[发明专利]一种静电效应下制备100μm以下均一焊球的装置及方法

说明书

本发明公开了一种静电效应下制备100μm以下均一焊球的装置及方法，该装置提供适用于芯片级电子封装用微焊球及其它金属微颗粒的高频高质制备。技术方案所述装置主要包括电磁扰动发生器，静电驱动装置，温控系统，气控系统和成球系统。通过合理匹配电磁扰动参数(电流频率、电流波形、电流的幅值和磁场强度)和静电电压参数以实现100μm以下均一焊球的制备。

技术领域

本发明涉及焊球制备装置领域，尤其涉及一种静电效应下制备100μm以下均一焊球的装置及方法。

背景技术

目前，电子封装技术由BGA(焊锡球阵列封装)向WLP(晶圆级封装)和CSP(芯片尺寸封装)方向发展，对封装所需微焊球的尺寸要求更小，质量要求更高。大规模集成电路封装均采用均一焊球以实现芯—芯和芯—板之间信号传递和机械连接。连续喷射技术(也称射流扰动技术)是制备均一焊球的手段之一，其原理如下：基于射流不稳定理论，当人为施加的纵向扰动传递到射流液柱表面时，通过合理地调整扰动频率和气压的大小，可控制射流液柱端头断裂形成均一焊球。

影响射流扰动技术的关键因素包括喷嘴孔径，自由液面所施加的气压和射流液柱上所施加的均一扰动。自由液面上易于施加的恒定气压。采用电磁射流的扰动方式作用于金属溶液制备均一微焊球是目前容易实现且效率较高的技术之一。电磁扰动的原理：当高频脉冲电流流经处于恒定磁场的驱动腔内的液态金属时，将会以液态金属为介质在腔体内产生可周期性变化的脉冲电磁扰动，从而把扰动力传递到从喷嘴出口处射流而出的射流液柱表面。喷嘴孔径控制射流扰动断裂形成的均一焊球大小，且喷嘴孔径越小，形成的焊球越小，但随着喷嘴孔径的持续减小，喷嘴内流道的阻力变大，容易堵塞喷嘴，造成生产力低下，且难以制备出粒径小于100μm的微焊球。

因此，如何使喷嘴孔径不减小的情况下能够高频高质地制备芯片级封装用微焊球成为本领域内技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种静电效应下制备100μm以下均一焊球的装置及方法，解决随着喷嘴孔径的持续减小，喷嘴内流道的阻力变大，容易堵塞喷嘴，造成生产力低下，且难以制备出粒径小于100μm的微焊球的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种静电效应下制备100μm以下均一焊球的装置，包括电磁扰动发生器和高压静电发生装置，所述电磁扰动发生器包括扰动电磁发生腔和熔化腔，所述熔化腔设置在所述扰动电磁发生腔的上方，所述熔化腔的上方设置有与气压控制系统相连的气孔，所述扰动电磁力发生腔与熔化腔之间通过连接孔连通，所述扰动电磁发生腔的两侧设置有不锈钢电极板，两块所述不锈钢电极板相互平行，两块所述不锈钢电极板之间设置有永磁铁提供的磁场，所述磁场的磁场强度恒定，两块所述不锈钢电极板通过功率放大器与所述信号源连接，所述扰动电磁发生腔和熔化腔的外侧设置有熔化加热线圈；所述高压静电发生装置包括静电发生器和金属板，所述扰动电磁发生腔的下端设置有喷嘴，所述静电发生器的正极与所述喷嘴连接，所述静电发生器的负极与所述金属板连接，所述金属板位于喷嘴的正下方，所述金属板上开设有与所述喷嘴配合的圆孔。

进一步的，所述扰动电磁发生腔的下端为成球腔，所述喷嘴和金属板均设置在所述成球腔内，所述金属板的下方设置有与成球介质储存腔配合的加热线圈，所述成球介质储存腔上设置有焊球收集开关，所述成球介质储存腔的下方设置有焊球收集容器。

进一步的，所述熔化腔内设置有第一温度传感器，所述第一温度传感器与第一智能PID控温仪电连接，所述第一智能PID控温仪与所述熔化加热线圈电连接；所述成球介质储存腔内设置有第二温度传感器，所述第二温度传感器与第二智能PID控温仪电连接，所述第二智能PID控温仪与所述加热线圈电连接。

进一步的，所述气压控制系统包括氮气罐、稳压罐和PLC集成控制系统，所述氮气罐通过电动阀连接所述稳压罐，所述稳压罐通过精密气体稳压阀与所述气孔连接，所述电动阀和精密气体稳压阀与所述PLC集成控制系统电连接，所述稳压罐上的第一气压传感器和成球腔上的第二气压传感器与所述PLC集成控制系统电连接。