CN116810161A - 一种预覆焊料盖板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预覆焊料盖板的制备方法，属于电子元器件封装领域，包括：根据预设条件加工得到符合要求的金属底板，并将熔炼得到的金锡合金锭压延成金锡箔带材，然后冲裁金锡箔带材获得金锡焊料，金锡焊料为中空结构；在金属底板上刻蚀环状的凹槽；凹槽刻蚀完成后，清理金属底板表面杂质，采用电化学方法在金属底板的表面进行电镀，形成电镀层；电镀完成后，将成型的金锡焊料放置于金属底板上，并使得凹槽位于金锡焊料的内框中；高温加热金锡焊料至半熔融状态附着到金属底板上，形成预覆焊料盖板；检查预覆焊料盖板是否符合要求，剔除不合格产品。本发明通过凹槽限制半熔融状态的金锡焊料，避免了焊料向预覆焊料盖板中心区域扩散的可能。
Description
技术领域
本发明属于电子元器件封装领域，具体涉及一种预覆焊料盖板的制备方法。
背景技术
对于石英晶体等电子元器件，需要将基座与上盖放置在充满惰性气氛或真空环境中进行封焊，从而保护电子元器件内部的零部件。在已经放置晶体的陶瓷基座上，盖上预覆焊料的气密性封装盖板后，加热到焊料的焊接温度，熔化后的焊料因其高流动性和高浸润性，能够迅速填补盖板和陶瓷基座之间的空隙，实现气密性封装。
但也因其高流动性和高浸润性，容易导致焊料在预覆到盖板上的高温半熔融过程中无序溢流，少量焊料会随机向中心区域扩散。对于少量焊料向中心区域扩散的预覆金锡盖板，将其用于石英晶体等电子元器件气密性封装时，焊料除迅速填补金属盖板和陶瓷基座之间的空隙外，靠近中心区域的焊料会随机溢流到陶瓷基座上预先布置的石英晶体、微电路等零部件上时，导致整个电子元器件损坏。这导致原有制备方法得到的预覆焊料盖板的可靠性不高，成品率偏低，存在内部电路短路、损坏等风险，因此如何提供一种能够避免焊料向零部件溢流的预覆焊料盖板制备方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种预覆焊料盖板的制备方法，本发明能够避免焊料向零部件溢流，降低内部电路短路、损坏等风险。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种预覆焊料盖板的制备方法，包括：
S10：材料预处理
根据预设条件加工得到符合要求的金属底板，并将熔炼得到的金锡合金锭压延成金锡箔带材，然后冲裁金锡箔带材获得金锡焊料，金锡焊料为中空结构；
S20：金属底板刻蚀
在金属底板上刻蚀环状的凹槽；
S30：金属底板电镀
凹槽刻蚀完成后，清理金属底板表面杂质，采用电化学方法在金属底板的表面进行电镀，形成电镀层；
S40：预覆金锡焊料
电镀完成后，将成型的金锡焊料放置于金属底板上，并使得凹槽位于金锡焊料的内框中；高温加热金锡焊料至半熔融状态附着到金属底板上，形成预覆焊料盖板；
S50：成品检验
检查预覆焊料盖板是否符合要求，剔除不合格产品。
优选的，步骤S10中，所述金锡焊料的厚度为10～25μm，所述金锡焊料的外框和内框的间距为0.1～0.2mm。
优选的，步骤S20中，所述凹槽的形状与所述金属底板的外边缘形状相同。
优选的，步骤S20中所述凹槽采用激光器刻蚀，所述激光器设置有用于调节激光光斑大小以及激光停留时间的调控装置。
优选的，步骤S30中，采用电化学方法在所述金属底板的表面进行电镀，所述电镀层设置有多层，电镀层的总厚度小于等于5μm。
优选的，步骤S30中，电镀层包括第一镀镍层和第二镀金层，所述第一镀镍层设置于所述金属底板和所述第二镀金层之间，所述第一镀镍层的厚度为2.5～4.5μm，所述第二镀金层的厚度为0.01～0.05μm。
