CN101740542B - 用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构 - Google Patents

用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构 Download PDF

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Abstract

本发明为一种用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，包含基材、第一焊垫、第一接脚、第二接脚以及保护层，其中，基材具有上表面，第一焊垫设置于上表面，第一接脚具有第一端与第二端，并且以第一端连接于第一焊垫，第二接脚具有第三端与第四端，并且以第三端连接于第一焊垫，以第四端连接于第一接脚的第二端，第一接脚与第二接脚围绕第一焊垫而形成一个凹井。此外，保护层覆盖于基材的上表面，其在对应于第一焊垫的上方设置有第一开口，用以裸露第一焊垫与凹井。本发明解决了表面黏着制程中，因四个角落翘曲所导致芯片失效的问题。

Description

用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构
技术领域
本发明涉及表面黏着技术，特别是一种可防止四个角落焊接失效的用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构。
背景技术
由于半导体芯片日益轻薄短小，且芯片的处理速度要求也越来越高，因而球栅阵列(BGA)的表面黏着技术(Surface Mount Technology，SMT)应运而生。
然而表面黏着制程在实务上常见四个角落出现热量集中现象，因此必须加强四个角落的锡球散热需求。加强散热的方式为于焊垫上增加向外延伸的延伸部，以增加焊垫的散热面积。然而，延伸于焊垫的延伸部使得锡球于侧向与焊垫的接触面积缩小。而基材的四个角落常因为温度较高而发生翘曲，导致锡球承受应力后，容易造成锡球无法与基材四个角落的焊垫做良好的焊接。针对上述问题，现有技术中提出多种解决方案。
中国台湾第461053号专利在基材下表面无锡球周围处，涂覆一金属强化层以强化基材强度，使基材不易因温度变化产生变形，本方法具有提高制程复杂度以及提高成本等问题。
中国第CN 1742371A号专利在四个角落设置未电连接的“虚设球”，来提高BGA封装四个角落的表面黏着技术焊接可靠度，本方法具有浪费芯片空间的问题。
美国第US 6927491B1号专利在BGA封装结构的四个角落使用较大的锡球，来提高BGA封装四个角落的表面黏着技术焊接可靠度，本方法具有浪费芯片空间的问题。
此外，亦有在BGA封装结构的四个角落点胶或在芯片的四周加金属框等方式，来提高BGA封装四个角落的表面黏着技术焊接可靠度，上述方法具有提高制程复杂度以及提高成本等问题。
上述现有技术均涉及解决表面黏着制程中四个角落焊接不牢靠的问题，但分别具有制程复杂、成本高及浪费芯片空间等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，使其解决现有技术在解决表面黏着制程的四个角落焊接不良时所具有的制程复杂、成本高及浪费芯片空间等问题。
本发明提供一种用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，包含：基材、至少一个第一焊垫、至少一个第一接脚、至少一个第二接脚以及保护层。其中，基材具有上表面，且第一焊垫设置在上表面。第一接脚具有第一端和第二端，第一端连接于第一焊垫。第二接脚具有第三端与第四端，分别连接于第一焊垫与第二端，于第一焊垫、第一接脚与第二接脚之间形成一凹井。保护层覆盖于基材的上表面，具有至少一个第一开口，用以裸露第一焊垫与凹井。该第一焊垫具有位于上方的一上焊接面、位于侧面的一第一侧焊接面、以及位于侧面且位于该凹井内的一第二侧焊接面。该焊接结构还包含一焊料，该焊料经由该第一开口焊接于该第一焊垫的该上焊接面与该第一侧焊接面，且经由该凹井焊接于该第二侧焊接面。
