用於維持在引腳位置中的精確性的引腳焊料的封閉的製作方法

2023-11-03 10:11:12

專利名稱：用於維持在引腳位置中的精確性的引腳焊料的封閉的製作方法
技術領域：
本發明總的涉及微電子電路，更具體的，本發明涉及微電子電路的封裝。
背景技術：
在很多引腳網格陣列(PGA)的封裝過程中，在安裝相應的電路小片以前，引腳接附到封裝基底。在接下來的電路小片接附過程中，如果相關的處理溫度太高，將引腳連接到基底的焊料會熔化。如果引腳焊料熔化，引腳會擺動，且移出插口插入所要求的位置範圍。為了防止引腳焊料熔化，在電路小片接附期間，傳統使用較低溫度的焊料，使得不超過引腳焊料的熔化溫度。然而，在電路小片封裝過程中，使用較高熔化溫度的焊料(例如，無鉛焊料)變得更加普遍。這樣的焊料的使用使得在微電子電路封裝期間避免引腳焊料熔化愈來愈困難。


圖1、2、3、4和5是示出了根據本發明的實施例的用於將引腳接附到微電子封裝基底的方法的一系列簡化的截面側視圖；圖6、7、8、9和10是示出了根據本發明的另一個實施例的用於將引腳接附到微電子封裝基底的方法的一系列簡化的截面側視圖；以及圖11和12示出了根據本發明可以使用的電路小片接附技術。
具體實施例方式
在接下來的詳細描述中，參考附圖，這些附圖通過示例性的方式示出了可以實踐本發明的具體的實施例。充分詳細地描述了這些實施例，以使得本領域中的普通技術人員可以實踐本發明。應該理解，儘管本發明的各種實施例是不同的，但是沒有必要相互排斥。例如，這裡結合一個實施例描述的一種具體的特徵、結構或者特性可以在不偏離本發明的精神和範圍的情況下在其它實施例中實現。此外，應該理解，在每個公開的實施例中的單個元件的位置和安排可以在不偏離本發明的精神和範圍的情況下進行修改。因此，接下來的詳細描述不是限制性的，且本發明的範圍只由後附的權利要求書，適當地解釋，連同權利要求書授權的等價物的全部範圍來限定。在附圖中，相同的數字表示遍及幾個視圖的相同的或者類似的功能性。
本發明涉及在例如電路小片接附過程期間，當引腳焊料熔化時，可以用來限制微電子封裝的引腳移動的方法和結構。使用固體材料來圍繞與引腳相關的焊點，使得即使當焊料熔化時也可以約束引腳的移動。這樣，在整個封裝過程中，引腳都保持在插口插入所要求的位置範圍。本發明原理可以結合很多種類的在封裝上利用引腳來提供與外部電路電連接的微電子器件(例如，使用PGA的器件)來使用。本發明的原理對於在電路小片接附期間使用高溫(例如，無鉛)焊料的封裝過程中的使用尤其有利。
圖1-5是示出了根據本發明的實施例的用於將引腳接附到封裝基底的方法的一系列簡化的截面側視圖。參考圖1，基底10設置為具有設置在其表面上的引腳接附接觸盤12。如圖2所示，聚合物材料14(例如，封閉材料)沉積在基底10的接觸盤12上。在至少一個實施例中，聚合物材料14在基底10上絲網印刷。可以選擇多種其它沉積技術中的任何一種來沉積聚合物材料14，包括例如噴塗、液態分配和薄膜層壓。如圖2所示，在一種方法中，分開的聚合物材料14部分應用到基底10上的每個單個的接觸盤12。在另一種方法中，聚合物材料14以預定的組應用到接觸盤12。在還有一種方法中，使用單層聚合物材料14來覆蓋基底10上的所有接觸盤12。如要理解的，本發明不限於聚合物材料14的應用模式。儘管沒有示出，可以在聚合物材料14中的所期望的引腳位置中設置開口或者凹陷。
在聚合物材料14已經沉積以後，焊料球16(或者類似形式的焊料元件)放置在聚合物材料14的相應於所期望的引腳位置的位置中，如圖3所示。在一種方法中，使用機械裝置(例如，夾具)將焊料球16物理壓入聚合物材料14。在另一種方法中，熔化的焊料滴到聚合物材料1 4的所期望的位置上。如果在聚合物材料14中設置了開口或者凹陷，那麼焊料球16可以沉積到開口或者凹陷中。在一種優選的技術中，所有的焊料球16同時應用。
在焊料球16處於合適的位置以後，接附引腳18。如圖4所示，在一個實施例中，引腳18裝載到夾具20中，其以固定的相互關係保持引腳18。應該理解，根據本發明也可以單個地放置引腳18(即，不使用夾具放置)。夾具20放置在基底10之上，且與基底10對準，使得引腳18與相應的接觸盤12對準。組件加熱到合適的溫度(通常是高於引腳焊料的熔化溫度的一個固定的量)，且在基底10的方向上將力22施加到夾具20。在一種方法中，所使用的所有的力就是重力。在另一種方法中，施加額外的外部力到夾具20，以確保與每個引腳18相關的焊料浸漬相應的接觸盤12，而不是簡單地在聚合物材料14中漂浮。儘管沒有顯示，可以使用引導件來防止當夾具20朝著基底10移動時的側向移動。在引腳18接觸相應的的接觸盤12以後，允許冷卻該組件，其間，聚合物材料14固化。在進行了充分冷卻以後，夾具20移開，結果產生了如圖5所示的組件。如圖5中所示，每個引腳18在相應的焊點24處連接到接觸盤12。重要的，聚合物材料14已經以這樣的方式圍繞焊點24固化，即，其將約束相關的引腳18在接下來的處理期間的引腳焊料熔化產生的移動。
