废率，提高了产品的加工质量。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明中管壳封装植球植柱前焊盘处理方法流程图；
图2为本发明中管壳封装植球植柱前焊盘激光处理示意图；
图3为本发明中植柱后单一焊柱结构示意图；
图4为本发明中植球后单一焊球结构示意图；
图5为本发明中管壳封装植球植柱焊接界面示意图。
其中：1-激光器，2-待清洗电路，3-焊柱，4-焊球，5-焊料，6-陶瓷电路，7-焊料层，8-金属间化合物层，9-焊盘镍镀层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明公开了一种管壳封装植球植柱前处理方法，包括以下步骤：
S1，对半导体器件的陶瓷管壳焊盘进行预处理，去除焊盘表面多余物。
去除陶瓷管壳焊盘表面的可动多余物和可见的大块多余物，采用酒精擦拭过着高压水冲洗的方式去除大块的多余物，避免污染物的遮挡而影响激光清洗效果。
S2，将经过预处理后的半导体器件放入激光清洗设备中，对陶瓷管壳焊盘进行激光清洗。
根据电路尺寸制作阵列分布的工装夹具，将陶瓷电路焊盘面朝上置于工装夹具中，放入激光清洗设备中进行激光清洗，直至焊盘表面无多余物，调试激光清洗设备的清洗工艺，保证激光清洗的去除厚度在允许的范围内，避免清洗过度而降低焊盘的镀层厚度。
S3，将半导体器件置于等离子清洗设备中，对陶瓷管壳焊盘进行等离子活化。
将半导体器件置于等离子清洗设备中进行表面活化，之后按照印刷锡膏、焊球/焊柱放置、回流焊接和助焊剂清洗的步骤完成植球/植柱作业。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图2，为本发明中管壳封装植球植柱前焊盘激光处理示意图，包括激光器1和待清洗电路2，将电路焊盘面朝上置于工装夹具中，由激光器1进行激光清洗，直至焊盘表面无多余可动物。参见图3和图4，为本发明中植柱和植球后单一的焊柱和焊球结构示意图。
通过利用激光清洗的方式去除半导体器件的陶瓷管壳焊盘表面污染物，裸露出洁净的焊盘表面进行下一步的焊接工作，避免了污染物导致的有效焊接面积下降或者弱连接的问题，并且不会对陶瓷电路产生其余附加的损伤，能够显著的提高工作效率，可实现高强度的植球/植柱工艺，降低了陶瓷管壳的报废率，提高了产品的加工质量。
本发明公开了一实施例为应用于CCGA484植柱过程，具体步骤包括：
S1，去除陶瓷管壳焊盘表面的可动多余物和和可见的大块多余物。采用酒精擦拭、高压水冲洗的方式去除大块的多余物，避免污染物遮挡而影响激光清洗效果。
S2，根据电路尺寸制作阵列分布的工装夹具，将陶瓷电路焊盘面朝上置于工装夹具中，将工装夹具置于激光清洗设备中进行电路批量激光清洗，工装夹具的尺寸与陶瓷电路的尺寸一致，可以实现批次激光清洗加工，将其置于激光清洗设备中进行激光清洗，直至陶瓷电路焊盘表面无多余物。具体为：调试激光清洗设备的清洗工艺，保证激光清洗的去除厚度在允许的范围内，避免清洗过度而降低焊盘的镀层厚度。使用激光清洗的功率≤100W，脉冲频率为50～500kHz，激光波长为1064nm，清洗速率为5000～15000mm/s，清洗后检查焊盘表面无多余物。设定的激光清洗参数根据焊盘镀层的厚度不同进行相应的调节。
使用激光清洗去除焊盘的厚度为80％的金镀层厚度，使用激光清洗对于器件的陶瓷表面不会留下明显的痕迹。所使用的陶瓷器件焊盘数量为10～2000个能够保证所有焊盘的清洗效果。
S3，在植球/植柱前，对焊盘进行等离子活化，并按照植球/植柱步骤进行作业。将陶瓷电路在等离子清洗设备中进行表面活化，之后按照印刷锡膏、焊球/焊柱放置、回流焊接、助焊剂清洗的步骤完成植球、植柱作业。
本发明中利用CBGA/CCGA器件焊盘激光清洗的方式去除焊盘表面的多余物和氧化物残留，避免了污染物导致的有效焊接面积下降或者弱连接的问题，所形成的焊点能够实现整个焊盘面积的有效焊接，焊柱的焊点力学强度可以达到900g以上，焊球可达到未清洗前的1.1倍以上。使用的陶瓷电路焊盘数量为10～2000个，保证了大规模植球、植柱器件的焊点可靠性。
本发明中通过采用激光清洗的方式对焊盘进行预先处理，能够达到良好的植球和植柱焊接效果，在保证了焊盘清洁度的同时，不会对陶瓷表面、焊点的镀层厚度造成不良的影响，去除焊盘的厚度控制在80％的金镀层厚度内，同时保证了半导体器件上多个引出端的焊接质量，形成高强度的焊接界面。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种管壳封装植球植柱前处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
对半导体器件的陶瓷管壳焊盘进行预处理，去除焊盘表面多余物；
将经过预处理后的半导体器件放入激光清洗设备中，对陶瓷管壳焊盘进行激光清洗，所述激光清洗为对陶瓷管壳焊盘上的镀层进行去除，去除镀层的厚度至多为80％的镀层厚度；
将半导体器件置于等离子清洗设备中，对陶瓷管壳焊盘进行等离子活化。
2.如权利要求1所述的一种管壳封装植球植柱前处理方法，其特征在于，所述预处理为对半导体器件的陶瓷管壳焊盘采用酒精擦拭或清水冲洗。
3.如权利要求1所述的一种管壳封装植球植柱前处理方法，其特征在于，所述半导体器件为CBGA器件或CCGA器件。
4.如权利要求1所述的一种管壳封装植球植柱前处理方法，其特征在于，所述半导体器件的陶瓷管壳焊盘数量为10～2000个。
5.如权利要求1所述的一种管壳封装植球植柱前处理方法，其特征在于，所述激光清洗的功率≤100W，脉冲频率为50～500kHz。
6.如权利要求1所述的一种管壳封装植球植柱前处理方法，其特征在于，所述激光清洗的波长为1064nm，清洗速率为5000～15000mm/s。
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