本发明涉及电子元件制造技术领域，尤其涉及一种铜核球的制备方法。
背景技术：
近年来，移动电子产品的市场需求迅速扩大，以智能手机为例，中国智能手机销售量由2011年的0.96亿部上升到2015年的4.2亿部。伴随着移动电子产品轻量化、纤薄化和多功能化的发展，传统电子封装技术无法满足小型化、窄间距化和多针化的要求。为了满足这些市场要求，以堆叠封装(POP)为代表的3D封装技术应运而生。3D封装起源于快闪存储器和SDRAM的叠层封装，它是一种在不改变封装体尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术，其主要特点包括：多功能、高效能、大容量、高密度和低成本。
铜核球(CCSB)是一种复合式多层次的焊锡球，一般包含铜球、镀镍层、镀锡层三部分。铜球核心是铜核球区别于传统BGA锡球关键结构，直径一般在0.03-0.5mm；镀镍层厚度一般在2-3um,其主要作用是降低铜球和基板或钎料镀层之间的润湿行为，有效的防止铜和基板或钎料镀层中其它金属间的扩散，镀镍层为非必需层，可以根据基板材质和钎料镀层进行考虑；钎料镀层是铜核球的有效焊接部分，厚度通常在3-30um，成分可以根据焊接性能和条件不同采用纯锡，SAC，SC等。
现有技术的缺陷和不足：
3D封装需要多次热制程，而传统BGA锡球在经过250℃多次反复受热，焊接凸点会熔融，这样在多层次电子零件重量的压迫下会使焊接凸点发生不可接受变形，从而导致封装空间变窄，焊点之间或焊点与零件之间粘连短路等问题。
针对上述缺陷和不足，对比文件(中国专利申请号：201610006073.0公开号：CN105609437A公开日：2016年5月25日发明名称：一种3D封装用镀金或镀镍锡铜球制备方法)公开了一种铜核球的制备方法，铜核球核心为一定尺寸的铜金属，铜的熔点(1083℃)远高于钎焊温度(250℃)，这样即使经过多次回焊过程，铜球部分也不会发生不可接受变形，维持封装空间不变，而这个稳定的空间即可容纳和封装其他电子零件，铜核球能够确保回焊后封装空间稳定的这一特性，有利于实现高密度的3D封装。
但是，对比文件中公开的铜核球的制备方法，其不足之处在于，采用雾化法或物理气相法制备的铜球的形状规则性差、真圆度不佳，造成良品率不高，同时，上述方法制得的铜球表面不规整，存在凹凸不平的现象，这样在进行镀镍时，在镍层与铜层之间就会容易出现原子之间相互扩散形成金属件化合物，从而影响产品性能，另一方面，上述制备方法中没有考虑到铜球在成型和老化过程中的氧化现象。
技术实现要素：
基于背景技术以及对比文件中存在的技术问题，本发明提出了一种铜核球的制备方法。
本发明提出的一种铜核球的制备方法，包括以下步骤：
S1：电解铜块，将铜块原料通过电解工序制成熔融态铜液；
S2：将熔融态的铜液注入成型器具腔内，所述成型器具的下端设有若干根毛细管；
S3：从成型器具顶端向下通入氮气；
S4：铜液氮气包裹下于毛细管末端成型，在自身重力作用下坠落至毛细管下方的冷却池；
S5：对冷却后的铜球进行收集并研磨；
S6：对研磨后的铜球进行清洗并烘干；
S7：对烘干后的铜球进行圆度筛选，选出真圆度要求合格的铜球，不合格的铜球作为原料回收；
S8：对筛选出来的铜球进行尺寸筛选，选出尺寸符合要求的铜球，不合格的铜球作为原料回收；
S9：对筛选出来的铜球进行抛光、镀镍处理；
S10：对抛光、镀镍处理后的铜球进行水洗并烘干；
S11：对烘干后的铜球进行镀钎料处理；