优选的，步骤S40中，采用高温隧道窑炉进行高温加热金锡焊料，所述高温隧道窑炉设定的温度为305-310℃，所述高温隧道窑炉内充满惰性还原性气体或抽真空。
本发明的有益效果在于：
本发明通过设置凹槽，并使凹槽位于金锡焊料的内框中，从而将半熔融状态下少量向金属底板内部无序溢流的焊料限制在凹槽内，避免焊料向预覆焊料盖板中心区域扩散，防止出现焊料溢流到陶瓷基座预先布置的石英晶体、微电路等零部件上，导致元器件短路或损坏的可能，提高预覆焊料金属底板封装的可靠性和成品率。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显。
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是本发明的封装成品的剖面示意图；
图2是本发明的金属底板的剖面示意图；
图3是本发明的预覆焊料盖板的剖面示意图；
图4为本发明的预覆焊料盖板的俯视图。
其中，图中：
1、预覆焊料盖板；2、金锡焊料；3、过渡层；4、陶瓷基座；5、金属底板；6、凹槽。
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。
参阅附图1-4，本发明公开了一种预覆焊料盖板的制备方法，包括：
S10：材料预处理，根据预设条件加工得到符合要求的金属底板5，并将熔炼得到的金锡合金锭压延成金锡箔带材，然后冲裁金锡箔带材获得金锡焊料2，金锡焊料2为中空结构；金属底板5的形状和尺寸要求是根据陶瓷基座4的参数确定，厚度根据抗冲击强度确定，金属底板5的材质优选采用可伐合金，金属底板5的成型优选采用刻蚀、冲裁工艺，优选金锡焊料2的外框与金属底板5的外边缘距离为50μm。
S20：金属底板5刻蚀，在金属底板5上刻蚀环状的凹槽6；优选凹槽6的深度为10μm，凹槽6的外框与金锡焊料2的内框距离为40μm，凹槽6的外框与内框间距为20μm。
S30：金属底板5电镀，凹槽6刻蚀完成后，清理金属底板5表面杂质，采用电化学方法在金属底板5的表面进行电镀，形成电镀层；
S40：预覆金锡焊料2，电镀完成后，将成型的金锡焊料2放置于金属底板5上，并使得凹槽6位于金锡焊料2的内框中；高温加热金锡焊料2至半熔融状态附着到金属底板5上，形成预覆焊料盖板1；金锡焊料2在半熔融状态下少量向预覆焊料盖板1中心区域无序溢流直至流入凹槽6后被限制在凹槽6内，从而完全避免金锡焊料2进一步向预覆焊料盖板1中心区域扩散。
S50：成品检验，检查预覆焊料盖板1是否符合要求，剔除不合格产品；优选采用自动光学检测仪，通过图像分析处理，检查金锡焊料2是否按要求预覆在金属底板5上形成标准预覆焊料盖板1，并将不符合要求的预覆焊料盖板1去除。
通过设置凹槽6，并使凹槽6位于金锡焊料2的内框中，从而将半熔融状态下少量向预覆焊料盖板1中心区域无序溢流的金锡焊料2限制在凹槽6内，避免金锡焊料2向预覆焊料盖板1中心区域扩散，防止在密封过程中出现金锡焊料2进一步溢流到陶瓷基座4内的元器件上，导致元器件短路或损坏的可能，提高预覆焊料金属底板5封装的可靠性和成品率。
在本实施例中，优选的，步骤S10中，金锡焊料2的厚度为10～25μm，金锡焊料2的外框和内框的间距为0.1～0.2mm。
在本实施例中，优选的，步骤S20中，凹槽6的形状与金属底板5的外边缘形状相同。
在本实施例中，优选的，步骤S20中凹槽6采用激光器刻蚀，激光器设置有用于调节激光光斑大小以及激光停留时间的调控装置，凹槽6的宽度由激光光斑大小调节，凹槽6的深度由激光刻蚀的停留时间调节，根据所需刻蚀的凹槽6参数，通过调控装置调节激光光斑大小以及激光停留时间，以达到精准刻蚀。
