CN117059578A - 气密封装合金焊料盖板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种气密封装合金焊料盖板，它包括盖板本体，在对应密封区外围的盖板本体的上表面设有密封区镀层，密封区镀层包括至少一层镀镍层与至少一层镀金层，位于密封区镀层最底层的为镀镍层，位于密封区镀层最表层的为镀金层，在对应密封区外围的密封区镀层的上表面设有PbSnAgIn合金焊料环，在PbSnAgIn合金焊料环的上表面设有表层金层，表层金层完全覆盖所述的PbSnAgIn合金焊料环。本发明的焊料中无助焊剂等有机组分，密封后器件内部不存在由膏状焊料引入的内部气氛问题；解决了PbSnAgIn合金焊料环容易氧化、储存时间短的问题。
Description
技术领域
本发明属于集成电路制造技术领域，本发明具体公开了一种气密封装合金焊料盖板及其制备方法。
背景技术
目前，集成电路、传感器等高可靠封装用盖板主要有两类：一类是平行缝焊盖板，该类型盖板无需额外的焊料，封焊过程中通过镀层的熔化完成密封；另一类是合金焊料盖板。
合金焊料盖板通常要求焊料熔点不低于250℃或更高。目前业界用于气密封装盖板的合金焊料主要有AuSn焊料和PbSnAgIn焊料，前者由于主要成分为Au，价格高是其最大的缺点。后者在传感器等封装中广泛应用，由于焊料中主要成分为Pb、Sn，若采用AuSn焊料盖板的制作方式，预制的PbSnAgIn焊料片在储存期间容易氧化，为避免焊料氧化带来的焊接问题，通常采用PbSnAgIn焊膏回流焊接的方式制作预熔覆PbSnAgIn焊料盖板。由于使用了焊膏，焊膏中的助焊剂等有机组分在回流后仍然会有部分残留。这种预熔覆合金焊料盖板在密封后会带来器件内部水汽含量偏高等问题，因此限制了其在某些器件中的应用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有焊料表面不易氧化、储存时间长且成本低的气密封装合金焊料盖板及其制备方法。
按照本发明提供的技术方案，所述气密封装合金焊料盖板，它包括盖板本体，在对应密封区外围的盖板本体的上表面设有密封区镀层，密封区镀层包括至少一层镀镍层与至少一层镀金层，位于密封区镀层最底层的为镀镍层，位于密封区镀层最表层的为镀金层，在对应密封区外围的密封区镀层的上表面设有PbSnAgIn合金焊料环，在PbSnAgIn合金焊料环的上表面设有表层金层，表层金层完全覆盖所述的PbSnAgIn合金焊料环。
作为优选，所述镀镍层的厚度为1.30-11.40μm。
作为优选，所述镀金层的厚度为0.64-5.70μm。
作为优选，所述表层金层的厚度为0.01~0.1μm。
一种气密封装合金焊料盖板的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S1、将盖板材料经过切割得到盖板本体；
S2、至少在对应密封区外围的盖板本体的上表面采用电镀镍工艺与电镀金工艺形成密封区镀层，密封区镀层包括至少一层镀镍层与至少一层镀金层，位于密封区镀层最底层的为镀镍层，位于密封区镀层最表层的为镀金层；
S3、首先，将熔点为260~305℃的PbSnAgIn环状焊料片通过定位工装放置在密封区镀层的上表面，然后，将PbSnAgIn环状焊料片点焊固定在密封区镀层的上表面；
S4、在还原保护气氛下将PbSnAgIn环状焊料片熔化，熔化的PbSnAgIn焊料在密封区镀层的上表面形成PbSnAgIn合金焊料环；
S5、首先，至少对预熔焊料环所在区域进行镀金，形成完全覆盖焊料环的表层金层，然后，进行清洗，从而得到气密封装合金焊料盖板成品。
作为优选，步骤S1中，所述盖板本体为柯伐合金盖板或者铁镍合金盖板。
作为优选，步骤S1中，所述盖板本体为氧化铝陶瓷盖板，在盖板本体的上表面边缘部设有环形凸起，在环形凸起的上表面与侧面设有金属层。
作为优选，所述金属层的材质为钨或钨-钼合金。
作为优选，步骤S4中，所述还原保护气氛为氢气气氛或者氢气与氮气混合气氛。
本发明的优点在于：
（1）、与常规具有PbSnAgIn合金环的盖板相比，本发明的焊料中无助焊剂等有机组分，密封后器件内部不存在由膏状焊料引入的内部气氛问题；
（2）、本发明的盖板解决了PbSnAgIn合金焊料环容易氧化、储存时间短的问题。由于采用了PbSn类相对廉价焊料，成本上较金锡焊料有很大优势，可实现低成本的高可靠气密封装。
附图说明
图1是实施例1的步骤S1提供的盖板本体的结构图。
图2是经过实施例1的步骤S2处理后的盖板的结构图。
图3是经过实施例1的步骤S3处理后的盖板的结构图。
图4是经过实施例1的步骤S4处理后的盖板的结构图。