此外，本发明的第一焊垫具有位于上方的上焊接面、位于侧面的第一侧焊接面、以及位于侧面且位于凹井内的第二侧焊接面。
本发明通过增加第一焊垫的接脚数量，使焊料(例：锡球)与第一焊垫完成焊接而进入冷却区时，连接较多接脚的第一焊垫因具有较快的冷却速率而比其它仅连接单一接脚的焊垫提早冷却凝固，此外，进一步利用第一接脚和第二接脚环绕第一焊垫而形成一个凹井，使焊料不仅焊接于第一焊垫的上焊接面与第一侧焊接面，且经由凹井焊接于第一焊垫的第二侧焊接面。
本发明亦提出一种用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，包含：基材、至少一个第一焊垫、至少一个延伸部以及保护层。其中，第一焊垫设置于基材的上表面，而延伸部连接于第一焊垫，且延伸部与第一焊垫的连接处具有一个凹井，此外，保护层覆盖于基材的上表面，具有至少一个第一开口，用以裸露第一焊垫与凹井。该第一焊垫具有位于上方的一上焊接面、位于侧面的一第一侧焊接面、以及位于侧面且位于该凹井内的一第二侧焊接面。该焊接结构还包含一焊料，该焊料经由该第一开口焊接于该第一焊垫的该上焊接面与该第一侧焊接面，且经由该凹井焊接于该第二侧焊接面。
本发明利用连接于第一焊垫的延伸部，使焊料与第一焊垫完成焊接而进入冷却区时，连接有延伸部的第一焊垫因具有较快的冷却速率而比其它没有连接延伸部的焊垫提早冷却凝固，此外，进一步利用位于延伸部与第一焊垫的连接处的凹井，使焊料不仅焊接于第一焊垫的上焊接面与第一侧焊接面，且经由凹井焊接于第一焊垫的第二侧焊接面。
本发明的有益技术效果在于，由于本发明利用改变铜箔基板上的铜箔引线布局以及保护层开口形状来达成发明目的，因此仅需使用既有的铜箔基板制程而无须导入新制程站点，或增设额外元件，因此本发明解决了现有技术在解决表面黏着制程的四个角落焊接不良时所具有的制程复杂、成本高及浪费芯片空间等问题。
附图说明
图1A为本发明第一实施例的示意图；
图1B为本发明第一实施例沿A-A剖面线的剖面示意图；
图1C为本发明第一实施例沿B-B剖面线的剖面示意图；
图1D为本发明第一实施例沿A-A剖面线的焊接剖面示意图；
图1E为本发明第一实施例沿B-B剖面线的焊接剖面示意图；
图2A为第二焊垫示意图；
图2B为本发明的第二焊垫沿C-C剖面线的剖面示意图；
图2C为本发明的第二焊垫沿C-C剖面线的焊接剖面示意图；
图3A为本发明第二实施例的示意图；
图3B为本发明第二实施例沿D-D剖面线的剖面示意图；
图3C为本发明第二实施例沿E-E剖面线的剖面示意图；
图3D为本发明二实施例沿D-D剖面线的焊接剖面示意图；
图3E为本发明第二实施例沿E-E剖面线的焊接剖面示意图；
图4为本发明的焊垫分布示意图(1)；
图5为本发明的焊垫分布示意图(2)。
其中，附图标记说明如下：
10基材           11保护层
111第一开口      112第二开口
12上表面         13第一焊垫
131上焊接面      132第一侧焊接面
133第二侧焊接面  14第一接脚
141第一端        142第二端
15第二接脚       151第三端
152第四端        16凹井
17焊料           21第二焊垫
211焊接面        212第一侧焊接面
22第三接脚       31延伸部
具体实施方式
请参照图1A至图1C，其所示为本发明第一实施例所提供的一种用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，其中图1A为本发明第一实施例的示意图、图1B为图1A中沿A-A剖面线的剖面示意图、图1C为图1A中沿B-B剖面线的剖面示意图。用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构包含基材10、至少一个第一焊垫13、至少一个第一接脚14、至少一个第二接脚15以及保护层11。
基材10具有上表面12，第一焊垫13、第一接脚14及第二接脚15设置在上表面12。第一接脚14具有第一端141和第二端142，第二接脚15具有第三端151和第四端152，其中第一端141和第三端151分别连接于第一焊垫13，第二端142连接于第四端152，以于第一焊垫13、第一接脚14与第二接脚15之间形成一凹井16。保护层11覆盖于基材10的上表面12，用以保护基材10上所有必须与外界隔离的元件。保护层11具有至少一个第一开口111，第一开口111对应设置于第一焊垫13的上方，用以裸露第一焊垫13和凹井16。