在本实施例中，优选的，步骤S30中，采用电化学方法在金属底板5的表面进行电镀，电镀层设置有多层，电镀层的总厚度小于等于5μm。
在本实施例中，优选的，步骤S30中，电镀层包括第一镀镍层和第二镀金层，第一镀镍层设置于金属底板5和第二镀金层之间，第一镀镍层的厚度为2.5～4.5μm，第二镀金层的厚度为0.01～0.05μm。
在本实施例中，优选的，步骤S40中，采用高温隧道窑炉进行高温加热金锡焊料2，高温隧道窑炉设定的温度为305-310℃，高温隧道窑炉内充满惰性还原性气体或抽真空。
本发明能够在将金锡焊料2预覆到金属底板5上，保证气密性封装质量的同时，避免焊料向预覆焊料盖板1中心区域无序溢流，防止在后续封装工艺段，预覆焊料盖板1上溢流到内部的金锡焊料2导致电子元器件内部电路短路、损坏等问题，从而大幅提高预覆焊料盖板1的可靠性和成品率，在后续电子元器件的封装工序中，能够在实现高质量气密性封装的同时，避免金锡焊料2向元器件内部无序溢流产生元器件短路、损坏等问题，提高元器件封装的可靠性和稳定性。
实施例1
S10：材料预处理，金属底板5的材质为可伐合金，形状为矩形，长1.2mm、宽1.0mm、厚度0.04mm，采用精密刻蚀成型工艺加工成型；将熔炼得到的金锡合金锭压延成金锡箔带材，然后冲裁箔带材获得金锡焊料2，金锡焊料2为中空的环状结构，金锡焊料2的厚度为10μm，金锡焊环的外框长1.15mm、宽0.95mm，内框长0.95mm、宽0.75mm。
S20：金属底板5刻蚀，通过调控装置调节激光器参数，在金属底板5上快速刻蚀出一道凹槽6，凹槽6为矩形，凹槽6的深度为10μm，凹槽6的外框的长0.91mm、宽0.71mm，凹槽6的内框的长0.89mm、宽0.69mm，凹槽6的宽度为20μm。
S30：金属底板5电镀，在清除金属底板5表面杂质后，采用电化学方法，在金属底板5的表面进行两层电镀，第一镀层进行镀镍，厚度为3μm，第二镀层进行镀金，厚度为0.015μm。
S40：预覆金锡焊料2，电镀完成后，将金锡焊料2准确放置到金属底板5上，并使得凹槽6位于金锡焊料2的内框中，然后传送到高温隧道窑炉中，烧结依附时的高温隧道窑炉温度为305℃，高温隧道窑炉内充满惰性还原性气体，金锡焊料2在半熔融状态下快速附着到金属底板5上，形成预覆金锡焊料2盖板。
S50：成品检验，采用自动光学检测仪，通过图像分析处理，检查金锡焊料2是否按要求预覆在金属底板5上，并将不符合要求的预覆焊料盖板1去除。
S60：封焊过程，预覆焊料盖板1与陶瓷基座4之间设置有过渡层3，金锡焊料2与过渡层3相匹配，在已经放置晶体的陶瓷基座4上，盖上预覆焊料盖板1，传送到高温隧道窑炉中，在焊接温度下，熔化后的金锡焊料2因其高流动性和高浸润性，能够迅速填补预覆焊料盖板1和陶瓷基座4之间的空隙，实现气密性封装，熔化后少量向预覆焊料盖板1中心区域无序溢流的金锡焊料2被凹槽6限制，防止出现溢流到中心区域的金锡焊料2导致电子元器件内部电路短路、损坏等问题。
实施例2
S10：材料预处理，金属底板5的材质为可伐合金，形状为矩形，长1.6mm、宽1.2mm、厚度0.06mm，采用精密刻蚀成型工艺加工成型；将熔炼得到的金锡合金锭压延成金锡箔带材，然后冲裁箔带材获得金锡焊料2，金锡焊料2为中空的环状结构，金锡焊料2的厚度为13μm，金锡焊料2的外框长1.55mm、宽1.15mm，内框长1.35mm、宽0.95mm。
