電子裝置、插入件以及製造電子裝置的方法
2023-09-22 15:44:00
專利名稱：電子裝置、插入件以及製造電子裝置的方法
技術領域：
實施例涉及一種電子裝置、插入件(interposer)以及製造電子裝置的方法。
背景技術：
近年來，諸如伺服器和個人計算機的電子裝置正取得顯著進展，以實現更高的吞吐量和性能。此外，作為計算機的中央核心的半導體器件(諸如半導體晶片和半導體封裝件) 的近來趨勢是通過實現更高的電路密度以及為了更高的容量而增大尺寸來增強其性能。此外,可以通過利用用於倒裝接合(flip chip bonding)的方法來將半導體器件安裝在布線板上。根據該安裝方法，設置在布線板上的電極與設置在半導體器件上的電極焊接並連接在一起。例如，參見日本早期公開專利公布第2004-342959號、第08-236898號以及第 10-12990 號。順便提及，根據上述安裝方法，將設置於半導體器件的電極放置在設置於布線板的電極上(其中電極之間設置有焊料)，並且接著熔化焊料以便通過將半導體器件的電極與布線板的電極焊接並且連接在一起而將半導體器件安裝在布線板上。如圖14A所示，例如，將設置在半導體器件103的電極104上的焊料塊(solder bump) 105放置在塗覆於布線板100的電極101的焊膏102上。然後，如圖14B所示，熔化焊膏102和焊料塊105，以便通過將半導體器件103的電極104與布線板100的電極101 焊接並且連接在一起而將半導體器件103安裝在布線板100上。在該情況下，半導體器件 103安裝在布線板100上的安裝結構體106由半導體器件103的電極104通過焊件(solder piece) 107與布線板100的電極101相連而形成。在該情況下，焊料凝固，同時表面張力在焊料熔化時平衡半導體器件103的自重。 因此，將半導體器件103的電極104與布線板100的電極101相連的焊件107的形狀像壓扁的球或鼓(即，在垂直方向上在中間膨脹的鼓)一樣。如果半導體器件103在工作時發熱並且熱膨脹，則在半導體器件103與布線板100 之間出現熱膨脹差。熱膨脹差使得應力施加到焊料連接部，該焊料連接部將半導體器件103 的電極104與布線板100的電極101相連。具體地，熱膨脹差使得大的應力施加到處於外部上的焊料連接部。此外，如圖14C所示，如果焊件107的形狀像如上所述的鼓一樣，則應力趨於集中在焊件107與電極101和104相接觸的部分。順便提及，在圖14C中放大並示出了圖14B 中以符號XIVC表示的部分。此外，如果半導體器件103導通和關斷，則應力重複地施加到半導體器件103的電極104與布線板100的電極101之間的焊料連接部。因此，外部上的焊料連接部具有應力集中的部分不是優選的，其中由熱膨脹差引起的大的應力施加到外部上的焊料連接部。
發明內容
因此,實施例的目的是減輕施加有大應力的部分上應力的集中，以便增強可靠性, 其中在該部分上，外部上的焊件與電極接觸。根據實施例的一方面，一種電子裝置包括布線板，包括第一電極和第二電極；半導體器件，安裝在布線板上並且包括第一端子和第二端子；插入件，設置在布線板與半導體器件之間，該插入件包括導電墊和支撐導電墊的片(sheet)，該導電墊具有在布線板側的第一表面以及在半導體器件側的第二表面；第一焊料，將位於布置有插入件的區域外的第一電極與位於該區域外的第一端子相連；第二焊料，將位於該區域內的第二電極與導電墊的第一表面相連；以及第三焊料，將位於該區域內的第二端子與導電墊的第二表面相連。
圖I是示出第一實施例的安裝結構體的構造的示意截面圖；圖2A-2D是用於說明第一實施例的安裝結構體所設置的插入件如何工作的示意截面圖；圖3A-3G是用於說明用於製造第一實施例的安裝結構體所設置的插入件的方法的示意截面圖；圖4A-4F是用於說明用於製造第一實施例的安裝結構體所設置的插入件的另一方法的示意截面圖；圖5A-5D是用於說明用於製造第一實施例的安裝結構體的方法的示意截面圖；圖6示意性地示出了第一實施例的安裝結構體的特定示例性構造的半導體封裝件上的電極的布置；圖7示意性地示出了第一實施例的安裝結構體的特定示例性構造的電路板上的電極的布置；圖8示意性地示出了第一實施例的安裝結構體的特定示例性構造的插入件上的電極的布置；圖9A示意性地示出了第一實施例的安裝結構體的特定示例性構造的狀態，其中， 