此外，第一焊垫13具有位于上方的上焊接面131、位于侧面的第一侧焊接面132、以及位于侧面且位于凹井16内的第二侧焊接面133，其中，第一侧焊接面132与第二侧焊接面133被第一接脚14和第二接脚15隔开而彼此不相连接。
本实施例还包含焊料17，如图1D与图1E所示，其分别为第一实施例沿A-A剖面线以及B-B剖面线的焊接剖面示意图，其中，焊料17经由第一开口111焊接于第一焊垫13的上焊接面131与第一侧焊接面132，如图1D所示，且经由凹井16焊接于第二侧焊接面133，如图1E所示。其中，焊料17的成份为：锡、银、铜、锑、锌、镍、锗或其(任意)组合。
请参照图2A与图2B，其分别为第二焊垫21示意图以及第二焊垫沿C-C剖面线的剖面示意图，本实施例还包含多个第二焊垫21(附图为一个第二焊垫21)，其中，每一个第二焊垫21设置在基板10的上表面12且分别连接于第三接脚22，每一第二焊垫21具有上焊接面211及第一侧焊接面212，而保护层11具有分别对应设置于第二焊垫21上方的多个第二开口112(附图为一个第二开口112)，用以裸露第二焊垫21。此外，焊料17经由第二开口112焊接于第二焊垫21的上焊接面211与第一侧焊接面212，如图2C所示。
请参照图3A至图3C，其为本发明第二实施例的示意图，包含基材10、至少一个第一焊垫13、至少一个延伸部31及保护层11。
基材10具有上表面12，第一焊垫13与延伸部31设置于上表面12。其中，延伸部31连接于第一焊垫13，且延伸部31与第一焊垫13的连接处具有一个凹井16。此外，保护层11覆盖于基材10的上表面12，用来保护基材10上所有必须与外界隔离的元件，保护层11具有至少一个第一开口111，第一开口111对应设置于第一焊垫13的上方，用以裸露第一焊垫13和凹井16。
此外，第一焊垫13具有位于上方的上焊接面131、位于侧面的第一侧焊接面132、以及位于侧面且位于凹井16内的第二侧焊接面133，其中，第一侧焊接面132与第二侧焊接面133被延伸部31隔开而彼此不相连接。
本实施例还包含焊料17，如图3D与图3E所示，其分别为第二实施例沿D-D剖面线以及E-E剖面线的焊接剖面示意图，其中，焊料17经由第一开口111焊接于第一焊垫13的上焊接面131与第一侧焊接面132，如图3D所示，且经由凹井16焊接于第二侧焊接面133，如图3E所示。其中，焊料17的成份为：锡、银、铜、锑、锌、镍、锗或其(任意)组合。
请参照图4，其为本发明的焊垫分布示意图(1)，其中，第一焊垫13设置在被保护层11所覆盖的上表面12的角落区域，每一个角落区域具有一个第一焊垫，故四个角落区域共有四个第一焊垫13，而第二焊垫21分布在中间区域。也就是说，于图4中四个角落区域共有四个焊垫由传统形式的焊垫改为边缘形成凹井的第一焊垫13，以此避免四个角落容易出现焊接失效的问题。
请参照图5，其为本发明的焊垫分布示意图(2)，其中，第一焊垫13设置在被保护层11所覆盖的上表面12的角落区域，每一个角落区域具有五个第一焊垫13，故四个角落区域(即上表面12的周围区域)共有二十个第一焊垫13，而第二焊垫21分布在中间区域。也就是说，于图4中四个角落区域共有四个焊垫由传统形式的焊垫改为边缘形成凹井的第一焊垫13。于图5中，每一个角落分别有五个焊垫由传统形式的焊垫改为边缘形成凹井的第一焊垫13，四个角落共二十个焊垫改为边缘形成凹井的第一焊垫13，更进一步加强四个角落的固定力。
虽然本发明的技术内容已经以较佳实施例披露如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人员在不脱离本发明的精神所作的更动与润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明的保护范围应视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (16)