在上述過程中使用的聚合物材料14應該是這樣一種材料，即，當施加壓力時，允許引腳18和其相關的焊料穿透材料14，如圖4所示。聚合物材料14還應該是這樣一種材料，即，一旦固化，即使它隨後遇到相對高的溫度也能維持其形狀和結構完整性。在至少一個實施例中，使用的聚合物材料14還具有助熔能力，以有利於形成焊點24。如要理解的，使用具有助熔能力的聚合物材料14可以不需要在引腳接附過程期間應用單獨的助熔劑，這樣減小了相關的處理成本。在一種方法中，任何許多市場上可以買到的「不流動」材料可以用作聚合物材料14。這些材料可以包括，例如，Cookson 2071E、Questech EF71或者LF-8、高級聚合物溶液(APS)UFR 1.0到1.5、Kester SolderSE-CURE9101、EmersonCuming RTP-100-1、Sumotomo CRP 4700，以及Loctite FF2000和FF2200。
圖6-10是示出了根據本發明的另一個實施例的用於將引腳接附到封裝基底的方法的一系列簡化的截面側視圖。參考圖6，基底30設置為具有設置在其表面上的引腳接附接觸盤32。焊料隆起34(或者類似的焊料結構)沉積在接觸盤32上，如圖7所示(或者，焊料可以應用到引腳36的接觸表面，或者應用到引腳36和接觸盤32兩者)。參考圖8，引腳36裝載到夾具38中，夾具38放置在基底30之上，且與基底30對準(也可以單個的放置引腳)。然後，組件加熱到合適的溫度，且在基底30的方向上將力40施加到夾具38。和前面一樣，該力可以是重力或者外部施加的力。然後，允許冷卻該組件，且夾具38移開，導致如圖9所示的結構。如圖9中所示，每個引腳36在相應的焊點42處可導電地連接到接觸盤32。如圖10所示，接下來封閉材料44以掩蓋與每個引腳36相關的焊點42的方式應用到組件。然後，在進行隨後的處理步驟之前，允許封閉材料44固化到硬化的狀態。類似於前面的實施例，該硬化的封閉材料44將約束在隨後處理期間引腳36的相關的引腳焊料熔化產生的移動。
在上述過程中，可以使用任何寬範圍的封閉材料44。在一種方法中，例如，任何通常在微電子組件中用作底層填料的材料可以用作封閉材料44。這可以包括，例如，環氧材料、聚醯亞胺材料(例如SPARK)、Dow Chemical BCB(例如，Cyclotene)、Dexter CNB868-10以及SEC 5230JP或者5114。在另一種方法中，一種注模化合物用作封閉材料44。如圖10所示，在至少一個實施例中，封閉材料44選擇性地應用到單個引腳36的焊點。這可以通過使用例如液態分配過程來沉積封閉材料44來實現。可以選擇性地使用許多其它沉積技術來沉積封閉材料44，包括例如注模、噴塗、薄膜塗覆等。在另一種方法中，使用單層封閉材料44來掩蓋基底30上的所有引腳36的焊點42。其它技術也是可能的。
在微電子封裝的引腳已經接附到封裝基底以後，微電子電路小片可以接附到基底。通常，引腳由封裝的賣主來接附，而電路小片由微電子器件製造商來接附。其它情況也是可能的。圖11和12示出了根據本發明可以使用的一種可能的電路小片接附過程。應該理解，可以選擇性地使用許多其它電路小片接附技術。如圖11所示，基底50設置為已經有引腳52接附到其第一表面。基底50還具有許多設置在其第二表面上的電路小片接附接觸盤54。微電子電路小片56設置為在其表面上包括許多盤58。在電路小片56上的盤58可以包括，例如，接附到電路小片56上的下面結合盤的焊料隆起。在本發明的至少一個實施例中，使用高熔化溫度的無鉛焊料來將電路小片56連接到基底50。如圖11所示，電路小片56定位在基底50之上，且與基底50對準。部件的溫度增加到合適的水平(通常是高於電路小片焊料的熔化溫度的一個固定的量)，且電路小片56與基底50接觸，使得在電路小片56上的盤58連接到基底50上的相應的接觸盤54。然後允許冷卻組件。如圖12所示，底層填料60可以注入電路小片的互相連接的區域中，以為組件提供額外的結構剛度。
儘管圖1-12示出了本發明的各種視圖和實施例，但是這些圖並不意味著以精確的細節來描繪微電子組件。例如，這些圖通常不是按比例的。相反，這些圖以相信可以更清楚地表達本發明的概念的方式來示出微電子組件。