图5是经过实施例1的步骤S5处理后的气密封装合金焊料盖板成品的结构图。
图6是实施例2的步骤S1提供的盖板本体的结构图。
图7是经过实施例2的步骤S2处理后的盖板的结构图。
图8是经过实施例2的步骤S3处理后的盖板的结构图。
图9是经过实施例2的步骤S4处理后的盖板的结构图。
图10是经过实施例2的步骤S5处理后的气密封装合金焊料盖板成品的结构图。
图11是实施例3的步骤S1提供的盖板本体的结构图。
图12是经过实施例3的步骤S2处理后的盖板的结构图。
图13是经过实施例3的步骤S3处理后的盖板的结构图。
图14是经过实施例3的步骤S4处理后的盖板的结构图。
图15是经过实施例3的步骤S5处理后的气密封装合金焊料盖板成品的结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
一种气密封装合金焊料盖板的制备方法，该制备方法具体包括以下步骤：
S1、将柯伐或铁镍合金盖板材料经过切割得到柯伐或铁镍合金材质的平板型的盖板本体1，如图1所示；
S2、对盖板本体1整体采用电镀镍工艺与电镀金工艺形成密封区镀层2，密封区镀层2包括一层镀镍层21与一层镀金层22，位于密封区镀层2最底层的为镀镍层21，位于密封区镀层2最表层的为镀金层22，如图2所示；
S3、首先，将熔点为260~305℃的PbSnAgIn环状焊料片31通过定位工装放置在对应密封区外围的镀金层22的上表面，然后，将PbSnAgIn环状焊料片31点焊固定在镀金层22的上表面，如图3所示；
S4、在氢气气氛下将PbSnAgIn环状焊料片31熔化，熔化的PbSnAgIn焊料形成PbSnAgIn合金焊料环3，如图4所示；
S5、首先，对对应盖板本体1的侧面、底面以及密封区内的镀金层22上以及焊料环3上进行镀金，形成完全覆盖焊料环3的表层金层4，然后，进行清洗，从而得到气密封装合金焊料盖板成品，如图5所示。
通过实施例1的制备方法得到气密封装合金焊料盖板，如图5所示，它具有以下结构：
在盖板本体1的上表面、下表面以及侧面均设有厚度为1.30-11.40μm的镀镍层21，在对应盖板本体1的下表面以及侧面的镀镍层21上设有厚度为0.64-5.70μm的镀金层22，在对应盖板本体1的上表面的边缘部的镀镍层21上设有焊料环3，在对应焊料环3内侧的镀镍层21上设有厚度为0.64-5.70μm的镀金层22，在焊料环3的上表面以及镀金层22的上表面设有厚度为0.01~0.1μm的表层金层4，表层金层4完全覆盖所述的焊料环3。
实施例2
一种气密封装合金焊料盖板的制备方法，该制备方法具体包括以下步骤：
S1、将柯伐或铁镍合金盖板材料经过切割得到柯伐或铁镍合金材质的平板型的盖板本体1，如图6所示；
S2、采用电镀镍工艺对盖板本体1整体进行电镀，形成镀镍层21，在对应盖板本体1的侧面、底面以及密封区外围的镀镍层21上采用局部电镀金工艺进行电镀，形成镀金层22，镀镍层21与镀金层22统称为密封区镀层，如图7所示；
S3、首先，将熔点为260~305℃的PbSnAgIn环状焊料片31通过定位工装放置在对应密封区外围的镀金层22的上表面，PbSnAgIn环状焊料片31的宽度小于镀金层22的宽度，然后，将PbSnAgIn环状焊料片31点焊固定在镀金层22的上表面，如图8所示；
S4、在氢气气氛下将PbSnAgIn环状焊料片31进行熔化，熔化的PbSnAgIn焊料形成PbSnAgIn合金焊料环3，如图9所示；
S5、首先，对对应盖板本体1的侧面与底面的镀金层22上以及焊料环3上进行局部镀金，形成完全覆盖焊料环3的表层金层4，然后，进行清洗，从而得到气密封装合金焊料盖板成品，如图10所示。
通过实施例2的制备方法得到气密封装合金焊料盖板，如图10所示，它具有以下结构：
在盖板本体1的上表面、下表面以及侧面均设有厚度为1.30-11.40μm的镀镍层21，在对应盖板本体1的下表面以及侧面的镀镍层21上设有厚度为0.64-5.70μm的镀金层22，在对应盖板本体1的上表面的边缘部的镀镍层21上设有焊料环3，在焊料环3的上表面以及镀金层22的上表面设有厚度为0.01~0.1μm的表层金层4，表层金层4完全覆盖所述的焊料环3。
实施例3
一种气密封装合金焊料盖板的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
S1、将氧化铝陶瓷盖板材料经过切割得到氧化铝陶瓷材质的盖板本体1，盖板本体1的上表面边缘部设有环形凸起11，环形凸起11上表面区域为盖板本体1的密封区，在环形凸起11的上表面与侧面设有金属层12，金属层12的材质为金属钨，如图11所示；