1.一种用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，包含：
一基材，具有一上表面；
至少一个第一焊垫，设置于该上表面；
至少一个第一接脚，设置于该上表面，具有一第一端与一第二端，其中，该第一端连接于该第一焊垫；
至少一个第二接脚，设置于该上表面，具有一第三端与一第四端，其中，该第三端连接于该第一焊垫，且该第四端连接于该第二端以于该第一焊垫、该第一接脚与该第二接脚之间形成一凹井；及
一保护层，覆盖于该上表面，具有至少一个第一开口，该第一开口对应设置于该第一焊垫的上方，用以裸露该第一焊垫与该凹井；
该第一焊垫具有位于上方的一上焊接面、位于侧面的一第一侧焊接面、以及位于侧面且位于该凹井内的一第二侧焊接面；
该焊接结构还包含一焊料，该焊料经由该第一开口焊接于该第一焊垫的该上焊接面与该第一侧焊接面，且经由该凹井焊接于该第二侧焊接面。
2.如权利要求1所述的用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，其中，该第一焊垫设置于该上表面的一角落区域。
3.如权利要求1所述的用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，其中，该第一焊垫设置于该上表面的一周围区域。
4.如权利要求1所述的用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，其中，该焊料的成份为锡、银、铜、锑、锌、镍、锗或其任意组合。
5.如权利要求1所述的用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，其中，该焊接结构还包含：
多个第二焊垫，设置于该上表面，且分别连接于一第三接脚。
6.如权利要求5所述的用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，其中，每一个第二焊垫具有一上焊接面与一第一侧焊接面。
7.如权利要求6所述的用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，其中，该保护层具有多个第二开口，所述多个第二开口分别对应设置于所述多个第二焊垫的上方，用以裸露该第二焊垫。
8.如权利要求7所述的用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，其中，该焊接结构还包含另一焊料，该另一焊料经由所述多个第二开口分别焊接于每一个第二焊垫的该上焊接面与每一个第二焊垫的该第一侧焊接面。
9.一种用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，包含：
一基材，具有一上表面；
至少一个第一焊垫，设置于该上表面；
至少一个延伸部，设置于该上表面，且连接于该第一焊垫，该延伸部与该第一焊垫的连接处具有一凹井；及
一保护层，覆盖于该上表面，具有至少一个第一开口，该第一开口对应设置于该第一焊垫的上方，用以裸露该第一焊垫与该凹井；
该第一焊垫具有位于上方的一上焊接面、位于侧面的一第一侧焊接面、以及位于侧面且位于该凹井内的一第二侧焊接面；
该焊接结构还包含：一焊料，该焊料经由该第一开口焊接于该第一焊垫的该上焊接面与该第一侧焊接面，且经由该凹井焊接于该第二侧焊接面。
10.如权利要求9所述的用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，其中，该第一焊垫设置于该上表面的角落区域。
11.如权利要求9所述的用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，其中，该第一焊垫设置于该上表面的周围区域。
12.如权利要求9所述的用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，其中，该焊料的成份为锡、银、铜、锑、锌、镍、锗或其任意组合。
13.如权利要求9所述的用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，其中，该焊接结构还包含：
多个第二焊垫，设置于该上表面，且分别连接于一第三接脚。
14.如权利要求13所述的用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，其中，每一个第二焊垫具有一上焊接面与一第一侧焊接面。
15.如权利要求14所述的用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，其中，该保护层具有多个第二开口，所述多个第二开口分别对应设置于所述多个第二焊垫的上方，用以裸露该第二焊垫。
16.如权利要求15所述的用于球栅阵列的表面黏着技术焊接结构，其中，该焊接结构还包含另一焊料，该另一焊料经由所述多个第二开口分别焊接于每一个第二焊垫的该上焊接面与每一个第二焊垫的该第一侧焊接面。 
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Assignee: MSI Computer Shenzhen Co., Ltd.

Assignor: Weixing Science & Technology Co., Ltd.

Contract record no.: 2011990001065

Denomination of invention: Welded structure of surface mount technology for ball grid array

Granted publication date: 20110928

License type: Exclusive License

Open date: 20100616

Record date: 20111128