S12：对镀好钎料的铜球进行电镀层检测，合格后进行成品包装。
优选的，S1中所述的铜块原料的铜含量为99.99％。
优选地，S2中所述的成型器具和毛细管均采用耐高温的陶瓷基复合材料制成。
优选的，S2中所述的毛细管的内直径为0.5mm。
优选的，S3中所述的氮气的流速为0.5-0.8m/s。
优选的，S7中所述的铜球的真圆度要求小于0.03。
优选的，S8中所述的铜球的直径为0.03-0.5mm。
优选的，S9中所述镀镍是采用滚镀方式对其产品全部覆盖镍层。
优选的，S11中所述镀钎料层是采用滚镀方式对其产品全部覆盖锡层或锡银铜层。
本发明中，针对传统BGA锡球在经过250℃多次反复受热，焊接凸点会熔融，这样在多层次电子零件重量的压迫下会使焊接凸点发生不可接受变形，从而导致封装空间变窄，焊点之间或焊点与零件之间粘连短路等问题，发明一种铜核球。本发明的有点在于，铜核球核心为一定尺寸的铜金属，铜的熔点(1083℃)远高于钎焊温度(250℃)，这样即使经过多次回焊过程，铜球部分也不会发生不可接受变形，维持封装空间不变，而这个稳定的空间即可容纳和封装其他电子零件。铜核球能够确保回焊后封装空间稳定的这一特性，有利于实现高密度的3D封装。
而针对对比文件(中国专利申请号：201610006073.0公开号：CN105609437A公开日：2016年5月25日发明名称：一种3D封装用镀金或镀镍锡铜球制备方法)中公开的采用雾化法或物理气相法制备的铜球，其产品的形状规则性差、真圆度不佳，造成良品率不高，同时，上述方法制得的铜球表面不规整，存在凹凸不平的现象，这样在进行镀镍时，在镍层与铜层之间就会容易出现原子之间相互扩散形成金属件化合物，从而影响产品性能的问题，本发明中利用电解铜块原料制成熔融态铜液，利用毛细管使铜液在毛细管末端在表面张力的作用下自发形成规整的球体，并在自身重力的影响下于毛细管分离，这样的生产方式能够有效避免对比文件中公开的制备方法所产生的产品形状规则性差、真圆度不佳，良品率不高以及铜球表面不规整，存在凹凸不平的现象，另一方面，对比文件公开的制备方法中没有考虑到铜球在成型和老化过程中的氧化现象问题，本发明也加以改善，通过在成型器具中冲入氮气，使铜液在氮气的包裹下于毛细管末端成型，确保了在成球的瞬间与周围空气完全隔离，以防止铜球被氧化。通过本发明公开的方法制备的铜核球在焊锡的接合可靠性评估中，显示优良的效果，以电镀SAC305的铜核球和SAC305锡球进行比较，铜核球落下测试远远超过锡球，温度循环测试则和锡球的结果一样。总而言之，本发明制得的铜核球和SAC305锡球有著同等的耐热疲劳性，并可克服高银材料不佳的耐落下冲击性等多重优点，同时能够保证产品的良品率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
本发明提出的一种铜核球的制备方法，包括以下步骤：
S1：电解铜块，将铜块原料通过电解工序制成熔融态铜液；
S2：将熔融态的铜液注入成型器具腔内，所述成型器具的下端设有若干根毛细管；
S3：从成型器具顶端向下通入氮气；
S4：铜液氮气包裹下于毛细管末端成型，在自身重力作用下坠落至毛细管下方的冷却池；
S5：对冷却后的铜球进行收集并研磨；
S6：对研磨后的铜球进行清洗并烘干；
S7：对烘干后的铜球进行圆度筛选，选出真圆度要求合格的铜球，不合格的铜球作为原料回收；
S8：对筛选出来的铜球进行尺寸筛选，选出尺寸符合要求的铜球，不合格的铜球作为原料回收；