S2、采用电镀镍工艺对金属层12的上表面与侧面进行电镀，形成镀镍层21，采用电镀金工艺对镀镍层21的上表面与侧面进行电镀，形成镀金层22，如图12所示；
S3、首先，将熔点为260~305℃的PbSnAgIn环状焊料片31通过定位工装放置在镀金层22的上表面，然后，将PbSnAgIn环状焊料片31点焊固定在镀金层22的上表面，如图13所示；
S4、在氢气气氛下对PbSnAgIn环状焊料片31进行熔化，熔化的PbSnAgIn焊料形成PbSnAgIn合金焊料环3，如图14所示；
S5、首先，对焊料环3所在区域进行镀金，形成完全覆盖焊料环3的表层金层4，然后，进行清洗，从而得到气密封装合金焊料盖板成品，如图15所示。
通过实施例3的制备方法得到气密封装合金焊料盖板，如图15所示，它具有以下结构：
盖板本体1的上表面边缘部设有环形凸起11，环形凸起11上表面区域为盖板本体1的密封区，在环形凸起11的上表面与侧面设有金属层12，在金属层12的上表面以及侧面设有厚度为1.30-11.40μm的镀镍层21，在对应环形凸起11的侧面位置的镀镍层21上设有厚度为0.64-5.70μm的镀金层22，在对应环形凸起11的上表面位置的镀镍层21上设有焊料环3，在焊料环3的上表面设有以及镀金层22的侧面设有厚度为0.01~0.1μm的表层金层4，表层金层4完全覆盖所述的焊料环3。
以上所述，仅是本发明所提供的较佳的实施例，并非用于限定本发明，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述方法对本发明的技术方案进行改动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质做出任何形式的改动、等同变化均属于本发明技术保护范围之内。
Claims (9)
1.一种气密封装合金焊料盖板，其特征是：它包括盖板本体（1），在对应密封区外围的盖板本体（1）的上表面设有密封区镀层，密封区镀层包括至少一层镀镍层（21）与至少一层镀金层（22），位于密封区镀层最底层的为镀镍层（21），位于密封区镀层最表层的为镀金层（22），在对应密封区外围的密封区镀层的上表面设有PbSnAgIn合金焊料环（3），在PbSnAgIn合金焊料环（3）的上表面设有表层金层（4），表层金层（4）完全覆盖所述的PbSnAgIn合金焊料环（3）。
2.如权利要求1所述的气密封装合金焊料盖板，其特征是：所述镀镍层（21）的厚度为1.30-11.40μm。
3.如权利要求1所述的气密封装合金焊料盖板，其特征是：所述镀金层（22）的厚度为0.64-5.70μm。
4.如权利要求1所述的气密封装合金焊料盖板，其特征是：所述表层金层（4）的厚度为0.01~0.1μm。
5.权利要求1所述的气密封装合金焊料盖板的制备方法，其特征是该制备方法包括以下步骤：
S1、将盖板材料经过切割得到盖板本体（1）；
S2、至少在对应密封区外围的盖板本体（1）的上表面采用电镀镍工艺与电镀金工艺形成密封区镀层，密封区镀层包括至少一层镀镍层（21）与至少一层镀金层（22），位于密封区镀层最底层的为镀镍层（21），位于密封区镀层最表层的为镀金层（22）；
S3、首先，将熔点为260~305℃的PbSnAgIn环状焊料片（31）通过定位工装放置在密封区镀层的上表面，然后，将PbSnAgIn环状焊料片（31）点焊固定在密封区镀层的上表面；
S4、在还原保护气氛下将PbSnAgIn环状焊料片（31）熔化，熔化的PbSnAgIn焊料在密封区镀层的上表面形成PbSnAgIn合金焊料环（3）；
S5、首先，至少对PbSnAgIn合金焊料环（3）所在区域进行镀金，形成完全覆盖PbSnAgIn合金焊料环（3）的表层金层（4），然后，进行清洗，从而得到气密封装合金焊料盖板成品。
6.如权利要求5所述的气密封装合金焊料盖板的制备方法，其特征是：步骤S1中，所述盖板本体（1）为柯伐合金盖板或者铁镍合金盖板。
7.如权利要求5所述的气密封装合金焊料盖板的制备方法，其特征是：步骤S1中，所述盖板本体（1）为氧化铝陶瓷盖板，在盖板本体（1）的上表面边缘部设有环形凸起（11），在环形凸起（11）的上表面与侧面设有金属层（12）。
8.如权利要求7所述的气密封装合金焊料盖板的制备方法，其特征是：所述金属层（12）的材质为钨或钨-钼合金。
9.如权利要求5所述的气密封装合金焊料盖板的制备方法，其特征是：步骤S4中，所述还原保护气氛为氢气气氛或者氢气与氮气混合气氛。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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