气雾化法:气雾化法是通过其他的压力将从喷口流出的金属液冲断破碎的方法。在用此方法制备金属球的过程中,雾化气体产生的压力对雾化颗粒的尺寸和分散度有着重要的影响,当雾化压力大于2Mpa时,金属球的直径通常都在40微米以下,而且当压力越大产生金属球的平均尺寸就越小,金属球的分散度也越小。当压力越小时产生金属球的平均尺寸就越大,金属球的分散度也越大。雾化所用的气体成分也会影响气体的形状,如用氩气和氧气制备的焊球形状较好,而单单使用空气时制备的焊球形状较差,用这种方法制备的焊球分散度大,所以也要通过筛选才能选出用于BGA封装的焊球。

切丝重熔法:切丝重熔法是通过将金属丝拉长后剪切或者将箔片冲压后把金属加工成小颗粒,在放入一定球化剂后熔化再凝固成球形。在筛选清洗检验后获得所需要的焊球。用此方法制备的焊球,球粒均匀,成球度号,表面富有光泽。但该方法生产过程繁琐且效率低精确度不高[15]。

均匀射流法:本实验中,在制备小球时所采用的技术叫均匀射流断裂技术,即采用该技术使得从喷嘴中喷射出的液流在规定频率下扰动,从而使金属液断裂获得,获得相互分离的小液滴,再经过成型形成合金小球。均匀射流断裂技术最早是由美国的麻省理工学院生产和效率实验室首先进行研究的,并为之命名。此后该种技术被广泛运用于工业场合,如金属注射成形,BGA封装及快速原型制造等。

均匀射流断裂技术生产工序:将金属液加热后置于坩埚中,在压力作用下通过喷嘴射出形成连续射流,射流在激振下断裂成分散成液滴,其中压力装置和激振装置是决定成球度的主要因素。在本实验中压力装置和激振装置都通过功率超声振动棒产生,脉冲能量可以是合金液面发生振动而其特有的频率可以放置液滴联结[16]。扰动除了间接的声波外还有直接的机械扰动,但当相比之下由声波产生的扰动变化更加灵活。在国外这种方法的运用更加广泛,Yim用此方法生产的封装焊球尺寸达到785μm,并且尺寸在5%内[17]。Chun用通电螺线管作为振动发生器等[18]。射流成球技术以其高效率、低成本、成球质量佳的优点正越来越广泛的得到研究和运用[19]。

在电子工业界,每年对电子产品的写春秋逐渐增加,特别是在BGA封装和芯片尺寸封装方面的需求逐年增加。如何生产尺寸小成球度高的合金球成了研究机构的焦点,[20]目前国内做精密焊球的方法主要是切丝重熔法和射流断裂法,后者因为其工艺简单生产率高的特点被人们广泛关注。切丝重熔法是通过将拉丝剪切或者箔片冲压等方式把焊料金属加工成成分均匀并且质量微小的合金颗粒,然后把准备好的合金颗粒放入高温球化溶液中重新熔化成形,在液面表面张力作用下凝结成球形,再通过清洗筛选来获得成品,该方法的优点是能够通过精密的加工来控制产品的精度,使产品成品率很高,但是由于它生产过程较为繁琐,精度要求高并且所需要的设备投资较大。随着现如今BGA和CSP等先进的电子封装技术在产品中所占份额的增加,为了提高精密寒秋的制备和使生产简化,由美日韩开发的新技术射流断裂法得到更加广泛的关注和研究。相比之下射流断裂法能够使金属球直接成形,使工艺大大简化的同时还节约了成本。

5焊球冷却的研究

目前国内对影响焊球球形度和表面质量的冷却介质也进行了研究,主要是运用花生油和硅油进行对比实验,因为通过之前的研究表明这两种油能够使合金液更快的球化并冷却,研究中通过控制油温对两种冷却介质做对比发现花生油作为冷却介质时,在较大的表面张力和较小的黏度下焊球成球度和表面质量较好,且200度时介质有较高的密度,钎料流动性较好。由实验过程可以看出其冷却介质的温度有一个零界点,当高于此温度或者低于此温度时成球度都会有影响[21]。

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