布置有垂直16 X水平16個Cu墊的插入件安裝在電路板上；圖9B示意性地示出了第一實施例的安裝結構體的特定示例性構造的狀態，其中， 布置有垂直IOX水平10個Cu墊的插入件安裝在電路板上；圖10示意性地示出了第一實施例的安裝結構體的特定示例性構造中的焊料連接部;圖11示意性地示出了在第一實施例的安裝結構體的特定示例性構造中焊料連接部的高度與電極使用率之間的關係；圖12示意性地示出了在第一實施例的安裝結構體的特定示例性構造中焊料連接部的高度與施加到焊料連接部的應力之間的關係；圖13是示出第二實施例的電子裝置的構造的示意透視圖；以及圖14A-14C是用於示出本發明要解決的問題的示意截面圖。
具體實施例方式以下將說明安裝結構體、插入件、用於製造它們的方法以及電子裝置。第一實施例首先，將參照圖1-12說明第一實施例的安裝結構體、插入件以及用於製造它們的方法。該實施例的安裝結構體是這樣的要用於電子裝置(諸如伺服器和個人計算機) 的半導體封裝件安裝在例如電路板(諸如母板)上。順便提及，電子裝置也稱為電子設備或數據設備。此外，電路板也稱為布線板或印刷板。安裝結構體具有電路板I、半導體封裝件2和設置在電路板I與半導體封裝件2之間的插入件3。然後，如圖I所示，半導體封裝件2藉助於倒裝接合而安裝在電路板I上，其中使得插入件3置於半導體封裝件2與電路板I之間。此處所述的電路板I具有以晶格形式布置在可以安裝半導體封裝件2的整個區域 (封裝件安裝區域)上的多個電極4(例如，參見圖7)。順便提及，封裝件安裝區域也被稱為半導體器件安裝區域。半導體封裝件2是BGA (球柵陣列)封裝件，其具有封裝基板、安裝在封裝基板上的半導體晶片、以晶格形式布置在安裝有晶片的封裝基板的整個背面上的多個電極5(例如，參見圖6)以及設置在各個電極5上的焊球6。BGA封裝件2用於將例如高性能的大尺寸半導體晶片安裝在電路板I上。此處所述的半導體晶片是裸晶片。順便提及，半導體封裝件2也被稱為半導體器件。此外，焊球6也被稱為焊料塊。插入件3是包括以晶格形式布置的多個導電墊7和支撐導電墊7的片8的部件， 每個導電墊7均具有暴露的正面和背面(例如，參見圖8)。此處所述的片8是不導電樹脂片。即，片8是不導電片並且是樹脂片，並且具體地是由聚醯亞胺膜和聚醯亞胺覆蓋膜形成的聚醯亞胺片8。此外，導電墊7是金屬墊，並且具體地是Cu墊。此處，假設Cu墊7的厚度為約1-20μπι。順便提及，該墊也被稱為電極或穿透電極。此外，插入件也被稱為用於高度控制的片。順便提及，儘管此處使用聚醯亞胺片8，但是片8不限於此並且可以是任何片，只要它可以支撐導電墊7並固定導電墊7的位置即可。優選地，使用例如具有較差焊料親和力的片，即，焊料不粘附的片，諸如除聚醯亞胺片之外的樹脂片或陶瓷片。此外，優選地使用不導電片。此外，可以使用具有由不同材料(諸如，聚醯亞胺膜(樹脂膜；絕緣樹脂膜)和阻焊層(樹脂層；絕緣樹脂層)形成的部分的片。此外，儘管此處使用Cu墊7，但是導電墊 7不限於此並且可以是任何材料，只要它可以被焊接並且具有導電特性即可。因此，例如，可以使用其它金屬墊或多層結構(諸如，Au-Ni-Cu-Ni-An)的墊。然後，設置在電路板I的封裝件安裝區域的外部上的電極4Α與設置在半導體封裝件2的外部上的電極5Α焊接並且連接在一起。即，安裝結構體具有焊件9，該焊件將在電路板I的封裝件安裝區域的外部上所設置的電極4Α與在半導體封裝件2的外部上所設置的電極5Α相連。因此，安裝結構體具有由焊件9連接的焊料連接部。在電路板I的封裝件安裝區域的外部上所設置的電極4Α因而與在半導體封裝件2的外部上所設置的電極5Α電連接。此外，在電路板I的封裝件安裝區域的內部上所設置的電極4Β與插入件3的導電墊7的背面焊接並且連接在一起。即，安裝結構體具有焊件10，該焊件將在電路板I的封裝件安裝區域的內部上所設置的電極4B與插入件3的導電墊7的背面相連。因此，安裝結構體具有由焊件10連接的焊料連接部。在電路板I的封裝件安裝區域的內部上所設置的電極4B因而與插入件3的導電墊7電連接。