專利名稱：具有用于將封裝件襯底接合到印刷電路板的復(fù)合電子觸點(diǎn)的電子組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種其類型是具有被接合到印刷電路板上的半導(dǎo)體封裝件襯底的電子組件。
背景技術(shù)：
在其中形成有集成電路的半導(dǎo)體管芯經(jīng)常被安裝在封裝件襯底上。集成電路通過(guò)封裝件襯底上表面上的接觸焊盤和封裝件襯底中的金屬線路被電連接到封裝件襯底下表面上的接觸焊盤。各個(gè)焊球被接合到封裝件襯底下表面上的相應(yīng)的接觸焊盤上。焊球被放置在水平面中的陣列內(nèi)。
隨后焊球被放置在印刷電路板上表面上的接觸端子上。然后焊球被加熱到其熔化溫度以上，使得它們回流到印刷電路板上的接觸端子上。隨后對(duì)焊球進(jìn)行冷卻并使其凝固，從而將它們固定到接觸端子上。
當(dāng)焊球回流時(shí)，封裝件襯底通常會(huì)朝向印刷電路板塌陷。過(guò)去不需要最小化這種塌陷，因?yàn)樗莶⒉恢苯拥赜绊懹∷㈦娐钒搴头庋b件襯底之間的結(jié)構(gòu)或電的配合。


參照附圖，通過(guò)示例來(lái)描述本發(fā)明，其中圖1是圖示了根據(jù)本發(fā)明的原理被裝配的電子組件的側(cè)視圖；圖2是圖示了在接合到封裝件襯底上的接觸焊盤之前被放置在裝配架上的電子觸點(diǎn)的側(cè)視圖；圖3是在使電子觸點(diǎn)與接觸焊盤開始接觸，并且部分組件被翻轉(zhuǎn)使得電子觸點(diǎn)位于頂部之后的類似圖2的視圖；圖4是在加熱、冷卻并去除焊劑之后的類似圖3的視圖；圖5是在圖4的組件被翻轉(zhuǎn)使得電子觸點(diǎn)位于底部，并隨后被放置在底板組件的接觸端子上之后的類似圖4的視圖；圖6是圖示了圖5的電子組件在被加熱并冷卻，以將電子觸點(diǎn)的接合層與接觸端子接合之后，電子觸點(diǎn)的球狀核用作控制封裝件襯底朝向底板組件移動(dòng)的支座時(shí)的類似圖5的視圖。
具體實(shí)施例方式
附圖中的圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的原理構(gòu)建的電子組件10。現(xiàn)在參照?qǐng)D2到圖6對(duì)電子組件10的構(gòu)建方式作進(jìn)一步的描述。
圖2示出了連同觸點(diǎn)固定裝配架14的部分被構(gòu)建的半導(dǎo)體組件12的元件。半導(dǎo)體組件12包括襯底子組件16、半導(dǎo)體管芯子組件18和電子觸點(diǎn)20。
襯底子組件16包括封裝件襯底22以及在封裝件襯底22下表面上的多個(gè)接觸焊盤24。封裝件襯底22是多層襯底，包括交替的電介質(zhì)和金屬線路(未示出)。接觸焊盤24由金屬制成，并被電連接到金屬線路。更多的接觸焊盤(未示出)形成在封裝件襯底22的上表面上。封裝件襯底22上表面上的接觸焊盤也與金屬線路電連接，并通過(guò)金屬線路與接觸焊盤24電連接。
半導(dǎo)體管芯子組件18包括半導(dǎo)體管芯26和多個(gè)電連接物28。管芯26在其下表面內(nèi)形成有集成電路(未示出)，電連接物28形成在集成電路下表面上的端子上(未示出)。電連接物28被放置于在封裝件襯底22上表面上的接觸焊盤的上表面上，隨后在熱回流工藝過(guò)程中被焊接到接觸焊盤上。管芯26因而通過(guò)電連接物28而在結(jié)構(gòu)上被固定到封裝件襯底22上。接觸焊盤24也通過(guò)封裝件襯底22中的金屬線路以及電連接物28而與管芯26的集成電路電連接。
每個(gè)電子觸點(diǎn)20具有球狀核32和完全包圍球狀核32的接合層34，即接合層34均勻地位于球狀核32的全部表面上。在優(yōu)選的實(shí)施例中，球狀核32由純銅制成，直徑約為0.7mm。在優(yōu)選的實(shí)施例中，接合層34由純的錫銀共晶體制成，含有按重量計(jì)的3.5％的銀，并且厚度約為0.025mm。這種電子觸點(diǎn)可以從日本大阪的Sumitomo Special Metals有限公司獲得。
