[发明专利]电磁扰动与流动聚焦制备芯片级封装用微焊球的装置

说明书

电磁扰动与流动聚焦制备芯片级封装用微焊球的装置，涉及一种射流扰动技术和流动聚焦技术的协同配合制备10‑200μm之间均一焊球的新技术。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，气液聚焦装置发生器，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)和聚焦参数以实现10‑200μm之间均一焊球的制备，该方法简单易行。

技术领域

本发明涉及一种基于电磁扰动与流动聚焦技术高频高质制备芯片级封装用微焊球的装置，同时该技术也适用于金属颗粒或金属微滴的高频高质制备。

背景技术

随着电子封装向小型化和多功能化的转变，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。相比于气雾化技术，射流扰动技术制备的焊球大小均一且球形度高。

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。射流所施加的均一扰动主要包括压电扰动和电磁扰动。压电扰动的原理：利用信号源和功率放大器产生的高频可变电信号控制压电陶瓷产生扰动力，通过振动杆把扰动力传递到从喷嘴出口处射流而出的射流液柱表面。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。相比于压电扰动，电磁扰动直接作用于导电的液态金属，容易实现无接触驱动，不会产生机械磨损，结构简单。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200μm的微焊球。

基于此，在电磁射流扰动制备均一焊球的基础上，本专利提出电磁扰动与流动聚焦技术高频高质制备芯片级封装用微焊球，可高频高质的制备出远小于喷嘴孔径的均一焊球。电磁扰动的原理前面已经介绍。流动聚焦技术的原理：利用高速气流挤压喷嘴出口处的射流液柱以实现液-气两相界面结构条件下产生远小于喷嘴孔径的聚焦射流液柱。电磁扰动与流动聚焦技术制备均一焊球的原理：即在喷嘴下方采用气液流动聚焦技术产生远小于喷嘴孔径的聚焦射流液柱，当喷嘴上方产生的电磁扰动传递到喷嘴出口处聚焦后的射流液柱上时，将会控制其射流液柱端头断裂形成均一微滴，通过其后的成球装置可制备出直径远小于喷嘴孔径的均一焊球。

目前，主要通过射流扰动技术生产均一焊球。中国专利 CN201911344572.0公开了一种压差调控与电磁扰动制备均一金属颗粒的试验装置，涉及一种射流模式的微喷装置。该装置提供适用于微焊球(如锡及其合金)及其它金属颗粒的高频高质。该装置利用电磁扰动发生器产生射流扰动断裂所需的均一扰动。中国专利CN201220401660.7公开了一种射流断裂法制球装置,它涉及一种制球装置，该装置利用电磁激振器产生射流扰动断裂所需的均一扰动。

发明内容

本发明的目的是提供一种高频高质制备芯片封装用均一焊球或其它金属均一颗粒的新方法，可控制均一焊球或其它金属均一颗粒的大小，且制备后的焊球或其它金属均一颗粒无需后续多次筛分。

本发明的目的是提供一种制备10-200μm均一焊球的制备技术，也可实现其它金属球形颗粒的高频高质制备，并基于此技术构建相应的装置，该装置以电磁扰动与流动聚焦技术为基本原理。其特征在于：通过气液流动聚焦技术实现对射流液柱直径的控制；通过调节电磁扰动频率以实现对微焊球制备频率的控制；通过电磁扰动与流动聚焦技术的组合实现对微焊球直径和频率的协调控制，最终制备出直径在10-200μm的均一焊球。