此外，設置在半導體封裝件2的內部上的電極5B 與插入件3的導電墊7的正面焊接並且連接在一起。即，安裝結構體具有焊件6，該焊件將設置在半導體封裝件2的內部上的電極5B與插入件3的導電墊7的正面相連。因此，安裝結構體具有由焊件6連接的焊料連接部。設置在半導體封裝件2的內部上的電極5B因而與插入件3的導電墊7電連接。即，在電路板I的封裝件安裝區域的內部上所設置的電極 4B經由焊件10、插入件3的導電墊7以及焊件6與設置在半導體封裝件2的內部上的電極 5B電連接。如上所述，半導體封裝件2被焊接並且連接到電路板I上，其中插入件3設置在電路板I的封裝件安裝區域的內部與半導體封裝件2的內部之間，並且它們的外部之間沒有插入件3。具體地，實施例的安裝結構體包括在電路板I的封裝件安裝區域的內部上的電極 4B上所設置的焊件10與在半導體封裝件2的內部上的電極5B上所設置的焊件6之間的插入件3的導電墊7。實施例的安裝結構體包括在如上所述的上部焊件6與下部焊件10之間的導電墊7，以使得防止上部焊件6與下部焊件10彼此集成，並且使得相對於彼此上下設置的半導體封裝件2和電路板I可以將電信號傳導到彼此以及傳導來自彼此的電信號。順便提及，假設設置在電路板I的封裝件安裝區域的外部上的電極4A至少包括置於最外圓周上的一行電極，並且設置在半導體封裝件2的外部上的電極5A也是如此。另外， 由於考慮了由熱膨脹差引起的應力的影響，因此，假設在電路板I的封裝件安裝區域的外部上所設置的電極4A還包括放置在置於最外圓周上的一行電極內側的一行或多行電極， 並且設置在半導體封裝件2的外部上的電極5A也是如此。此外，內部表示除外部之外的並且在外部的內側的區域。因此，在電路板I的封裝件安裝區域的內部上所設置的電極4B包括除設置在外部上的電極4A之外的、設置在外部的內側的區域中的電極，並且在半導體封裝件2的內部上所設置的電極5B包括除設置在外部上的電極5A之外的、設置在外部的內側的區域中的電極。如下是如上所述那樣構造安裝結構體的原因。S卩，在工作、發熱以及熱膨脹時，包括半導體晶片的半導體封裝件引起與電路板的熱膨脹差以及施加到焊料連接部的應力，其中該焊料連接部將半導體封裝件與電路板相連。由熱膨脹差引起並且被施加到焊料連接部的應力分別隨著焊料連接部離半導體封裝件的外圓周和中心越近而變得越大和越小，其中該焊料連接部將半導體封裝件與電路板相連。S卩，施加到焊料連接部的應力大於施加到焊件的應力，其中該焊料連接部將電路板的封裝件安裝區域的外圓周部分上的電極與半導體封裝件的外圓周部分上的電極相連， 該焊件將電路板的封裝件安裝區域的內部上的電極與半導體封裝件的內部上的電極相連。 特別地，在矩形形狀的半導體封裝件的情況下，最大的應力被施加到如下焊料連接部其將形成電路板的封裝件安裝區域的圓周上的最外行的電極中布置在拐角的一個電極與形成半導體封裝件的圓周上的最外行的電極中布置在拐角的一個電極相連。換言之，施加到焊料連接部的應力較小，並且該焊料連接部受由熱膨脹差引起的應力影響不大，其中該焊料連接部將電路板的封裝件安裝區域的內部上的電極與半導體封裝件的內部上的電極相連。應力仿真的結果表明，例如施加到以晶格形式布置在電路板與半導體封裝件之間的焊料連接部中最外的布置在拐角的一個焊料連接部的應力最大。同時，施加到緊挨著最外行的焊料連接部並且在最外行的焊料連接部的內側布置的焊料連接部中布置在拐角的一個焊料連接部的應力比施加到最外的布置在拐角的焊料連接部的應力小大約30%至 40%。可以說，在該情況下，所布置的最外行的焊料連接部較多地受由熱膨脹差引起的應力的影響，並且緊挨著最外行且在最外行的內側布置的焊料連接部受由熱膨脹差引起的應力影響不大。此外，可以說，布置在越靠內的部分上的焊料連接部越少地受由熱膨脹差引起的應力的影響。因此，插入件3設置在受由熱膨脹差引起的應力影響不大的電極4B與電極5B之間，電極4B設置在電路板I的封裝件安裝區域的內部上，電極5B設置在半導體封裝件的內部上。順便提及，假設半導體封裝件與電路板之間的焊件的形狀像鼓一樣。即，隨著由焊件側(焊料的未與電極接觸的面)相對於從焊料與電極之間的接觸面延伸的線的交叉角越小，由熱膨脹差引起的應力越可能集中於焊料與電極接觸的部分上(參見圖14C)，即使焊料的量沒有改變。