在裝配架14的上表面中形成有凹坑36。凹坑36與接觸焊盤24相對(duì)準(zhǔn)，并且各個(gè)電子觸點(diǎn)20位于相應(yīng)的凹坑36內(nèi)。從而，每個(gè)電子觸點(diǎn)20直接在相應(yīng)的接觸焊盤24下方被對(duì)準(zhǔn)。
接觸焊盤24的下表面選擇性地用焊劑38進(jìn)行模版印刷。隨后，將裝配架14沿方向40垂直向上移動(dòng)。電子觸點(diǎn)20與裝配架14一起沿方向40移動(dòng)，并滲入焊劑38。
在電子觸點(diǎn)20和接觸焊盤24被帶到一起之后，將整個(gè)組件翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，這樣使得裝配架14位于頂部。裝配架14然后被提起，將電子觸點(diǎn)20留在接觸焊盤24上。圖3示出了裝配架14被提起之后的半導(dǎo)體組件12。焊劑38的粘性防止了電子觸點(diǎn)20滾離接觸焊盤24。
圖4示出了在被加熱并隨后被冷卻之后，并且焊劑38被去除之后的圖3的半導(dǎo)體組件12。半導(dǎo)體組件12被加熱至約230℃的溫度。層34的材料在約227℃熔化。層34浸潤(rùn)接觸焊盤24。由熔化溫度為1083℃的銅制成的球狀核32不會(huì)熔化。隨后半導(dǎo)體組件12被冷卻至層34的材料的熔化溫度以下，從而將層34接合到接觸焊盤24上。
如圖5所示，半導(dǎo)體組件12隨后被翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，使得電子觸點(diǎn)20位于底部并被放置在底板組件42上。底板組件42包括印刷電路板44和形成在印刷電路板44上表面上的接觸端子46。焊劑47被模版印刷在每個(gè)接觸端子46上。每個(gè)層34的下部分滲入焊劑47，并放置在相應(yīng)的接觸端子46上。
然后再次將圖5的被部分制造的電子組件48加熱至約230℃，再冷卻到室溫。圖6示出了被加熱并冷卻之后的電子組件48。230℃的溫度再次使層34的材料熔化，這樣使得它們潤(rùn)濕接觸端子46。
層34的熔化還造成封裝件襯底22和管芯26在方向50上朝向印刷電路板44稍許移動(dòng)或“塌陷”。球狀核32不會(huì)在230℃的溫度下熔化。因而，球狀核32在整個(gè)回流工藝過(guò)程中保持其球狀形狀，并且直到各個(gè)球狀核32接觸接觸焊盤24和其相對(duì)側(cè)的接觸端子46時(shí)，用作限制方向50中的移動(dòng)的支座。球狀核32禁止了封裝件襯底22在方向50上朝向印刷電路板44的進(jìn)一步移動(dòng)。這樣，在相對(duì)的接觸焊盤24和接觸端子46之間的余留距離被球狀核32的直徑限制。隨后，冷卻電子組件48，使得接合層34凝固，從而使它們與接觸端子46和接觸焊盤24固定。
各個(gè)接觸端子46通過(guò)相應(yīng)的層34而被固定到相應(yīng)的接觸焊盤24。接觸端子46還通過(guò)接合層34和球狀核32兩者而被電連接到接觸焊盤24。
再次參照?qǐng)D1，電容器52被接合到封裝件襯底22的下表面。電容器52完全被電子觸點(diǎn)20所包圍。每個(gè)電容器52具有下表面，所述下表面與封裝件襯底22頂部的下表面以一定距離隔開，該距離小于封裝件襯底22的下表面與印刷電路板44的上表面之間的間隔。這樣，在每個(gè)電容器52的下表面與印刷電路板44的上表面之間界定有間隙54。通過(guò)球狀核32，防止了電容器52和印刷電路板44之間的接觸。
