模板式微喷印高速面阵凸点制作原理与技术研究

以BGA/CSP和FCB为代表的面积阵列封装是目前密度最高的封装形式，而面阵凸点的制作是实现面积阵列封装的前提，但现有面阵凸点制作方法均存在不足，由此申请研究金属焊料模板式微喷印高速面阵凸点制作原理与技术,实现大面积面阵凸点的单步喷射并行制作。首先以弹性力学、流体动力学、热力学等为基础，建立模板式喷嘴的气动膜片活塞式微滴喷射系统中多场耦合的数学模型，设计并优化喷腔与模板式喷嘴的结构和参数，使用线性和非线性不稳定理论研究焊料液滴挤出，分离，飞行，碰撞与沉积的机理和条件。研究微滴喷射系统工作参数及获取最优的质量控制参数与策略，将喷射装置和驱动电路、温度控制、运动控制及氮气环境控制系统与CCD在线检测集成，构成现场高速直接制球的智能机器。完成FCB芯片上及PCB上BGA/CSP封装的焊球阵列制作。本项目的研究成功，将有效推动新型封装技术的开发与应用，带动电子封装产业的发展。

微滴喷射技术为封装工艺中焊球阵列的制作提供了简单高效的实现方法。现有的微滴喷射技术尚未在实际封装工艺中实现应用。本项目在综合各种喷射技术的基础上，提出压电膜片活塞式按需喷射技术。该技术利用压电式驱动的优良特性，利用局部冷却解决了压电式不耐高温的缺陷，并通过并行喷射提高工作效率，具有良好工作性能，为封装工艺提供了新的实现方案。. 本项目阐述了压电膜片活塞式/气动膜片式喷射装置的工作原理，建立了装置喷射过程的数学模型，并预测了影响喷射的可能参数。依据对工作过程的数学分析，设计制作了微滴喷射装置并搭建相应的支持模块，组建完整的工作系统。关键部件喷嘴分别以电火花和刻蚀工艺制作，电火花加工的不锈钢喷嘴适用于单孔喷射，刻蚀的硅喷嘴适用于并行喷射。. 以此喷射系统为基础，Sn63Pb37为材料，通过单孔喷嘴进行喷射实验。实验研究喷射焊球形成过程与系统工作的稳定性。实验观察了各参数对喷射效果的影响，结果表明，喷嘴直径、电压、脉冲时间与温度对其影响与模型分析一致。此外，研究了喷射方向性与卫星滴问题，喷射速度提高可以改善喷射方向偏差程度，卫星滴形成具有一定规律。实验以单孔喷射逐点扫描沉积方式制作了焊球阵列。. 通过阵列喷嘴进行并行喷射实验，经调整参数，改进装置，解决喷射不一致的情况，改善喷射方向问题，初步获得了预期的并行喷射效果。此外，进行了无铅焊料的应用实验与焊柱阵列的制作。