即，隨著半導體封裝件與電路板之間的焊件的高度越低，或者包括焊件的焊料連接部的高度(連接部高度)越低，由熱膨脹差引起的應力越可能集中於焊料與電極接觸的部分上。同時，假設將半導體封裝件與電路板相連的焊件是圓柱形的。即，隨著由焊件側相對於從焊料與電極之間的接觸面延伸的線形成的交叉角越大，由熱膨脹差引起的應力越不可能集中於焊料與電極接觸的部分上，以減輕應力集中，即使焊料的量沒有改變。即，隨著將半導體封裝件與電路板相連的焊件的高度越高，或者包括焊件的焊料連接部的高度越高，由熱膨脹差影響引起的應力越不可能集中於焊料與電極接觸的部分上，以減輕應力集中。此外，如果在電路板I的封裝件安裝區域上的電極4上所設置的焊件10與在半導體封裝件2的電極5上所設置的焊件6彼此熔化並且在焊料熔化時集成為焊件9，則焊件 9的體積增大，如圖2A和圖2B所示。由於表面張力對於體積的影響而減小，於是焊件9變得可能被壓扁。在該情況下，焊件9的高度或包括焊件9的焊料連接部的高度h (連接部高度)變低。因此，實施例的安裝結構體包括在電路板I的封裝件安裝區域的內部上的電極4B 上所設置的焊件10與在半導體封裝件2的內部上的電極5B上所設置的焊件6之間的插入件3的導電墊7，以便防止焊件彼此集成，如圖2C和圖2D所示。S卩，在電路板I的封裝件安裝區域的內部上的電極4B上所設置的焊件10與插入件3的導電墊7的背面(下面)相連，並且在半導體封裝件2的內部上的電極5B上所設置的焊件6與插入件3的導電墊7的正面(上面)相連。因此，在設置了插入件3的情況下，上部焊件6和下部焊件10保持彼此分離，並且半導體封裝件2經由焊件10、導電墊7以及焊件6與電路板I相連。
同時，實施例的安裝結構體不包括在電路板I的封裝件安裝區域的外部上的電極 4A上所設置的焊件10與在半導體封裝件2的外部上的電極5A上設置的焊件6之間的插入件3的導電墊7，以便將焊件6和10彼此集成。即，在電路板I的封裝件安裝區域的外部區域上的電極4A上所設置的焊件10和在半導體封裝件2的電極5A上所設置的焊件6彼此熔化並且在焊料熔化時集成為焊件9。因此，在沒有設置插入件3的情況下，半導體封裝件 2通過焊件9與電路板I相連，其中上部焊件6和下部焊件10集成為焊件9。在該情況下，所集成的焊件9的體積增大，並且表面張力對於體積的影響減小，從而導致焊件9可能被壓扁。不過，在電路板I的封裝件安裝區域的內部上的電極4B上所設置的焊件10和在半導體封裝件2的內部上的電極5B上所設置的焊件6沒有彼此熔化。因此，由於焊件6和 10的體積均很小並且表面張力對於體積的影響較大，因此焊件6和10不可能被壓扁。結果，焊件6和10的表面張力防止半導體封裝件2由於其自身重量而下沉。因此，使得包括焊件9的焊料連接部的高度較高，並且由熱膨脹差引起的應力不可能集中且減輕了應力集中，其中在電路板I的封裝件安裝區域的外部上的電極4A上所設置的焊件10和在半導體封裝件2的外部上的電極5A上所設置的焊件6集成為焊件9。這是對在焊接連接時加熱、熔化並液化的焊件的表面張力與半徑(體積)之間的關係的使用。即，液化的焊件儘量為球形，以便藉助於其自身的表面張力而最小化其表面積。表面張力等於球體的表面積除以球體的體積，即，3/r(r是半徑)。因此，半徑越小，表面張力的影響越大。即，隨著半徑(體積)越小，焊件越有效地儘量為球形，並且隨著半徑 (體積)越大，焊件越不可能為球形。為了使用這樣的關係，保持在電路板I的封裝件安裝區域的內部上的電極4B上所設置的焊件10和在半導體封裝件2的內部上的電極5B上所設置的焊件6中的每個焊件的體積較小而不使焊件10和6彼此集成，並且將在電路板I的封裝件安裝區域的外部上的電極4A上所設置的焊件10和在半導體封裝件2的外部上的電極5A上所設置的焊件6集成為體積更大的焊件。根據實施例，如上所述，為受由熱膨脹差引起的應力(熱應力)影響不大的部分 (內部)設置插入件3，並且控制在受熱應力影響較大的部分(外部)中將半導體封裝件2 與電路板I連接的焊件9的形狀，以便減輕應力集中並增強可靠性。然後，將說明用於製造如上所述那樣構造的插入件3的方法。此處將說明在使用Cu箔片粘附的聚醯亞胺膜的示例性情況下的兩種方法。