專利名稱：一種使用金錫焊料預(yù)成型片的封裝方法及金屬加熱盤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用金錫焊料預(yù)成型片的封裝方法及金屬加熱盤。
背景技術(shù)：
在以金錫焊料預(yù)成型片作為金屬焊料的氣密性或真空器件封裝工藝中，現(xiàn)有工藝對(duì)于金錫焊料預(yù)成型片焊料，通常采用濕法方式清潔并烘干，再將其直接夾放在金屬蓋板和金屬或陶瓷管座的焊接面中間，然后用燒結(jié)或平行縫焊的方式加熱到共晶溫度，并完成氣密性或真空封裝。但是該方法存在以下兩個(gè)問(wèn)題
1、燒結(jié)或平行縫焊的焊接工藝不能有效去除金屬焊料表面的氧化物，在這過(guò)程中對(duì)于金錫焊料預(yù)成型片表面氧化物的處理不充分或者基本沒(méi)有。這種方法的后果是，金錫焊料預(yù)成型片表面的氧化物殘留在焊接后的界面內(nèi)，導(dǎo)致器件漏率高，真空度保持性能差，不能夠經(jīng)受得起長(zhǎng)時(shí)問(wèn)的熱應(yīng)力循環(huán)，進(jìn)一步影響到封裝成品率和封裝成本。2、采用燒結(jié)或平行縫焊的焊接工藝，一次將金屬蓋板和金屬或陶瓷管座焊接在一起，使得由于金屬蓋板和金錫焊料預(yù)成型片原因?qū)е碌氖Х庋b器件無(wú)法返工，而金屬或陶瓷管座和其中的芯片價(jià)值往往比金屬蓋板和金錫焊料預(yù)成型片更加昂貴，這就導(dǎo)致封裝物料成本的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種使用金錫焊料預(yù)成型片的封裝方法及金屬加熱盤。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種使用金錫焊料預(yù)成型片的封裝方法，它包括以下步驟
步驟1 將金錫焊料預(yù)成型片進(jìn)行清洗、烘干處理；
步驟2 將金錫焊料預(yù)成型片固定連接在金屬蓋板預(yù)制件上；
步驟3 在金屬加熱盤腔體內(nèi)，逐一放置連接有金錫焊料預(yù)成型片的金屬蓋板預(yù)制件；
步驟4 將金屬掩模板安裝到金屬加熱盤上，并用螺絲固定；
步驟5 將上述組裝完成的金屬加熱盤放入PVD設(shè)備，濺射金屬Ti，通過(guò)金屬掩模板使金屬Ti沉積在金屬蓋板預(yù)制件的腔體底面和四周側(cè)面，使金錫焊料預(yù)成型片和金屬蓋板預(yù)制件做共晶回流工藝時(shí)，焊料不會(huì)流淌到金屬蓋板腔體內(nèi)的鍍金表面上； 步驟6 取出金屬加熱盤，拆卸并移走金屬掩模板；
步驟7 將帶有濺射金屬Ti的金屬蓋板預(yù)制件的金屬加熱盤放置到真空共晶爐中回流，按照溫升曲線，使金錫焊料預(yù)成型片與金屬蓋板預(yù)制件的表面金層產(chǎn)生共晶反應(yīng)，使兩者之間產(chǎn)生牢固的焊接；
步驟8 將完成共晶反應(yīng)的金屬蓋板預(yù)制件進(jìn)行清洗、烘干處理；
步驟9 用帶有已回流金錫焊料的金屬蓋板預(yù)制件，通過(guò)低溫?zé)Y(jié)或平行縫焊的方式，使金屬蓋板預(yù)制件上金錫焊料與陶瓷或金屬管座上的金屬層產(chǎn)生共晶反應(yīng)，從而把金屬蓋板預(yù)制件密封焊接到陶瓷或金屬外殼上，完成氣密性封裝。進(jìn)一步的，步驟1包括以下步驟
(1)使用SCl溶液，對(duì)金錫焊料預(yù)成型片進(jìn)行濕法清洗3 4分鐘；
(2)使用DI水，對(duì)金錫焊料預(yù)成型片進(jìn)行濕法漂洗，漂洗時(shí)間不低于5分鐘；
(3)將金錫焊料預(yù)成型片放入溫度為100攝氏度的烘箱進(jìn)行烘干處理，時(shí)間為20 30 分鐘。進(jìn)一步的，步驟2包括以下步驟
(1)將金錫焊料預(yù)成型片置于金屬蓋板預(yù)制件邊沿上，
(2)用超生波點(diǎn)焊機(jī)在金錫焊料預(yù)成型片的四角上各做一個(gè)點(diǎn)焊，使金錫焊料預(yù)成型片連接在金屬蓋板預(yù)制件邊沿上，不會(huì)脫落。進(jìn)一步的，步驟8包括以下步驟
(1)用SCl溶液清洗完成共晶反應(yīng)的金屬蓋板預(yù)制件3 4分鐘，去除去腔體內(nèi)的金屬Ti層；
(2)用去離子水清洗金屬蓋板預(yù)制件，時(shí)間不低于5分鐘；
(3)將金屬蓋板預(yù)制件放入100攝氏度烘箱烘干20 30分鐘。進(jìn)一步的，步驟5中，濺射鈦為2000埃。本發(fā)明還提供了一種帶有金屬掩模板的金屬加熱盤，它包括金屬加熱盤和金屬掩模板，金屬加熱盤上設(shè)有若干腔體，金屬掩模板上設(shè)有與金屬加熱盤上的腔體相對(duì)應(yīng)若干通孑L。進(jìn)一步的，金屬加熱盤的腔體的長(zhǎng)和寬均比金屬蓋板預(yù)制件大20 40微米，腔體內(nèi)放置連接有金錫焊料預(yù)成型片的金屬蓋板預(yù)制件時(shí)，腔體表面與金屬蓋板預(yù)制件邊沿上的金錫焊料預(yù)成型片的表面平齊，金屬掩模板安裝到金屬加熱盤上時(shí)，可完全遮蓋金錫焊料預(yù)成型片，并露出金屬蓋板預(yù)制件的腔體。進(jìn)一步的，金屬掩模板的厚度為0. 1 0. 15毫米。進(jìn)一步的，金屬加熱盤采用鋁合金制作。進(jìn)一步的，金屬掩模板采用不銹鋼制作。本發(fā)明的有益效果是
(1)在使用金錫焊料預(yù)成型片做氣密性封裝材料時(shí)，把原來(lái)的一次封裝工藝分解為兩步工藝，即預(yù)先對(duì)金錫焊料預(yù)成型片和金屬蓋板做共晶回流工藝；再用回流后帶金錫焊料的金屬蓋板通過(guò)低溫?zé)Y(jié)還是平行縫焊的方式，完成與金屬或陶瓷管座的氣密性封裝。 這樣，在預(yù)先對(duì)金錫焊料預(yù)成型片和金屬蓋板做共晶回流工藝時(shí)，就可以通過(guò)充分的還原反應(yīng)，使金錫焊料表面氧化物得到最大程度的清除，從而為高可靠性性的氣密性封裝打下 ■石出。(2)挑選預(yù)先回流后帶金錫焊料的金屬蓋板中的良品，再與金屬或陶瓷管座進(jìn)行氣密性封裝，減少由于金屬蓋板和金錫焊料預(yù)成型片原因?qū)е碌氖Х庋b器件，降低物料浪費(fèi)的成本。


圖1為本發(fā)明金錫焊料預(yù)成型片點(diǎn)焊在金屬蓋板預(yù)制件上的示意圖；圖2為圖1的俯視圖； 圖3為金屬加熱盤示意圖； 圖4為圖3的俯視圖5為將點(diǎn)焊連接有金屬預(yù)成型片的金屬蓋板預(yù)制件放入金屬加熱盤后的示意圖； 圖6為圖5的俯視圖； 圖7為金屬掩模板示意圖8為將金屬掩模板安裝在金屬加熱盤上的示意圖； 圖9為圖8的俯視圖； 圖10為放置有金屬蓋板預(yù)制件的金屬加熱盤回流后的示意圖； 圖11為使用金屬焊料預(yù)成型片封裝的狀態(tài)示意圖。附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下
1、金錫焊料預(yù)成型片，2、金屬蓋板預(yù)制件，3、焊點(diǎn)，4、金屬加熱盤，5、金屬蓋板預(yù)制件腔體，6、金屬掩模板固定孔，7、金屬掩模板，8、固定螺絲，9、回流焊接后的金屬蓋板預(yù)制件， 10、帶有芯片的陶瓷或金屬管件。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖1至圖11所示，一種使用金錫焊料預(yù)成型片的封裝方法，它包括以下步驟
(1)使用SCl溶液(即包含60%DI水、30%雙氧水和10%氨水的標(biāo)準(zhǔn)清晰溶液)，對(duì)金錫焊料預(yù)成型片1進(jìn)行濕法清洗3 4分鐘；
(2)使用DI水(即去離子水)，對(duì)金錫焊料預(yù)成型片1進(jìn)行濕法漂洗，漂洗的時(shí)間不低于 5分鐘；
(3)將金錫焊料預(yù)成型片1放入溫度為100攝氏度的烘箱進(jìn)行烘干處理，時(shí)間為20 30分鐘；
(4)將金錫焊料預(yù)成型片1置于金屬蓋板預(yù)制件2邊沿框上；
(5)用超生波點(diǎn)焊機(jī)在金錫焊料預(yù)成型片1的四角上各做一個(gè)點(diǎn)焊，使金錫焊料預(yù)成型片1連接在金屬蓋板預(yù)制件2邊沿框上，不會(huì)脫落；
(6)制作金屬加熱盤4，材料通常為鋁合金，按照金屬蓋板預(yù)制件2的尺寸加工其腔體的長(zhǎng)、寬和深度，保證金屬蓋板預(yù)制件2放入腔體內(nèi)，在長(zhǎng)、寬方向上有20 40微米的正公差，當(dāng)金屬加熱盤4的腔體內(nèi)放置點(diǎn)焊連接金錫焊料預(yù)成型片1的金屬蓋板預(yù)制件2時(shí)，金錫焊料預(yù)成型片1表面與金屬加熱盤4腔體邊沿表面平齊；
(7)制作金屬掩模板7，材料通常為不銹鋼，其開孔尺寸保證在長(zhǎng)、寬方向上能精確遮掩到金錫焊料預(yù)成型片1的全部焊料表面，露出金屬蓋板預(yù)制件2的腔體，厚度約為0. 1 0. 15毫米；
(8)在金屬加熱盤4腔體內(nèi)逐一放置已點(diǎn)焊連接金錫焊料預(yù)成型片1的金屬蓋板預(yù)制件2;
(9)將金屬掩模板7安裝到金屬加熱盤4上，并用固定螺絲8固定；
(10)將上述組裝完成的金屬加熱盤4放入PVD(即物理氣相沉積)設(shè)備，濺射2000埃的金屬Ti (鈦)，通過(guò)金屬掩模板7使金屬Ti沉積在金屬蓋板預(yù)制件2的腔體底面和四周側(cè)面，使金錫焊料預(yù)成型片1和金屬蓋板預(yù)制件2做共晶回流工藝時(shí)，焊料不會(huì)流淌到金屬蓋板腔體內(nèi)的鍍金表面上；
(11)取出金屬加熱盤4，拆卸并移走金屬掩模板7；
(12)將帶有濺射金屬Ti的金屬蓋板預(yù)制件2的金屬加熱盤4放置到真空共晶爐中回流，按照溫升曲線，使金錫焊料預(yù)成型片1與金屬蓋板預(yù)制件2的表面金層產(chǎn)生共晶反應(yīng)， 使兩者之間產(chǎn)生牢固的焊接；
(13)用SCl溶液清洗完成共晶反應(yīng)的金屬蓋板預(yù)制件2，去除去腔體內(nèi)的金屬Ti層；
(14)用去離子DI水清洗金屬蓋板預(yù)制件2，時(shí)間不低于5分鐘；
(15)將金屬蓋板預(yù)制件放入100攝氏度烘箱烘干20 30分鐘；
(16)用帶有已回流金錫焊料的金屬蓋板預(yù)制件2，通過(guò)低溫?zé)Y(jié)或平行縫焊的方式，使蓋板上金錫焊料與陶瓷或金屬管座上的金屬層產(chǎn)生共晶反應(yīng)，從而把金屬蓋板密封焊接到陶瓷或金屬外殼上，完成氣密性封裝。釬焊是組 裝電子產(chǎn)品的一項(xiàng)重要技術(shù)。為了得到理想的釬焊連接，釬焊料的選擇至關(guān)重要。金錫焊料An80Sn20作為重要的釬焊料(熔點(diǎn)280°C )應(yīng)用于半導(dǎo)體和光電器件封裝行業(yè)已經(jīng)有很多年，具有優(yōu)良的物理性能，包括熔點(diǎn)適中、強(qiáng)度高、無(wú)需助焊劑、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能好、浸潤(rùn)性優(yōu)良、低粘性、易焊接、抗腐蝕、抗蠕度等優(yōu)點(diǎn)，在微電子器件和光電子器件的陶瓷封裝封蓋、芯片粘接、金屬封裝的陶瓷絕緣子焊接、大功率半導(dǎo)體激光器的芯片焊接中有著廣泛的應(yīng)用，可明顯提高這些器件的封裝可靠性和導(dǎo)電/導(dǎo)熱性能。具體到應(yīng)用中，為了獲得器件生產(chǎn)及封裝等應(yīng)用的穩(wěn)定性，通常選擇沖壓成型的金錫焊料預(yù)成型片，確保釬焊料的精確用量和準(zhǔn)確位置，以達(dá)到在最低成本情況下獲得高可靠和良好導(dǎo)熱的高性能焊接質(zhì)量。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種使用金錫焊料預(yù)成型片的封裝方法，其特征在于它包括以下步驟步驟1 將金錫焊料預(yù)成型片進(jìn)行清洗、烘干處理；步驟2 將金錫焊料預(yù)成型片固定連接在金屬蓋板預(yù)制件上；步驟3 在金屬加熱盤腔體內(nèi)，逐一放置連接有金錫焊料預(yù)成型片的金屬蓋板預(yù)制件；步驟4 將金屬掩模板安裝到金屬加熱盤上，并用螺絲固定；步驟5 將上述組裝完成的金屬加熱盤放入PVD設(shè)備，濺射金屬Ti，通過(guò)金屬掩模板使金屬Ti沉積在金屬蓋板預(yù)制件的腔體底面和四周側(cè)面，使金錫焊料預(yù)成型片和金屬蓋板預(yù)制件做共晶回流工藝時(shí)，焊料不會(huì)流淌到金屬蓋板腔體內(nèi)的鍍金表面上；步驟6 取出金屬加熱盤，拆卸并移走金屬掩模板；步驟7 將帶有濺射金屬Ti的金屬蓋板預(yù)制件的金屬加熱盤放置到真空共晶爐中回流，按照溫升曲線，使金錫焊料預(yù)成型片與金屬蓋板預(yù)制件的表面金層產(chǎn)生共晶反應(yīng)，使兩者之間產(chǎn)生牢固的焊接；步驟8 將完成共晶反應(yīng)的金屬蓋板預(yù)制件進(jìn)行清洗、烘干處理；步驟9 用帶有已回流金錫焊料的金屬蓋板預(yù)制件，通過(guò)低溫?zé)Y(jié)或平行縫焊的方式， 使金屬蓋板預(yù)制件上金錫焊料與陶瓷或金屬管座上的金屬層產(chǎn)生共晶反應(yīng)，從而把金屬蓋板預(yù)制件密封焊接到陶瓷或金屬外殼上，完成氣密性封裝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用金錫焊料預(yù)成型片的封裝方法，其特征在于所述步驟1包括以下步驟(1)使用SCl溶液，對(duì)金錫焊料預(yù)成型片進(jìn)行濕法清洗3 4分鐘；(2)使用DI水，對(duì)金錫焊料預(yù)成型片進(jìn)行濕法漂洗，漂洗時(shí)間不低于5分鐘；(3)將金錫焊料預(yù)成型片放入溫度為100攝氏度的烘箱進(jìn)行烘干處理，時(shí)間為20 30 分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用金錫焊料預(yù)成型片的封裝方法，其特征在于所述步驟2包括以下步驟(1)將金錫焊料預(yù)成型片置于金屬蓋板預(yù)制件邊沿上，(2)用超生波點(diǎn)焊機(jī)在金錫焊料預(yù)成型片的四角上各做一個(gè)點(diǎn)焊，使金錫焊料預(yù)成型片連接在金屬蓋板預(yù)制件邊沿上，不會(huì)脫落。