儘管結合某些實施例來描述了本發明，但是應該理解，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下可以進行改進和變化，如本領域中的普通技術人員容易理解的。這樣的改進和變化被認為是在本發明和後附的權利要求書的權限和範圍內。
權利要求
1.一種用於組裝微電子電路封裝的方法，其包括提供封裝基底；應用聚合物材料到所述封裝基底的表面；通過焊料重熔來將引腳通過所述聚合物材料接附到所述封裝基底；以及允許所述聚合物材料圍繞與所述引腳相關的焊點固化。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於接附引腳包括將焊料元件放置在聚合物材料的所期望的引腳位置中。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於所述焊料元件包括焊料球。
4.如權利要求2所述的方法，其特徵在於接附引腳包括將引腳在焊料元件的位置處朝著所述封裝基底按壓。
5.如權利要求2所述的方法，其特徵在於接附引腳包括使用夾具將多個引腳在焊料元件的位置處朝著所述封裝基底按壓。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於應用聚合物材料包括將所述材料在所述表面上絲網印刷。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於將引腳接附到所述封裝基底包括在等於或者超過引腳焊料的熔化溫度的溫度下將所述引腳放置在夾具中，且施加壓力到所述夾具，使得引腳被按壓通過該聚合物材料。
8.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述聚合物材料包括不流動的材料。
9.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述聚合物材料具有助熔能力。
10.一種在微電子器件封裝的製作期間使用的方法，其包括提供在其表面上具有多個接觸盤的封裝基底；通過焊料重熔來將引腳接附到所述多個接觸盤；以及圍繞與所述引腳相關的焊點應用封閉材料，所述封閉材料用來在隨後的高溫處理期間維持所述引腳在所述封裝基底上的位置。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於接附引腳包括將所述引腳放置在夾具中；將焊料應用到以下中的至少一個所述引腳和所述接觸盤；使所述夾具與所述封裝基底對準；以及在等於或者超過所述焊料的熔化溫度的溫度下施加壓力到所述夾具。
12.如權利要求10所述的方法，其特徵在於應用封閉材料包括應用不流動的材料。
13.如權利要求10所述的方法，其特徵在於所述封閉材料包括以下中的至少一種環氧基材料和聚醯亞胺基材料。
14.一種用於微電子電路封裝中的基底，其包括在所述基底的第一表面上的多個引腳接觸盤；焊接到在所述基底的所述第一表面上的引腳接觸盤的多個引腳；以及圍繞與所述多個引腳相關的焊點的封閉材料，當所述基底經歷高溫時，所述封閉材料防止引腳移動。
15.如權利要求14所述的基底，其特徵在於所述封閉材料包括聚合物材料。
16.如權利要求14所述的基底，其特徵在於所述封閉材料包括不流動的材料。
17.如權利要求14所述的基底，其特徵在於所述封閉材料包括以下中的至少一種環氧基材料和聚醯亞胺基材料。
18.一種微電子器件包括在其第一表面上具有引腳接觸盤的封裝基底；焊接到在所述封裝基底的所述第一表面上的所述引腳接觸盤的多個引腳；圍繞與所述多個引腳相關的焊點的封閉材料，當所述微電子器件經歷高溫時，所述封閉材料防止引腳移動；以及連接到所述封裝基底微電子電路小片，所述微電子電路小片具有通過所述封裝基底可導電地連接到所述引腳的結合盤。
19.如權利要求18所述的微電子器件，其特徵在於所述微電子器件使用具有相對高的熔化溫度的無鉛焊料來連接到所述封裝基底。
20.如權利要求18所述的微電子器件，其特徵在於所述封閉材料包括聚合物材料。
21.如權利要求18所述的微電子器件，其特徵在於所述封閉材料包括不流動的材料。
22.如權利要求18所述的微電子器件，其特徵在於所述封閉材料包括以下中的至少一種環氧基材料和聚醯亞胺基材料。
全文摘要
將引腳(18)連接到微電子封裝基底(10)的焊點(24)被封閉材料(14)掩蓋。這樣，即使引腳焊料隨後熔化了，也可以限制引腳的移動。
文檔編號H01L21/48GK1572023SQ02819054
公開日2005年1月26日 申請日期2002年9月26日 優先權日2001年9月27日
發明者M·J·貝裡 申請人:英特爾公司