順便提及，Cu箔片粘附的聚醯亞胺膜可被稱為在表面上具有導電層的膜。首先，將參照圖3A-3G說明第一方法。首先，如圖3A和圖3B所示，通過使用例如光刻技術，形成具有如下圖案的抗蝕劑層13 :其在Cu箔片11粘附的聚醯亞胺膜12的Cu箔片11上留出墊形成區域的Cu箔片11。然後，將圖3B所示的結構浸在蝕刻液中，該蝕刻液可以蝕刻Cu材料，以便去除除 Cu箔11的墊形成區域以外的不必要部分。此後，如圖3C所示，剝落抗蝕劑層13以便在聚醯亞胺膜12上形成以晶格形式布置的多個Cu墊7。然後，如圖3D所示，通過使用未示出的粘合劑，將覆蓋聚醯亞胺膜12和多個Cu墊 7的覆蓋膜14粘附到圖3C所示的結構。此處假設覆蓋膜14為聚醯亞胺膜。然後，將具有每一個的面積均比Cu墊7的面積小的開口(aperture)的掩模15以使得每個開口正好在每個Cu墊7上的方式放置。如圖3E和圖3F所示，通過例如發射用於蝕刻的雷射束以暴露每個Cu墊7的正面，去除覆蓋膜14的不必要部分。即，在覆蓋膜14 中形成開口 14A，每個開口 14A均到達多個Cu墊7中的每一個的正面並且具有比Cu墊7的面積小的面積。然後，將具有每一個的面積均比Cu墊7的面積小的開口的掩模16以使得每個開口正好在每個Cu墊7下面的方式放置。如圖3F和圖3G所示，通過例如發射用於蝕刻的雷射束以暴露每個Cu墊7的背面，去除聚醯亞胺膜12的不必要部分。即，在聚醯亞胺膜12 中形成開口 12A，每個開口 12A均到達多個Cu墊7中的每一個的背面並且具有比Cu墊7的面積小的面積。可以以此方式製成具有Cu墊7的插入件3，其中Cu墊7的正面和背面被暴露並且 Cu墊7由片8支撐且以晶格形式布置，片8由聚醯亞胺膜12和覆蓋膜14形成。然後，將參照圖4A-4F說明第二方法。首先，如圖4A和圖4B所示，通過與第一方法的處理相同的處理，在聚醯亞胺膜12 上形成以晶格形式布置的多個Cu墊7。然後，如圖4B所示，向整個正面塗覆阻焊層17。即，形成覆蓋聚醯亞胺膜12和多個Cu墊7的阻焊層17。然後，將具有每一個的面積均比Cu墊7的面積小的開口的掩模18以使得每個開口正好在每個Cu墊7上的方式放置。如圖4C和圖4D所示，通過使用例如紫外線以暴露每個Cu墊7的正面，通過掩模18的開口暴露並顯影阻焊層17。S卩，在阻焊層17中形成開口 17A，每個開口 17A均到達多個Cu墊7中的每一個的正面並且具有比Cu墊7的面積小的面積。然後，將具有每一個的面積均比Cu墊7的面積小的開口的掩模19以使得每個開口正好在每個Cu墊7下面的方式放置。如圖4E和圖4F所示，通過例如發射用於蝕刻的雷射束以暴露每個Cu墊7的背面，去除聚醯亞胺膜12的不必要部分。即，在聚醯亞胺膜12 中形成開口 12A，每個開口 12A均到達多個Cu墊7中的每一個的背面並且具有比Cu墊7的面積小的面積。可以以此方式製成具有Cu墊7的插入件3，其中Cu墊7的正面和背面被暴露並且 Cu墊7由片8支撐且以晶格形式布置，片8由聚醯亞胺膜12和阻焊層17形成。然後，將參照圖5A-5D說明用於製造實施例的安裝結構體的方法。首先，如圖5A所示，將焊膏10分別供給到設置在電路板I上的多個電極4上。在該情況下，對設置在電路板I上的多個電極4中的每一個塗覆焊膏10。此外，將焊件6供給到設置在半導體封裝件2上的多個電極5上。在該情況下，將焊球6供給到多個電極5中的每一個上並且對焊球6進行加熱，以便形成焊料塊6 (參見圖5C)。然後，如圖5B所示，將具有導電墊7的插入件3放置在電路板I上，其中導電墊7 的正面和背面被暴露並且導電墊7由片8支撐。在該情況下，將插入件3以使得每個導電墊7的背面與塗覆於電極4B上的每個焊膏10接觸的方式放置在電路板I上，其中電極4B設置在電路板I的封裝件安裝區域的內部上。