球狀核32的直徑主要取決于電容器52的高度。在其他實(shí)施例中，球狀核32的直徑可以在0.5mm與0.8mm之間。在其他實(shí)施例中，接合層34的厚度可以在0.015mm與0.035mm之間。
在另一實(shí)施例中，含有按重量計(jì)的0.7％的銅的錫銅共晶體可以被用來(lái)代替層34的錫銀共晶體。但是，錫銅共晶體的熔化溫度為232℃，稍高于錫銀共晶體的熔化溫度。因而，錫銀共晶體比錫銅共晶體更為優(yōu)選。
另一種可被用來(lái)代替層34的錫銀共晶體的共晶體是含有按重量計(jì)的37％的鉛的錫鉛共晶體。這種錫鉛共晶體具有相對(duì)低的熔化溫度，約為183℃。這種共晶體的缺點(diǎn)在于其含有對(duì)環(huán)境不利的鉛?；蛘?，也可以使用純錫用作接合層，但是純錫具有相對(duì)高的熔化溫度。
代替銅，球狀核32還可以由銀制成。鍍銀球可從日本櫪木的SejuMetal Industry有限公司獲得。但是，與銅相比較，銀有毒并且昂貴。(層34的共晶體中含有少量銀是無(wú)關(guān)緊要的。)球狀核32或者可以由聚合物制成。聚合物球可從日本大阪的SekisuiChemical有限公司獲得。在聚合物球的情況下，接合層34將提供接觸焊盤24和接觸端子46之間的全部電連接。
鋁或青銅也可用來(lái)代替銅用作球狀核，但是在鋁或青銅上形成接合層可能較困難。
在所有其他的實(shí)施例中，核和接合層的熔化溫度優(yōu)選地至少相差30℃。
在所述的實(shí)施例中，裝配架用來(lái)放置圖2中所示的觸點(diǎn)20，然后組件被翻轉(zhuǎn)，如圖3所示。另一實(shí)施例可以在頂部使用真空夾盤，通過(guò)背面的真空密封來(lái)固定觸點(diǎn)。然后可以將觸點(diǎn)浸在焊劑中。真空夾盤接著將觸點(diǎn)移至與下面的封裝件襯底相接觸。
雖然已經(jīng)在附圖中示出并描述了某些示例性實(shí)施例，但應(yīng)該理解，這些實(shí)施例僅是示意性的，并非限制本發(fā)明，因?yàn)楸绢I(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以想到對(duì)所示出和所描述的具體結(jié)構(gòu)和布置的更改，所以本發(fā)明并不限于所示出和所描述的具體結(jié)構(gòu)和布置。
權(quán)利要求
1.一種電子組件，包括底板；在所述底板上表面上的多個(gè)接觸端子；含有集成電路的電子器件；在所述電子器件下表面上的多個(gè)接觸焊盤，所述接觸焊盤的每個(gè)被電連接到所述集成電路；多個(gè)支座部件，所述支座部件的每個(gè)被接合到相應(yīng)的接觸焊盤的下表面；和多個(gè)接合層，所述接合層的每個(gè)被放置在相應(yīng)的支座部件上，具有比所述相應(yīng)的支座部件的熔化溫度低的熔化溫度，并且被焊接到相應(yīng)的接觸端子的相應(yīng)的上表面上。
2.如權(quán)利要求1所述的電子組件，還包括被安裝到所述電子器件下表面上的電子元件，所述電子元件具有與所述底板上表面隔開的下表面。
3.如權(quán)利要求2所述的電子組件，其中所述電子元件被放置在所述支座部件之間。
4.如權(quán)利要求2所述的電子組件，其中所述電子元件是電容器。
5.如權(quán)利要求1所述的電子組件，其中所述各個(gè)接合層的熔化溫度比所述相應(yīng)的支座部件的熔化溫度低至少30℃。
6.如權(quán)利要求1所述的電子組件，其中所述各個(gè)接合層的熔化溫度在232℃以下。
7.如權(quán)利要求1所述的電子組件，其中所述各個(gè)接合層是從由純錫、錫銀共晶體和錫銅共晶體組成的一個(gè)組中所選擇的。
8.如權(quán)利要求7所述的電子組件，其中所述共晶體是錫銀共晶體。
9.如權(quán)利要求1所述的電子組件，其中所述各個(gè)接合層不含鉛。
