焊料連接結(jié)構(gòu)、其制造方法、表面安裝結(jié)構(gòu)和安裝方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)、其制造方法以及表面安裝結(jié)構(gòu)和表面安裝方法。所述針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)，包括：半導(dǎo)體器件；多個(gè)針狀焊料，以陣列形式設(shè)置在半導(dǎo)體器件下方，并通過(guò)半導(dǎo)體器件底部的陣列焊盤(pán)連接到半導(dǎo)體器件的內(nèi)部電路。因此，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)更緊湊的半導(dǎo)體器件連接。
【專(zhuān)利說(shuō)明】焊料連接結(jié)構(gòu)、其制造方法、表面安裝結(jié)構(gòu)和安裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)、其制造方法以及表面安裝結(jié)構(gòu)和表面安裝方法，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種能夠減小間距從而實(shí)現(xiàn)更緊湊結(jié)構(gòu)的針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)、其制造方法以及表面安裝結(jié)構(gòu)和表面安裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于SMT (表面貼裝技術(shù))具有可靠性高、抗震能力強(qiáng)、焊點(diǎn)缺陷率低等優(yōu)點(diǎn)，因此SMT是目前電子組裝行業(yè)里最流行的一種技術(shù)和工藝。其主要步驟包括:錫膏(焊料)印刷，將錫膏漏印到PCB的焊盤(pán)上，為元器件的焊接做準(zhǔn)備；零件貼裝，將表面組裝元器件準(zhǔn)確安裝到PCB的固定位置上；回流焊接，將焊料熔化，使表面組裝元器件與PCB板牢固焊接在一起。
[0003]圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中的SMT技術(shù)的結(jié)構(gòu)的示意圖。在圖1中，將BGA器件110安裝在基板120上，并且在BGA器件110與基板120之間設(shè)置多個(gè)焊球130，然后，通過(guò)回流焊接使焊球熔化，從而將BGA器件110焊接到基板120。
[0004]然而，在現(xiàn)有技術(shù)的焊接結(jié)構(gòu)中，由于必須使用焊膏并且焊球130占據(jù)較大的體積，因此難以減小間距，并且難以實(shí)現(xiàn)更緊湊的連接結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一方面提供了一種針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)，包括:半導(dǎo)體器件；多個(gè)針狀焊料，以陣列形式設(shè)置在半導(dǎo)體器件下方，并通過(guò)半導(dǎo)體器件底部的陣列焊盤(pán)連接到半導(dǎo)體器件的內(nèi)部電路。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述多個(gè)針狀焊料中的每個(gè)可具有圓柱形、方柱形、梯形柱形、圓錐形中的至少一種。
[0007]本發(fā)明的另一方面提供了一種針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)的制造方法，所述方法包括下述步驟:在模具中形成多個(gè)針狀孔；將焊料填充到所述多個(gè)針狀孔中以形成針狀焊料；將半導(dǎo)體器件設(shè)置在模具上，使得填充到所述多個(gè)針狀孔中的針狀焊料分別連接到半導(dǎo)體器件底部的陣列焊盤(pán)；使連接有針狀焊料的半導(dǎo)體器件與模具彼此分開(kāi)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一方面，模具可為陶瓷模具。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一方面，可以利用刮板印刷來(lái)將焊料填充到所述多個(gè)針狀孔中。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一方面，可以利用Sn/Pb、SAC305、SAC105、SnBi中的至少一種來(lái)使針狀焊料與半導(dǎo)體器件的陣列焊盤(pán)連接。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述針狀孔可具有圓柱形、方柱形、梯形柱形、圓錐形中的至少一種。