然後，如圖5C所示，將半導體封裝件2放置在放置有插入件3的電路板I上。在該情況下，將半導體封裝件2以如下方式放置在放置有插入件3的電路板I上 使得塗覆於電極4A的每個焊膏10與形成在電極5A上的每個焊料塊6相對，並且使得插入件3的每個導電墊7的正面與形成在電極5B上的焊料塊6接觸，其中電極4A設置在電路板I的封裝件安裝區域的外部上，電極5A設置在半導體封裝件2的外部上，電極5B設置在半導體封裝件2的內部上。然後，對整個結構進行加熱並且熔化焊料塊/焊膏6和10。如圖所示，將電路板I與半導體封裝件2、電路板I與插入件3以及半導體封裝件2與插入件3焊接並連接在一起。在該情況下，將塗覆於在電路板I的封裝件安裝區域的外部上所設置的電極4A上的焊膏10和在設置在半導體封裝件2的外部上的電極5A上所形成的焊料塊6彼此熔化， 以便將電路板I的電極4A與半導體封裝件2的電極5A焊接並連接在一起。即，將焊膏10 與焊料塊6彼此熔化，並且將它們彼此集成為焊件9。藉助於焊件9將在電路板I的封裝件安裝區域的外部上所設置的電極4A與在半導體封裝件2的外部上設置的電極5A相連。此外，熔化塗覆於在電路板I的封裝件安裝區域的內部上所設置的電極4B的焊膏10，以便將電路板I的電極4B與插入件3的導電墊7的背面焊接和連接在一起。此外，熔化在設置在半導體封裝件2的內部上的電極5B上所形成的焊料塊6，以便將半導體封裝件2的電極5B 與插入件3的導電墊7的正面焊接和連接在一起。因而，製成這樣的安裝結構體20 :半導體封裝件2安裝在電路板I上，其中它們之間設置有插入件3。順便提及，儘管此處假設焊膏10被塗覆於設置在電路板I上的多個電極4上並且焊球6被供給到設置在半導體封裝件2上的多個電極5上，但是用於供給焊料的方法不限於以上實施例的方法。可以使用其它方法(諸如，印刷焊膏、鍍焊料、焊料蒸鍍或者焊料蒸鍍/轉移)來供給焊料。因此，實施例的安裝結構體、用於製造該安裝結構體的方法以及電子裝置具有如下優點可以減輕外部上的焊件與電極相接觸並且由熱膨脹差引起的大應力被施加的點 (spot)上的應力集中，並且可以增強可靠性(連接可靠性)。特別地，可以增強在大尺寸的半導體器件2安裝在電路板I上的情況下的可靠性。以下將參照圖6-12具體地說明示例性安裝結構體和用於製造該安裝結構體的示例性方法。示例性安裝結構體由如下構造的半導體封裝件、電路板以及插入件形成。首先，如圖6所示，半導體封裝件具有大約每隔1_以晶格形式布置在封裝基板21的背面上的垂直 22 X水平22個Cu電極5，其中每個Cu電極5的直徑φ為約O. 6mm,該封裝基板21由尺寸為約25mm X 25mm的玻璃陶瓷製成。然後，焊料塊6形成在每個Cu電極5上。在將例如松香基助焊劑塗覆於每個Cu 電極5上之後，為每個電極供給直徑φ為約O. 6mm的、由Sn_3Ag-0. 5Cu (下文中稱為SAC)形成的焊球6。在例如240攝氏度在填充有氮氣的加熱爐中對其進行加熱，以便在每個Cu電極5上形成焊料塊6。順便提及，焊料塊6也被稱為球電極。此外，電路板I是由尺寸為約25mmX25mm的玻璃纖維環氧樹脂製成的電路板。如圖7所示，電路板I具有大約每隔Imm以晶格形式布置在電路板I的正面上的垂直22X水平22個Cu電極4，每個Cu電極4的直徑φ為約O. 6mm。與在上述半導體封裝件2的情況下類似，焊料塊10形成在每個Cu電極4上。此外，如圖8所示，插入件3具有大約每隔1_以晶格形式布置的Cu墊7和支撐 Cu墊7的聚醯亞胺片8，其中每個Cu墊7均具有暴露的正面和背面並且直徑φ為約O. 6mm。 此處所述的聚醯亞胺片8的厚度為約O. 05mm,並且Cu墊7的厚度為約O. 025mm。此外，此處使用以晶格形式布置有垂直IOX水平10個Cu墊7的插入件3 (參見圖9B)以及以晶格形式布置有垂直16X水平16個Cu墊的插入件(參見圖9A)。如下，通過利用上述半導體封裝件2、電路板I以及插入件3製造安裝結構體20。首先，如圖9A和圖9B所示，將插入件3放置在電路板I的封裝件安裝區域的內部 (包括中央部分)上，其中焊料塊10形成在內部上。此處，圖9A表示放置以晶格形式布置有垂直IOX水平10個Cu墊7的插入件3。圖9B表示放置以晶格形式布置有垂直16 X水平16個Cu墊7的插入件3。順便提及，圖9A和圖9B主要表示電路板I和插入件3的布置，並且省略了例如焊料塊10。然後，將形成有焊料塊6的半導體封裝件2放置在放置有插入件3的電路板I上。以使得焊料塊6和10的溫度以及其周圍的溫度為240攝氏度的方式，在填充有氮氣的加熱爐中對其進行加熱，以便將電路板I、插入件3以及半導體封裝件2彼此焊接並連接在一起，從而實現安裝結構體20。