锡球技术工艺发展分析

第一节 锡球基本生产技术

传统锡球颗粒生产方法有气雾化法、离心雾化法和切丝重熔法等。

1、气雾化法

气雾化法是利用气体的压力将流经喷嘴的液体冲击破碎的方法。在气雾化法生产金属颗粒的生产中，由于一些工艺参数如雾化气体的压力高低对雾化颗粒的分散度和大小的影响， 以及雾化气体介质性质对雾化颗粒的分布及形状的影响 ，因而在采用气雾化法生产锡粒的过程中 ，锡粒的分散度较宽 ，必须通过多次筛分及检测才能得到能够满足使用要求的颗粒。

4、离心雾化法

离心雾化是将要雾化的熔融金属液体流到旋转的圆盘上，在离心力的作用下，脱离转盘的边缘，落入冷却介质中固化的一种加工金属粉末的方法。离心雾化的程度主要取决于圆周线速度、液体金属的进料速度、液态金属的性能以及转盘的构造形式，尽管离心雾化的生产效率较高，但是生产的颗粒分布比较分散且真圆度不高，必须经过多次筛分及检验才能得到满足使用要求的颗粒。

3、切丝重熔法

切丝重熔法制造BGA锡球的过程是先将钎料制成一定规格的细丝，然后用剪切机械将之裁切成均匀的分段，将分段浸入适当温度的热油使之熔化、凝固成为球形颗粒，经过筛分、清洗、检验从而得到满足要求的BGA锡球。切丝重熔法制造金属颗粒的原理简单，但是对制造机械的精度要求很高：由于拉丝过程容易造成钎料丝的粗细不均匀，进一步会影响生产的颗粒的尺寸大小，同时，金属在重熔的过程中，液体介质的温度、种类、重熔时间的控制以及工艺的控制都将影响到生产的钎料小球真圆度、表面质量以及结晶组织，从而对产品在BGA封装中的质量产生影响。根据生产实践来看，切丝重熔法还必须经过筛选才能得到满足要求的锡球，这又大大影响了该法的生产效率及效益。

4、均匀液滴成型法

当某种液体从射流管口以一定速度（平滑流）流出时，如果在射流管内部给液体施加一定频率的纵向扰动，液体的内部压力将按波形分布，当这样的液体从管口射出时，压力变化导致射流的直径将发生相应的变化。直径较大处的液体表面张力小，直径较小处的液体表面张力大，此时压力高处液体向压力低处靠拢，使射流直径进一步减小，形成腊肠型射流断裂模式，从而导致均匀液滴的产生。

第二节 锡球新技术研发、应用情况

1、晶元—锡球无铅化

IC Interconnect 宣布该公司已具有提供无铅晶元—锡球服务的能力，以响应全球范围内热火朝天的减少环境中有害物质的潮流。

从晶元—锡球的角度来看，无铅工艺要求锡膏和钢板都要更换。但IC Interconnect 使用的锡球下化学镀镍技术同基于有铅工艺的技术相同。触发器和晶元级芯片封装的有铅和无铅版本都已被客户认可。该公司2001年在原有的系统中使用无铅合金，指标合格。实现从有铅到无铅的切换最大的顾虑就是可靠性问题，IC Interconnect的产品在测试中都高出各项可靠性要求。

2、Dage推出第二代锡球冷拉技术，用于高速粘合力测试机

Dage Precision Industries改进了锡球冷拉粘合力测试技术，用于获奖的4000HS高速粘合力测试机使用的。与传统的剪切测试比较，锡球冷拉（CBP）法有若干优点，加力完全模拟面阵列器件四角锡球的跌落测试。

高速测试不仅可以进行传统的粘合力测试，它特别适用于检测使用无铅材料时可能产生的脆性断裂缺陷。高速粘合力测试还可用于评估各种不同的合金、不同焊盘涂层的影响以及老化对焊点可靠性的影响。

电子元件工业联合会（JEDEC）发布了有关高速剪切与高速CBP的新标准。使用第二代高速锡球冷拉测试技术的Dage 4000HS高速粘合力测试机完全符合JEDEC新标准，并能够 分析 微电子焊点的完整性与可靠性。

第三节 锡球国外技术发展现状

锡球产品附加值高，质量主要取决于锡球的光圆度、均匀度等指标，技术被日本、美国及台湾垄断，主要生产厂商为日本千住、美国Alpha Metal，台湾业强、升贸等。

为了得到尺寸均匀，表面质量及内部组织优越的锡球并有较高的生产效率，国内外都对均匀液滴法的 研究 报以极大的关注。

均匀液滴在农业（如均匀颗粒的喷雾有利于改善喷雾的质量）、工业（如烧碱工业中制造均匀颗粒烧碱，再如快速原型制造及表面喷涂中均匀液滴法都有显著的优点）等方面都有重要的应用价值，故而对均匀液滴法的 研究 在国外有很多。就目前的 研究 现状来看，如何施加操作简便、调节容易的外加纵向微扰从而实现单分散效果优异的腊肠型射流断裂是均匀液滴法技术的关键，为此有很多尝试来实现这一目的，但这些方法从本质来讲，可以分成两大类型：机械振动法及电驱动振动法，其中电驱动的方法又可以分为压电振动法和电场雾化法。

第四节 锡球技术开发热点、难点 分析

为了防止在更细间距的BGA或FlipChip封装方式的电子连接过程中的桥联等问题的出现，并利用焊球在熔化过程中的“自对准效应”，BGA封装采用的锡球，具有相当高的尺寸及外形精度要求。为了生产出锡球表面质量和尺寸外形精度都满足要求的锡球，多种技术被尝试且有的技术方案已经用于生产，但是为了获得更佳的生产技术，目前国内外仍有相当多的 研究 投入到锡球生产技术上。

焊球的制造工艺普遍采用两种，即定量裁切法和真空喷雾法。前者对直径较大的焊球较适用，后者更适用于小直径焊球，也可用于较大直径焊球。对锡球的物理、电气性能要求主要有密度、固化点、热膨胀系数、凝固时体积改变率、比热、热导率、电导率、电阻率、表面张力、抗拉强度、抗疲劳寿命及延伸率等。除此以外，锡球的直径公差、真圆度、含氧量也被看作是目前锡球质量水平竞争的关键指标。

第五节 锡球未来技术发展趋势

大力发展锡球技术是发展新型半导体封装的重要内容之一。特别是当前发展我国无铅是无铅锡球是当务之急。

随着BGA封装技术的发展，基于生产成本、效率、产品质量等因素的考虑，传统锡球制造技术终将被均匀液滴法所代替。由于均匀液滴法是一项新颖的技术，用于生产BGA封装锡球具有诸多优点，因而，当前国内外对它的应用和 研究 投入较多的精力。

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