[0012]本發(fā)明的另一方面提供了一種表面安裝結(jié)構(gòu)，所述表面安裝結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體器件；多個(gè)針狀焊料，以陣列形式設(shè)置在半導(dǎo)體器件下方，并通過(guò)半導(dǎo)體器件底部的陣列焊盤(pán)連接到半導(dǎo)體器件的內(nèi)部電路；基板，所述基板上包括與所述多個(gè)針狀焊料對(duì)應(yīng)的多個(gè)凹陷焊盤(pán)，其中，所述多個(gè)針狀焊料插入到所述多個(gè)凹陷焊盤(pán)中并且連接到所述多個(gè)凹陷焊盤(pán)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一方面，所述多個(gè)針狀焊料中的每個(gè)可以具有圓柱形、方柱形、梯形柱形、圓錐形中的至少一種。
[0014]本發(fā)明的另一方面提供了一種表面安裝方法，所述表面安裝方法包括下述步驟:將根據(jù)本發(fā)明的各方面的針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)的針狀陣腳插入到設(shè)置在基板上的與所述多個(gè)針狀焊料對(duì)應(yīng)的多個(gè)凹陷焊盤(pán)中；通過(guò)回流使所述多個(gè)針狀焊料與所述多個(gè)凹陷焊盤(pán)連接。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]通過(guò)下面結(jié)合附圖進(jìn)行的對(duì)實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述和/或其他目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚，其中:
[0016]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的安裝在基板上的BGA器件的示意圖；
[0017]圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0018]圖3A至圖3D是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)的制造方法的示意性流程圖；
[0019]圖4是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的表面安裝結(jié)構(gòu)的示意圖；
[0020]圖5A至圖5C是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的表面安裝方法的示意性流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。提供這些附圖僅僅是出于說(shuō)明性的目的，而不是為了限制本發(fā)明。相反，提供這些附圖和實(shí)施例使得本公開(kāi)將是徹底的和完整的，并將把本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。
[0022]圖2是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)的示意圖。參照?qǐng)D2，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體器件210 ;多個(gè)針狀焊料220，以陣列形式設(shè)置在半導(dǎo)體器件下方，并通過(guò)半導(dǎo)體器件底部的陣列焊盤(pán)(未示出)連接到半導(dǎo)體器件的內(nèi)部電路。
[0023]根據(jù)圖2中示出的實(shí)施例，針狀焊料220的剖面可具有倒梯形的形狀，然而本發(fā)明不限于此，例如，針狀焊料可具有圓柱、圓錐、棱柱、棱錐等形狀或這些形狀的組合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，針狀焊料可具有圓柱形、方柱形、梯形柱形、圓錐形中的至少一種。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，針狀焊料占據(jù)的空間遠(yuǎn)小于現(xiàn)有技術(shù)中的焊球，因此能夠?qū)崿F(xiàn)更小的間距，從而有助于制造結(jié)構(gòu)更加緊湊的小型化表面安裝元件。
[0024]半導(dǎo)體器件210可以是存儲(chǔ)器件、功率器件和/或LSI器件(例如，MCU、CPU)等，然而本發(fā)明不限于此，在本領(lǐng)域中應(yīng)用的其它半導(dǎo)體器件也可以使用根據(jù)本發(fā)明的焊料連接結(jié)構(gòu)。
[0025]圖3A至圖3D是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)的制造方法的示意性流程圖。
[0026]參照?qǐng)D3A，首先制備其中形成有多個(gè)針狀孔385的模具380。其中，針狀孔385的剖面可具有倒梯形的形狀。然而，本發(fā)明不限于此，針狀孔385的形狀可以與前述實(shí)施例中的針狀焊料220的形狀相對(duì)應(yīng)。即，可以具有圓柱、圓錐、棱柱、棱錐等形狀或這些形狀的組合。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，針狀孔可具有圓柱形、方柱形、梯形柱形、圓錐形中的至少一種。