S9：对筛选出来的铜球进行抛光、镀镍处理；
S10：对抛光、镀镍处理后的铜球进行水洗并烘干；
S11：对烘干后的铜球进行镀钎料处理；
S12：对镀好钎料的铜球进行电镀层检测，合格后进行成品包装。
S1中所述的铜块原料的铜含量为99.99％，S2中所述的成型器具和毛细管均采用耐高温的陶瓷基复合材料制成，S2中所述的毛细管的内直径为0.5mm，S3中所述的氮气的流速为0.5m/s，S7中所述的铜球的真圆度要求小于0.03，S8中所述的铜球的直径为0.03mm，S9中所述镀镍是采用滚镀方式对其产品全部覆盖镍层，S11中所述镀钎料层是采用滚镀方式对其产品全部覆盖锡层或锡银铜层。
实时例2
本发明提出的一种铜核球的制备方法，包括以下步骤：
S1：电解铜块，将铜块原料通过电解工序制成熔融态铜液；
S2：将熔融态的铜液注入成型器具腔内，所述成型器具的下端设有若干根毛细管；
S3：从成型器具顶端向下通入氮气；
S4：铜液氮气包裹下于毛细管末端成型，在自身重力作用下坠落至毛细管下方的冷却池；
S5：对冷却后的铜球进行收集并研磨；
S6：对研磨后的铜球进行清洗并烘干；
S7：对烘干后的铜球进行圆度筛选，选出真圆度要求合格的铜球，不合格的铜球作为原料回收；
S8：对筛选出来的铜球进行尺寸筛选，选出尺寸符合要求的铜球，不合格的铜球作为原料回收；
S9：对筛选出来的铜球进行抛光、镀镍处理；
S10：对抛光、镀镍处理后的铜球进行水洗并烘干；
S11：对烘干后的铜球进行镀钎料处理；
S12：对镀好钎料的铜球进行电镀层检测，合格后进行成品包装。
S1中所述的铜块原料的铜含量为99.99％，S2中所述的成型器具和毛细管均采用耐高温的陶瓷基复合材料制成，S2中所述的毛细管的内直径为0.5mm，S3中所述的氮气的流速为0.6m/s，S7中所述的铜球的真圆度要求小于0.03，S8中所述的铜球的直径为0.15mm，S9中所述镀镍是采用滚镀方式对其产品全部覆盖镍层，S11中所述镀钎料层是采用滚镀方式对其产品全部覆盖锡层或锡银铜层。
实施例3
本发明提出的一种铜核球的制备方法，包括以下步骤：
S1：电解铜块，将铜块原料通过电解工序制成熔融态铜液；
S2：将熔融态的铜液注入成型器具腔内，所述成型器具的下端设有若干根毛细管；
S3：从成型器具顶端向下通入氮气；
S4：铜液氮气包裹下于毛细管末端成型，在自身重力作用下坠落至毛细管下方的冷却池；
S5：对冷却后的铜球进行收集并研磨；
S6：对研磨后的铜球进行清洗并烘干；
S7：对烘干后的铜球进行圆度筛选，选出真圆度要求合格的铜球，不合格的铜球作为原料回收；
S8：对筛选出来的铜球进行尺寸筛选，选出尺寸符合要求的铜球，不合格的铜球作为原料回收；
S9：对筛选出来的铜球进行抛光、镀镍处理；
S10：对抛光、镀镍处理后的铜球进行水洗并烘干；
S11：对烘干后的铜球进行镀钎料处理；
S12：对镀好钎料的铜球进行电镀层检测，合格后进行成品包装。
S1中所述的铜块原料的铜含量为99.99％，S2中所述的成型器具和毛细管均采用耐高温的陶瓷基复合材料制成，S2中所述的毛细管的内直径为0.5mm，S3中所述的氮气的流速为0.8m/s，S7中所述的铜球的真圆度要求小于0.03，S8中所述的铜球的直径为0.5mm，S9中所述镀镍是采用滚镀方式对其产品全部覆盖镍层，S11中所述镀钎料层是采用滚镀方式对其产品全部覆盖锡层或锡银铜层。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。