10.如權(quán)利要求1所述的電子組件，其中所述各個(gè)支座部件不含鉛。
11.如權(quán)利要求1所述的電子組件，其中所述各個(gè)支座部件大致為球狀，并且所述各個(gè)接合層大致包圍所述相應(yīng)的支座部件。
12.如權(quán)利要求11所述的電子組件，其中各個(gè)接合層中的每個(gè)被焊接到相應(yīng)的接觸焊盤上。
13.如權(quán)利要求11所述的電子組件，其中所述各個(gè)支座部件的直徑在0.5mm與0.8mm之間。
14.如權(quán)利要求13所述的電子組件，其中所述各個(gè)接合層的厚度在0.015mm與0.035mm之間。
15.如權(quán)利要求11所述的電子組件，其中所述各個(gè)支座部件包括從由鋁、青銅、聚合物、銀和銅組成的一個(gè)組中所選擇的材料。
16.如權(quán)利要求15所述的電子組件，其中所述各個(gè)支座部件由基本上純的銅制成。
17.如權(quán)利要求1所述的電子組件，其中所述電子器件包括封裝件襯底，所述集成電路被安裝到所述封裝件襯底的上表面。
18.一種電子組件，包括底板；在所述底板上表面上的多個(gè)接觸端子；封裝件襯底；被安裝在所述封裝件襯底上表面上的集成電路；在所述封裝件襯底下表面上的多個(gè)接觸焊盤，所述接觸焊盤的每個(gè)通過(guò)所述封裝件襯底被電連接到所述集成電路；多個(gè)大致為球狀的支座部件；和多個(gè)接合層，所述接合層的每個(gè)被放置在相應(yīng)的支座部件的周圍，具有比所述相應(yīng)的支座部件低的熔化溫度，具有被焊接到相應(yīng)的接觸焊盤上的上部，并且具有被焊接到相應(yīng)的接觸端子的下部。
19.如權(quán)利要求18所述的電子組件，其中所述各個(gè)接合層的熔化溫度比所述相應(yīng)的支座部件的熔化溫度低至少30℃。
20.如權(quán)利要求19所述的電子組件，其中所述各個(gè)支座部件包括從由鋁、青銅、聚合物、銀和銅組成的一個(gè)組中所選擇的材料。
21.如權(quán)利要求20所述的電子組件，其中所述各個(gè)接合層是從由純錫、錫銀共晶體和錫銅共晶體組成的一個(gè)組中所選擇的。
22.一種裝配電子組件的方法，包括將多個(gè)支座部件接合到電子器件的各個(gè)接觸焊盤上，每個(gè)支座部件具有接合層，所述接合層的至少一部分在所述支座部件與所述電子器件相對(duì)的一側(cè)上，所述接合層通過(guò)所述接觸焊盤被電連接到所述電子器件的集成電路，并且具有比所述支座部件的熔化溫度低的熔化溫度。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述接合層的一部分被靠住所述接觸焊盤放置、被加熱并使得被冷卻，以將所述接合層和所述支座部件接合到所述接觸焊盤。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，還包括將所述接合層的所述部分靠著底板上的接觸端子放置；加熱所述部分；以及使得所述部分冷卻，以將所述部分接合到所述接觸端子。
全文摘要
一種電子觸點(diǎn)被提供用于將半導(dǎo)體封裝件襯底接合到印刷電路板上，所述電子觸點(diǎn)包括球狀核和所述核上的接合層。球狀核由高熔化溫度的銅制成，接合層由低熔化溫度的共晶體制成。接合層在回流工藝過(guò)程中熔化。球狀核不熔化，因而控制了封裝件襯底朝向印刷電路板的移動(dòng)或“塌陷”。
文檔編號(hào)H01L23/48GK1729731SQ03802886
公開日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2003年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月4日
發(fā)明者愛德華·N·馬丁, 拉里·比格斯 申請(qǐng)人:英特爾公司