基于射流不穩(wěn)定性理論的BGA微焊球制備技術(shù)研究.pdf

1、微焊球是球柵陣列(Ball Grid Array，BGA)封裝的重要材料，它既實(shí)現(xiàn)了芯片與基板之間的機(jī)械連接又充當(dāng)了信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ??；谏淞鞑环€(wěn)定性理論制備BGA微焊球的技術(shù)具有產(chǎn)品質(zhì)量好，產(chǎn)品合格率高和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)。本文在引入射流不穩(wěn)定性理論的基礎(chǔ)上，確定影響射流不穩(wěn)定性的主要因素，進(jìn)而確定微焊球制備的主要工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)并開發(fā)用于制備BGA微焊球的制備裝置。對(duì)微型噴嘴的射流速度進(jìn)行了研究，并建立了射流速度方程。

2、應(yīng)用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法研究釬料合金射流在液態(tài)介質(zhì)中的不穩(wěn)定行為。最后應(yīng)用開發(fā)的微焊球裝置制備焊料球，并且對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。 根據(jù)射流不穩(wěn)定性理論，本研究設(shè)計(jì)了微焊球制備裝置，并成功開發(fā)出一臺(tái)樣機(jī)。主要由熔化系統(tǒng)、真空及壓力控制系統(tǒng)、激振系統(tǒng)和凝固及回收系統(tǒng)組成。其中激振系統(tǒng)是設(shè)備的關(guān)鍵組成，由自行開發(fā)的電磁激振器和激振電源組成。激振電源采用斬波電路與逆變電路相結(jié)合的技術(shù)方案，能分別調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流和頻率，實(shí)現(xiàn)了對(duì)激振振幅與頻率的

3、控制。微焊球制備裝置可用來制備直徑為200μm～800μm的微焊球。 通過對(duì)噴嘴出口處射流剖面速度分布的數(shù)值模擬，確定噴嘴出口處的射流為發(fā)展不完全的層流。建立噴嘴出口處射流速度方程，并修正噴嘴出口處的動(dòng)能系數(shù)，噴嘴出口處的射流速度的理論計(jì)算結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果吻合很好。建立射流脫離噴嘴后在外界環(huán)境中的射流速度方程。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量射流在氣態(tài)介質(zhì)中的速度，理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的最大偏差小于2％。 研究射流在液態(tài)介質(zhì)中的不穩(wěn)定行

4、為，結(jié)果如下：當(dāng)噴嘴直徑為0．2mm時(shí)，液態(tài)介質(zhì)溫度小于等于298K時(shí)射流不能均勻斷裂，當(dāng)液態(tài)介質(zhì)溫度大于等于323K時(shí)，射流能夠均勻斷裂；當(dāng)液態(tài)介質(zhì)溫度從323K升高到573K時(shí)，射流不穩(wěn)定性最優(yōu)波數(shù)從0．544增大到0．626；提高液態(tài)介質(zhì)溫度，有利于射流均勻斷裂。當(dāng)噴嘴直徑增加到0．3mm，液態(tài)介質(zhì)溫度為473K時(shí)才能均勻斷裂；與噴嘴直徑為0．2mm相比，射流斷裂長(zhǎng)度顯著增大，射流均勻斷裂的頻率窗口減小，射流不穩(wěn)定性最優(yōu)波數(shù)減小。

5、最后總結(jié)出液態(tài)介質(zhì)中微焊球制備的工藝參數(shù)的確定方法。 應(yīng)用開發(fā)的設(shè)備制備含稀土Sn-3．8Ag-0．7Cu焊料球，目標(biāo)直徑尺寸為600μm，制得微焊球中直徑尺寸在600±20μm范圍內(nèi)的占38wt．％左右。分析制得微焊球直徑誤差的原因?yàn)樯淞鲏毫Σ环€(wěn)定造成的。添加微量(<0．25wt．％)稀土元素可降低釬料液滴在凝固過程的過冷度，細(xì)化微焊球的顯微組織，改善制得微焊球的表面光滑度。用制備的微焊球進(jìn)行釬焊實(shí)驗(yàn)，評(píng)價(jià)微焊球的釬焊性能：微