順便提及，安裝結構體20稱為連接部。然後，為了估計包括焊件9的焊料連接部，對連接部進行研磨以使得可以觀察到如圖10所示的截面，其中焊件9將設置在電路板I的外部上的電極4A與設置在半導體封裝件2的外部上的電極5A相連。然後，測量包括焊件9的焊料連接部的高度(連接高度)h，從而產生圖11所示的數據，其中該焊件9將設置在電路板I的外部上的電極4A與設置在半導體封裝件2的外部上的電極5A相連。此處看到的圖11表示電極使用率與連接高度h之間的關係。此處假設電路板I的封裝件安裝區域(或半導體封裝件2)側(即，形成有焊料塊 6和10的區域側)的長度為A，並且插入件3側(即，設置有Cu墊7的區域側)的長度為 B。然後，令插入件3的面積B2與電路板I的封裝件安裝區域的面積A2之比為電極使用率 (百分數)(電極使用率=B2/A2)。因此，在沒有使用插入件3的情況下、在使用以晶格形式布置有垂直IOX水平10個Cu墊7的插入件3 (參見圖9B)的情況下以及在使用以晶格形式布置有垂直16 X水平16個Cu墊7的插入件3 (參見圖9A)的情況下，電極使用率分別為O、約20%以及約52%。圖11表示連接高度h隨著電極使用率變高而增大。即，表示連接高度h隨著插入件3的面積變大(即，插入件3的Cu墊7的數量增加)而增大。如果例如使用以晶格形式布置有垂直16 X水平16個Cu墊7的插入件3 (參見圖 9A)，則可以使得連接高度h比不使用插入件3時高約30%。此處，圖12表示連接高度h與施加於焊料連接部的張力之間的關係。此處，圖12 表示例如對於布置有直徑Φ為約200 μ m的電極的半導體封裝件的倒裝接合，在連接高度改變而要使用的焊料的量保持恆定的情況下的米塞斯(Mises)等效應力的仿真結果。
如果連接高度h從約ΙΟΟμπι到約130μπι增大了約30%，則施加到應力所集中的焊料連接部的點的米塞斯等效應力減輕了約10%，如圖12所示。因此，在使用以晶格形式布置有垂直16 X水平16個Cu墊7的插入件3的情況下， 使連接高度h更高大約30%,以使得可以減輕施加到應力所集中的焊料連接部的點的米塞斯等效應力，並且使得該米塞斯等效應力比在沒有使用插入件3的情況下的米塞斯等效應力低約10%，如上所述。然後，如果施加到焊料連接部的應力被減輕了約10%，則可以參考要用作疲勞壽命預測方程的修正Coffin-Manson (科芬-曼森)方程,估計焊料連接部的壽命比應力減輕之前長約20% -40%。如上所述，為受由熱膨脹差引起的應力影響不大的部分(內部)設置插入件3就足夠，而無需過多地改變用於將半導體封裝件2安裝在電路板I上的處理。因而可以使得受應力影響較大的部分(外部)上的焊料連接部的高度更高，並且可以使得焊料連接部更可靠。順便提及，儘管根據以上實施例假設導電墊7具有比半導體封裝件2的電極5的面積和電路板I的電極4的面積大的面積，但是導電墊7不限於以上。導電墊可具有例如與半導體封裝件(半導體器件)的電極和電路板(布線板)的電極的面積相同的面積。此外，導電墊可具有例如比半導體封裝件(半導體器件)的電極和電路板(布線板)的電極的面積小的面積。因而，仍然可以使得外部上的焊件的高度更高，並且同樣可以使得包括焊件的焊料連接部的高度更高。第二實施例然後，將參照圖13說明第二實施例的電子裝置。該實施例的電子裝置是具有上述第一實施例的安裝結構體20 (即，半導體封裝件 2安裝在電路板I上且插入件3設置在它們之間的安裝結構體20)的電子裝置。電子裝置例如是伺服器或個人計算機。電子裝置具有上述第一實施例的安裝結構體20。電子裝置還具有其它部件，諸如安裝在電路板I上的電源部件30、連接器部件31、 控制器部件32以及存儲器部件33，並且電子裝置包含在設置有冷卻風扇34的殼體結構35 中，如圖13所示。然後，安裝在電路板I上的各個部件2和30-33電連接到電路板I。此外，殼體結構35所設置的冷卻風扇34可以使得半導體封裝件2所設置的散熱片36通風， 其中半導體封裝件2安裝在置於殼體結構35中的電路板I上。由於具有第一實施例的安裝結構體，因此該實施例的電子裝置具有實現更高可靠性(連接可靠性)的優點。其它順便提及，本發明不限於關於上述各個實施例所書寫的構造，而是可以在本發明的範圍內可變地修改。儘管例如根據上述各個實施例說明了半導體封裝件2安裝在電路板I上且插入件 3設置在它們之間的示例性安裝結構體，但是安裝結構體不限於以上。在裸晶片(半導體器件)安裝在封裝基板(布線板)上的安裝結構體中，例如，上述各個實施例的插入件可以設置在裸晶片與封裝基板之間。此外，在裸晶片(半導體器件)安裝在電路板(布線板)上的安裝結構體中，上述各個實施例的插入件可以設置在裸晶片與電路板之間。