S20：金属底板5刻蚀，通过调控装置调节激光器参数，在金属底板5上快速刻蚀出一道凹槽6，凹槽6为矩形，凹槽6的深度为12μm，凹槽6外框的长1.31mm、宽0.91mm，凹槽6的内框的长1.29mm、宽0.89mm，凹槽6的宽度为20μm。
S30：金属底板5电镀，在清除金属底板5表面杂质后，采用电化学方法，在金属底板5的表面进行两层电镀，第一镀层进行镀镍，厚度为3.5μm，第二镀层进行镀金，厚度为0.02μm。
S40：预覆金锡焊料2，电镀完成后，将金锡焊料2准确放置到金属底板5上，并使得凹槽6位于金锡焊料2的内框中，然后传送到高温隧道窑炉中，烧结依附时的高温隧道窑炉温度为308℃，高温隧道窑炉抽真空，金锡焊料2在半熔融状态下快速附着到金属底板5上，形成预覆金锡焊料2盖板。
S50：成品检验，采用自动光学检测仪，通过图像分析处理，检查金锡焊料2是否按要求预覆在金属底板5上，并将不符合要求的预覆焊料盖板1去除。
S60：封焊过程，预覆焊料盖板1与陶瓷基座4之间设置有过渡层3，金锡焊料2与过渡层3相匹配，在已经放置晶体的陶瓷基座4上，盖上预覆焊料盖板1，传送到高温隧道窑炉中，在焊接温度下，熔化后的金锡焊料2因其高流动性和高浸润性，能够迅速填补预覆焊料盖板1和陶瓷基座4之间的空隙，实现气密性封装，熔化后少量向预覆焊料盖板1中心区域无序溢流的金锡焊料2被凹槽6限制，防止出现溢流到中心区域的金锡焊料2导致电子元器件内部电路短路、损坏等问题。
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 (7)
1.一种预覆焊料盖板的制备方法，其特征在于，包括：
S10：材料预处理
根据预设条件加工得到符合要求的金属底板，并将熔炼得到的金锡合金锭压延成金锡箔带材，然后冲裁金锡箔带材获得金锡焊料，金锡焊料为中空结构；
S20：金属底板刻蚀
在金属底板上刻蚀环状的凹槽；
S30：金属底板电镀
凹槽刻蚀完成后，清理金属底板表面杂质，采用电化学方法在金属底板的表面进行电镀，形成电镀层；
S40：预覆金锡焊料
电镀完成后，将成型的金锡焊料放置于金属底板上，并使得凹槽位于金锡焊料的内框中；高温加热金锡焊料至半熔融状态附着到金属底板上，形成预覆焊料盖板；
S50：成品检验
检查预覆焊料盖板是否符合要求，剔除不合格产品。
2.根据权利要求1所述的一种预覆焊料盖板的制备方法，其特征在于，步骤S10中，所述金锡焊料的厚度为10～25μm，所述金锡焊料的外框和内框的间距为0.1～0.2mm。
3.根据权利要求1所述的一种预覆焊料盖板的制备方法，其特征在于，步骤S20中，所述凹槽的形状与所述金属底板的外边缘形状相同。
4.根据权利要求1所述的一种预覆焊料盖板的制备方法，其特征在于，步骤S20中所述凹槽采用激光器刻蚀，所述激光器设置有用于调节激光光斑大小以及激光停留时间的调控装置。
5.根据权利要求1所述的一种预覆焊料盖板的制备方法，其特征在于，步骤S30中，采用电化学方法在所述金属底板的表面进行电镀，所述电镀层设置有多层，电镀层的总厚度小于等于5μm。
6.根据权利要求1所述的一种预覆焊料盖板的制备方法，其特征在于，步骤S30中，电镀层包括第一镀镍层和第二镀金层，所述第一镀镍层设置于所述金属底板和所述第二镀金层之间，所述第一镀镍层的厚度为2.5～4.5μm，所述第二镀金层的厚度为0.01～0.05μm。
7.根据权利要求1所述的一种预覆焊料盖板的制备方法，其特征在于，步骤S40中，采用高温隧道窑炉进行高温加热金锡焊料，所述高温隧道窑炉的温度为305-310℃，所述高温隧道窑炉内充满惰性还原性气体或抽真空。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |