低阿尔法BGA锡球的制备方法以及BGA锡球

摘要

本发明提供一种低阿尔法BGA锡球的制备方法，包括提供制备所述BGA锡球所需的多种低纯度的单质钎料；去除每一所述单质钎料中的杂质以对所述单质钎料进行提纯；将多种提纯后的所述单质钎料合金化后制备所述低阿尔法BGA锡球。本发明金属直收率高，阿尔法粒子放射量低于0.001cph/cm2的水平。

说明书

技术领域

本发明涉及BGA锡球技术领域，尤其涉及一种低阿尔法BGA锡球的制备 方法以及BGA锡球。

背景技术

电子设备的尺寸和操作电压正不断减小，半导体器件的体积在不断地减小， 致使晶体管的尺寸和操作电压也在不断减小，对封装技术和材料带来了新的挑 战。半导体器件的尺寸比例缩小，这就意味着半导体中的电路将更加密集、硅 片更薄、非永久性存储器的电容电压更低，这将导致半导体器件对软错误(软 错误是指由单晶硅辐射而造成设备暂时性功能故障)更加敏感，这是因为低能 的阿尔法粒子可以翻转存储单元或改变逻辑电路中时序。

半导体器件采用球栅阵列封装(BGA，Ball GridArray)，球栅阵列封装的 发展，焊接凸点尺寸更小、排列更密集，更加接近活度硅元件，BGA锡球内的 短程低能阿尔法粒子(例如，

现有技术中，用于制备低阿尔法BGA锡球的主要方法有：

1、电解法。电解法是将原料在强酸中浸出，将浸出液作为电解液，放入吸 附杂质的材料(如活性炭、各类吸附树脂等)。该工艺需要使用到强酸，废液不 易处理，容易引发环境问题，而且制备效率低下，不适宜大规模生产。

2、激光同位素分离法，利用激光单色性强的特点，使同位素光谱有选择性 的激发，经物理或化学的方法分离同位素。该方法可直接去除原料中含放射性 的同位素，但是该工艺能耗非常高，工业生产中不可行。

3、化学处理法，是通过加入化学添加剂经氧化还原等一系列反应合成出高 纯金属，由于采用了大量的化学添加剂，因此环境污染比较严重。

发明内容

本发明提供一种低阿尔法BGA锡球的制备方法以及BGA锡球，采用基本 无污染的方法制备低阿尔法BGA锡球，金属直收率高，阿尔法粒子放射量低于 0.001cph/cm

本发明提供一种低阿尔法BGA锡球的制备方法，所述方法包括：

S10：提供制备所述BGA锡球所需的多种低纯度的单质钎料；

S20：去除每一所述单质钎料中的杂质以对所述单质钎料进行提纯，具体包 括：

S21：将所述单质钎料分别预先进行真空蒸馏，包括：

将盛放有所述单质钎料的坩埚放入至真空炉内，真空炉密封并保证炉 内的压力达到一定值；

升温到T1并保温一定时间，所述T1的值小于所述单质钎料和主要杂 质中沸点较小的那一个的沸点值；

保温结束后，取出挥发物和残留物，得到初步提纯的所述单质钎料；

S22：将初步提纯的所述单质钎料进行区域熔炼，包括：

将所述单质钎料放入至区域熔炼炉内并通入保护气；

打开加热系统以输出高功率，设置于头端的加热线圈使得所述单质钎 料融化；

降低所述加热系统的输出功率，将加热线圈从头端移动到尾端进而对 所述单质钎料区域熔炼；

当完成一次区域熔炼后，将加热线圈重新移动到所述单质钎料的头端， 冷却后，再重复上一步骤；

区域熔炼次数达到设定次数后得到提纯后的单质钎料；

S30：将多种提纯后的所述单质钎料合金化后制备所述低阿尔法BGA锡球。

进一步的，所述T1的值为所述单质钎料和主要杂质中较小沸点的那一个的 沸点值的80-95％。

本发明提供一种低阿尔法BGA锡球，其采用所述的制备方法制得。

采用本发明所提供的制备方法制得的BGA锡球，阿尔法粒子放射量低于0.001cph/cm

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的 实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得所有其他 实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明以制备SAC305锡球为例进行说明，应当理解的是，Sn42Bi57.4Ag0.6 锡球、Sn90Sb10锡球等其他不同钎料或不同钎料占比的锡球相应地适用于本发 明中。

SAC305锡球包括三种单质钎料，分别为Sn、Ag、Cu，其中，按质量比， Sn：Ag：Cu＝96.5:3.5:0.5。

本发明制备低阿尔法SAC305锡球的方法，包括以下步骤：

S10：提供制备所述锡球所需的Sn单质钎料、Ag单质钎料、Cu单质钎料。

提供低纯度的Sn料、Ag料以及Cu料，每种单质钎料中的主要杂质会有所 不同。

S20：分别去除Sn单质钎料、Ag单质钎料、Cu单质钎料中的杂质以对所 述单质钎料进行提纯。

将Sn料、Ag料以及Cu料分别进行提纯。以提纯Sn料为例，其中Sn料中 的主要杂质为Pb，Sn的沸点为2260℃，Pb的沸点为1749℃。提纯步骤包括：

S21：将Sn单质钎料预先进行真空蒸馏。具体地：

S211：将盛放有所述Sn单质钎料的坩埚放入至真空炉内，真空炉密封并保 证炉内的压力达到15Pa。

S212：升温到1400-1600℃并保温6-8小时。

保温温度1400-1600℃小于Pb的沸点(Pb的沸点小于Sn的沸点)。在保温 的过程中，炉内压力小，温度达到1400-1600℃时，杂质Pb将挥发，挥发的Pb 可以通过真空炉上方的冷井收集，在坩埚中预留下的即为Sn，但是此时仍然有 小部分的Pb杂质以及其他类型的杂质无法挥发。

可以理解的是，若杂质的沸点高于单质钎料的沸点，那么挥发得到挥发物 将是单质钎料，残留物将为主要杂质。

保温温度为所述单质钎料和主要杂质中较小沸点的那一个的沸点值的 80-95％，所述沸点是指在标准大气压下的沸点。保温温度在这个范围内，能够 保证单质钎料或杂质的挥发的同时，能够防止单质钎料损耗严重，经过实验， 保温温度低于80％，蒸馏效率极低，保温温度高于95％，单质钎料损耗率达到 5％以上。

S213：保温结束后，取出挥发物Pb和残留物Sn，保留残留物Sn，得到初 步提纯的Sn单质钎料。

S22：将初步提纯的Sn单质钎料进行区域熔炼。

具体的，本步骤包括：

S221：将Sn单质钎料放入至区域熔炼炉内并通入保护气。保护气能够避免 Sn单质钎料被氧化。

S222：打开加热系统以输出高功率，设置于头端的加热线圈使得所述单质 钎料融化。

温度升高到Sn单质钎料的熔点，加热线圈将Sn单质钎料加热，使得加热 线圈处的Sn融化。

S223：降低所述加热系统的输出功率，将加热线圈从头端移动到尾端进而 对所述单质钎料区域熔炼。

结合步骤S222以及步骤S223，在对Sn单质钎料进行区域熔炼时，预先采 用高功率使单质钎料融化，此时，未被加热线圈包裹的钎料位置通过热传导而 具有了一定的温度，然后再采用低输出功率，加热线圈温度降低，移动加热线 圈时，依然能够保证后段的钎料熔融，熔融速度基本相当，因此不仅能够保证 钎料熔融，而且降低了耗能。

S224：当完成一次区域熔炼后，将加热线圈重新移动到所述单质钎料的头 端，冷却后，再重复上一步骤。

在本步骤中，即将加热线圈重新移动到头端，加热线圈加热从头端移动到 尾端，再次进行区域熔炼。

S225：区域熔炼次数达到设定次数后得到提纯后的单质钎料。

重复次数可以为3-4次。区域熔炼利用了杂质的偏析性质，杂质在固相内的 溶解度小于液相中，在熔融时，固相与液相的交接面处，杂质会从固相往液相 区域扩散，加热线圈所包裹的部分为液相，未被包裹的部分为固相，加热线圈 在移动时，线圈移动的方向即杂质的移动方向，单质钎料的前段的纯度越来越 高，经过反复熔炼，得到的单质钎料纯度高。

Sn单质钎料提纯前后各成分含量对比如下表所示：

Sn单质钎料提纯后，原料所含放射性元素U、Th的含量都降低至5ppb以 下，能够释放阿尔法粒子的Pb含量降低至1ppm以下。单质钎料从最初纯度为 3N提升至5N，极大的过滤了包含具有放射性元素在内的杂质，并且使得单质 钎料本身纯度大大提高，减少杂质对制得的BGA锡球的性能造成的影响，因为 微量元素的存在即易影响BGA锡球性能。

S30：将多种提纯后的所述单质钎料合金化后制备所述低阿尔法BGA锡球。

例如，在制得SAC305锡球(Sn：Ag：Cu＝96.5:3.5:0.5)、Sn42Bi57.4Ag0.6 锡球(Sn：Ag：Bi＝42:0.6:57.4)、Sn90Sb10锡球(Sn：Sb＝90:10)时，加入相 应比例的各单质钎料，得到二元、三元以及多元合金，将合金通过射球工艺， 采用压电震动法制备所需粒径的BGA锡球。

本发明按照上述方式制备得到的SAC305锡球、Sn42Bi57.4Ag0.6锡球、 Sn90Sb10锡球进行阿尔法射线计数测试，得到以下测试结果，对比例采用未经 提纯的原料直接熔炼后射球。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明 的保护范围之内。