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種使用金錫焊料預(yù)成型片的封裝方法，其特征在于所述步驟8包括以下步驟(1)用SCl溶液清洗完成共晶反應(yīng)的金屬蓋板預(yù)制件3 4分鐘，去除去腔體內(nèi)的金屬 Ti層；(2)用去離子水清洗金屬蓋板預(yù)制件，時(shí)間不低于5分鐘；(3)將金屬蓋板預(yù)制件放入100攝氏度烘箱烘干20 30分鐘。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的一種使用金錫焊料預(yù)成型片的封裝方法，其特征在于所述步驟5中，濺射鈦為2000埃。
6.一種帶有金屬掩模板的金屬加熱盤，其特征在于它包括金屬加熱盤和金屬掩模板，所述金屬加熱盤上設(shè)有若干腔體，所述金屬掩模板上設(shè)有與金屬加熱盤上的腔體相對(duì)應(yīng)若干通孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種金屬加熱盤，其特征在于所述金屬加熱盤的腔體的長(zhǎng)和寬均比金屬蓋板預(yù)制件大20 40微米，腔體內(nèi)放置連接有金錫焊料預(yù)成型片的金屬蓋板預(yù)制件時(shí)，腔體表面與金屬蓋板預(yù)制件邊沿上的金錫焊料預(yù)成型片的表面平齊，所述金屬掩模板安裝到金屬加熱盤上時(shí)，可完全遮蓋金錫焊料預(yù)成型片，并露出金屬蓋板預(yù)制件的腔體。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種金屬加熱盤，其特征在于所述金屬掩模板的厚度為0. 1 0. 15毫米。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種金屬加熱盤，其特征在于所述金屬加熱盤采用鋁合金制作。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種金屬加熱盤，其特征在于所述金屬掩模板采用不銹鋼制作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種使用金錫焊料預(yù)成型片的封裝方法的裝置，它包括金屬加熱盤和金屬掩模板，金屬加熱盤上設(shè)有若干腔體，金屬掩模板上設(shè)有與金屬加熱盤上的腔體相對(duì)應(yīng)若干通孔，還提供一種使用金錫焊料預(yù)成型片的封裝方法。本發(fā)明的有益效果是把原來(lái)的一次封裝工藝分解為兩步工藝，即預(yù)先對(duì)金錫焊料預(yù)成型片和金屬蓋板做共晶回流工藝；再用回流后帶金錫焊料的金屬蓋板通過(guò)低溫?zé)Y(jié)還是平行縫焊的方式，完成與金屬或陶瓷管座的氣密性封裝。這樣，在預(yù)先對(duì)金錫焊料預(yù)成型片和金屬蓋板做共晶回流工藝時(shí)，就可以通過(guò)充分的還原反應(yīng)，使金錫焊料表面氧化物得到最大程度的清除，從而為高可靠性的氣密性封裝打下基礎(chǔ)。
文檔編號(hào)H05B3/22GK102169839SQ20101056840
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者陳火 申請(qǐng)人:煙臺(tái)睿創(chuàng)微納技術(shù)有限公司