此處闡述的所有示例和條件語言都旨在為幫助讀者理解本發明和發明人為促進現有技術所貢獻的構思的教學目的，並且應解釋為不限於這樣具體闡述的示例和條件，並且說明書中的這樣的示例的組織與表明本發明的優勢和劣勢無關。儘管已詳細描述了本發明的實施例，但是應理解，在不背離本發明的精神和範圍的情況下，可以對此進行各種改變、替換和變更。
權利要求
1.一種電子裝置，包括布線板，包括第一電極和第二電極；半導體器件，安裝在所述布線板上並且包括第一端子和第二端子；插入件，設置在所述布線板與所述半導體器件之間，所述插入件包括導電墊和支撐所述導電墊的片，所述導電墊具有在所述布線板側的第一表面以及在所述半導體器件側的第二表面；第一焊料，將位於布置有所述插入件的區域外的所述第一電極與位於所述區域外的所述第一端子相連；第二焊料，將位於所述區域內的所述第二電極與所述導電墊的所述第一表面相連；以及第三焊料，將位於所述區域內的所述第二端子與所述導電墊的所述第二表面相連。
2.根據權利要求I所述的電子裝置，其中，所述片由絕緣材料形成。
3.根據權利要求I所述的電子裝置，其中，所述片由樹脂和陶瓷中的一種形成。
4.根據權利要求I所述的電子裝置，其中，所述導電墊由金屬形成。
5.根據權利要求I所述的電子裝置，其中，所述導電墊具有比所述第一電極、所述第二電極、所述第一端子以及所述第二端子中的每一個的面積小的面積。
6.根據權利要求I所述的電子裝置，其中，所述半導體器件是半導體封裝件。
7.一種要設置在布線板與半導體器件之間的插入件，所述插入件包括以晶格形式布置的多個導電墊，每個所述導電墊具有第一表面和與所述第一表面相對的第二表面，所述第一表面和所述第二表面均被暴露；以及支撐所述導電墊的片。
8.根據權利要求7所述的插入件，其中，所述片由絕緣材料形成。
9.根據權利要求7所述的插入件，其中，所述片由樹脂和陶瓷中的一種形成。
10.根據權利要求7所述的插入件，其中，所述片包括樹脂片；以及形成在所述樹脂片上的阻焊層。
11.根據權利要求7所述的插入件，其中，每個所述導電墊均由金屬形成。
12.一種製造電子裝置的方法，所述方法包括將插入件布置在布線板上，以使得由所述插入件的片支撐的導電墊的第一表面與所述布線板的第一電極上的第一焊料接觸；將所述半導體器件布置在所述布線板上，以使得所述導電墊的第二表面與所述半導體器件的第一端子上的第二焊料接觸，並且使得所述布線板的第二電極上的第三焊料與所述半導體器件的第二端子上的第四焊料相對，所述第二電極位於布置有所述插入件的區域外，並且所述第二端子位於所述區域外；以及熔化所述第一焊料、所述第二焊料、所述第三焊料以及所述第四焊料，以將所述第一電極與所述導電墊的所述第一表面相連、將所述第一端子與所述導電墊的所述第二表面相連並且將所述第二電極與所述第二端子相連。
全文摘要
本發明公開了電子裝置、插入件以及製造電子裝置的方法，該電子裝置包括布線板，包括第一電極和第二電極；半導體器件，安裝在布線板上並且包括第一端子和第二端子；插入件，設置在布線板與半導體器件之間，該插入件包括導電墊和支撐導電墊的片，該導電墊具有在布線板側的第一表面以及在半導體器件側的第二表面；第一焊料，將位於布置有插入件的區域外的第一電極與位於該區域外的第一端子相連；第二焊料，將位於區域內的第二電極與導電墊的第一表面相連；以及第三焊料，將位於區域內的第二端子與導電墊的第二表面相連。
文檔編號H05K1/18GK102595770SQ20111043974
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月23日 優先權日2011年1月11日
發明者中西輝, 林信幸, 森田將, 米田泰博 申請人:富士通株式會社