[0027]接下來(lái)，參照?qǐng)D3B，將焊料填充到針狀孔385中，以形成具有與針狀孔385的形狀對(duì)應(yīng)的形狀的針狀焊料320?？梢允褂酶鞣N方法來(lái)將焊料填充到針狀孔385中，例如，可以使用刮板印刷法來(lái)進(jìn)行焊料的填充。即，可以將焊料涂覆到模具380的表面上，使焊料流入到針狀孔385中，然后再利用刮板去除多余的焊料。另外，可以使保留在針狀孔385中的焊料固化，從而形成針狀焊料320。例如，可以使用加熱、光輻射等任意方法來(lái)使焊料固化。
[0028]然后，參照?qǐng)D3C，將半導(dǎo)體器件310附著到模具380的上表面，使得半導(dǎo)體器件310底部的陣列焊盤(pán)(未示出)與填充到針狀孔385中的針狀焊料320——對(duì)應(yīng)?？梢酝ㄟ^(guò)在針狀焊料320與陣列焊盤(pán)之間設(shè)置Sn/Pb、SAC305、SAC105、SnBi等來(lái)使針狀焊料320與陣列焊盤(pán)彼此結(jié)合到一起，然而本發(fā)明不限于此。
[0029]接下來(lái)，參照?qǐng)D3D，使連接有針狀焊料320的半導(dǎo)體器件310與模具380分開(kāi)，從而完成針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)的制造。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)使用具有針狀孔的模具來(lái)形成針狀焊料，可以將焊料形成為具有預(yù)定的形狀，從而具有焊料間距小、焊料高度高、封裝體變形產(chǎn)生的影響小等優(yōu)點(diǎn)。
[0031]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的表面安裝結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D4，一種表面安裝結(jié)構(gòu)包括:半導(dǎo)體器件410 ;多個(gè)針狀焊料420，以陣列形式設(shè)置在半導(dǎo)體器件410下方，并通過(guò)半導(dǎo)體器件410的底部的陣列焊盤(pán)(未示出)連接到半導(dǎo)體器件的內(nèi)部電路；基板430，其上包括與所述多個(gè)針狀焊料420對(duì)應(yīng)的多個(gè)凹陷焊盤(pán)440。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，針狀焊料420插入到凹陷焊盤(pán)440中并且連接到凹陷焊盤(pán)440。
[0032]半導(dǎo)體器件410和針狀焊料420可以與參照前述實(shí)施例描述的半導(dǎo)體器件和針狀焊料基本相同，因此在這里將省略對(duì)它們的詳細(xì)描述。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過(guò)將針狀焊料插入到設(shè)置在基板上的凹陷焊盤(pán)中，可以減半導(dǎo)體器件與基板之間的間距以及針狀焊料之間的間距。因此，能夠制造結(jié)構(gòu)更加緊湊的小型化表面安裝元件。
[0034]圖5A至圖5C是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的表面安裝方法的示意性流程圖。
[0035]參照?qǐng)D5A，在進(jìn)行表面安裝之前，首先將具有多個(gè)針狀焊料520的半導(dǎo)體器件510進(jìn)行助焊劑涂覆。例如，可以將半導(dǎo)體器件510的多個(gè)針狀焊料520浸潰到助焊劑580中，從而使每個(gè)針狀焊料520的表面均勻地覆蓋有一層助焊劑。助焊劑能夠在焊接工藝中能幫助和促進(jìn)焊接過(guò)程，同時(shí)具有保護(hù)作用、阻止氧化反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)。本領(lǐng)域常見(jiàn)的助焊劑均可應(yīng)用于本發(fā)明，因此，在這里不再贅述。另外，本發(fā)明不限于此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，也可以省略上述助焊劑涂覆的步驟。
[0036]參照?qǐng)D5B，將半導(dǎo)體器件510的針狀焊料520插入到設(shè)置在基板530上的與針狀焊料520對(duì)應(yīng)的多個(gè)凹陷焊盤(pán)540中。凹陷焊盤(pán)540可以形成在基板530的表面上，并且連接到形成在基板530上或者基板530中的電路。凹陷焊盤(pán)540的形狀和布置位置可以與針狀焊料520彼此相對(duì)應(yīng)，然而本發(fā)明不限于此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，凹陷焊盤(pán)540的形狀和位置可以與針狀焊料520的形狀和位置彼此不同。
[0037]參照?qǐng)D5C，通過(guò)回流來(lái)使針狀焊料520與凹陷焊盤(pán)540彼此連接，從而通過(guò)針狀焊料520將半導(dǎo)體器件510的內(nèi)部電路與基板530中的電路彼此連接。此外，本發(fā)明不限于此，也可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的其他方法來(lái)使針狀焊料與凹陷焊盤(pán)540彼此連接。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，由于半導(dǎo)體器件具有針狀焊料，并且針狀焊料可以插入到形成在基板上的凹陷焊盤(pán)，因此能夠減小半導(dǎo)體器件與基板之間的間距以及針狀焊料之間的間距。因此，能夠制造結(jié)構(gòu)更加緊湊的小型化表面安裝元件。
[0039]另外，由于封裝體與基板之間存在針狀焊料和配套凹槽的原因，封裝體上焊料可以在沾取助焊劑后直接插入凹槽內(nèi)，起到固定作用，因此可以在不使用焊膏的情況下完成表面安裝。
[0040]另外，由于焊料于基板凹槽的接觸面積增大，因此本發(fā)明的表面安裝結(jié)構(gòu)可以具有更高的焊接強(qiáng)度，并且可以具有更高的可靠性。
[0041]雖然已經(jīng)參照附圖描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修改和改變。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書(shū)及其等同物限定。
【權(quán)利要求】
1.一種針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)，包括: 半導(dǎo)體器件； 多個(gè)針狀焊料，以陣列形式設(shè)置在半導(dǎo)體器件下方，并通過(guò)半導(dǎo)體器件底部的陣列焊盤(pán)連接到半導(dǎo)體器件的內(nèi)部電路。
2.如權(quán)利要求1所述的針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)，其中，所述多個(gè)針狀焊料中的每個(gè)具有圓柱形、方柱形、梯形柱形、圓錐形中的至少一種。
3.一種針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)的制造方法，所述方法包括下述步驟: 在模具中形成多個(gè)針狀孔； 將焊料填充到所述多個(gè)針狀孔中以形成針狀焊料； 將半導(dǎo)體器件設(shè)置在模具上，使得填充到所述多個(gè)針狀孔中的針狀焊料分別連接到半導(dǎo)體器件底部的陣列焊盤(pán)； 使連接有針狀焊料的半導(dǎo)體器件與模具彼此分開(kāi)。
4.如權(quán)利要求3所述的針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，模具為陶瓷模具。
5.如權(quán)利要求3所述的針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，利用刮板印刷來(lái)將焊料填充到所述多個(gè)針狀孔中。
6.如權(quán)利要求3所述的針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，利用Sn/Pb、SAC305、SAC105、SnBi中的至少一種來(lái)使針狀焊料與半導(dǎo)體器件的陣列焊盤(pán)連接。
7.如權(quán)利要求1所述的針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)的制造方法，其中，所述針狀孔具有圓柱形、方柱形、梯形柱形、圓錐形中的至少一種。
8.—種表面安裝結(jié)構(gòu),所述表面安裝結(jié)構(gòu)包括: 半導(dǎo)體器件； 多個(gè)針狀焊料，以陣列形式設(shè)置在半導(dǎo)體器件下方，并通過(guò)半導(dǎo)體器件底部的陣列焊盤(pán)連接到半導(dǎo)體器件的內(nèi)部電路； 基板，所述基板上包括與所述多個(gè)針狀焊料對(duì)應(yīng)的多個(gè)凹陷焊盤(pán)， 其中，所述多個(gè)針狀焊料插入到所述多個(gè)凹陷焊盤(pán)中并且連接到所述多個(gè)凹陷焊盤(pán)。
9.如權(quán)利要求8所述的表面安裝結(jié)構(gòu)，其中， 所述多個(gè)針狀焊料中的每個(gè)具有圓柱形、方柱形、梯形柱形、圓錐形中的至少一種。
10.一種表面安裝方法，所述表面安裝方法包括下述步驟: 將根據(jù)權(quán)利要求1-3中的至少一項(xiàng)所述的針腳陣列焊料連接結(jié)構(gòu)的針狀陣腳插入到設(shè)置在基板上的與所述多個(gè)針狀焊料對(duì)應(yīng)的多個(gè)凹陷焊盤(pán)中； 通過(guò)回流使所述多個(gè)針狀焊料與所述多個(gè)凹陷焊盤(pán)連接。
【文檔編號(hào)】H01L21/60GK103779304SQ201310742923
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2013年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月30日
【發(fā)明者】王玉傳 申請(qǐng)人:三星半導(dǎo)體(中國(guó))研究開(kāi)發(fā)有限公司, 三星電子株式會(huì)社