CN101783342B - Bga集成电阻器及其制造方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例涉及一种BGA集成电阻器及其制造方法和设备。该BGA集成电阻器包括：基板，焊盘，电阻膜，导带和保护膜；基板上设有两个以上的焊盘；基板上设有至少一块电阻膜，一电阻膜连接两个导带；两个导带各自与一焊盘相连；电阻膜和导带上覆盖有保护膜。该方法包括首先在基板上形成导带，再形成电阻膜和焊盘，且在电阻膜和导带上覆盖保护膜。本发明实施例采用了包括焊盘结构的球栅阵列封装技术，使导带能够被完全覆盖在保护膜之下，从而防止导带被硫化腐蚀而使集成电阻器失效，延长集成电阻器的使用寿命，降低维修和更换的成本。
Description
技术领域
本发明实施例涉及集成电阻器封装技术，尤其涉及一种球栅阵列(BallGrid Array；以下简称：BGA)封装技术封装的BGA集成电阻器及其制造方法，以及采用该BGA集成电阻器的通讯设备、汽车电子设备。
背景技术
表贴式集成电阻器，又称贴片排阻(Chip Resistor Array)，被广泛应用在电子电路中，图1为现有技术中一种普通表贴式集成电阻器的一路电阻剖面结构示意图。该集成电阻器主要包括基板12，在基板12上形成有电阻膜3，电阻膜3上覆盖有第一保护膜1和第二保护膜2。基板12两侧形成有端电极30，通常端电极30可以包括三层结构，即从里至外依次为银浆层、镍(Ni)层和锡/锡铅(Sn/SnPb)层。在电阻膜3的两侧分别形成有导带4，用于连接电阻膜3和端电极30。在基板12的下侧相应的形成有背电极42，其作为表贴封装时所需的焊点。为了保持集成电阻器的阻值精度，导带4需要采用电阻率较低的材料，考虑成本的限制，现有技术通常采用银材料来制成导带4。
但是，在实现本发明的研究过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：普通表贴式集成电阻器的银质导带4局部会暴露在空气中，在含硫，例如含有硫化氢(H2S)的环境气氛中银质导带4易发生硫化腐蚀而形成硫化银晶体，图2为现有技术中普通表贴式集成电阻器硫化腐蚀的结构示意图，虚线圈处为集成电阻器易于被硫化腐蚀的位置。导带4的腐蚀导致集成电阻器的阻值增大或开路失效，缩短了产品的市场寿命。随着大气环境的逐年恶 化，这种集成电阻器在环境较恶劣地区约1年或1年半的时间就会发生硫化腐蚀而失效，这显著增加了集成电阻器的维修和更换的成本。
发明内容
本发明实施例提供一种BGA集成电阻器及其制造方法和设备，以避免集成电阻器硫化腐蚀失效，延长集成电阻器的使用寿命。
本发明实施例提供了一种BGA集成电阻器，包括：基板，焊盘，电阻膜，导带和保护膜；所述基板上设有两个以上的焊盘；所述基板上设有至少一块电阻膜，一电阻膜连接两个导带，电阻膜的边缘压覆在导带的边缘之上；所述两个导带各自与一焊盘相连；所述电阻膜和所述导带上覆盖有保护膜；所述焊盘从邻近所述基板至远离所述基板方向依次包括铜镀层、镍镀层和锡铅镀层；或，所述焊盘为单层，其材质为铜。
本发明实施例还提供了一种BGA集成电阻器的制造方法，包括：
在基板的表面上形成预定图案的导带；
在形成导带后的基板上形成至少一块电阻膜，分散形成焊盘，所述导带连接所述电阻膜和所述焊盘，电阻膜的边缘压覆在导带的边缘之上，其中，所述焊盘从邻近所述基板至远离所述基板方向依次包括铜镀层、镍镀层和锡铅镀层；或，所述焊盘为单层，其材质为铜；
在所述电阻膜和导带上覆盖保护膜。
本发明实施例还提供了一种采用本发明各实施例BGA集成电阻器的通信设备，其中：所述通信设备包括电路板，所述BGA集成电阻器集成在所述电路板上。
本发明实施例还提供了一种采用本发明各实施例BGA集成电阻器的汽车电子设备，其中：所述汽车电子设备包括电路板，所述BGA集成电阻器集成在所述电路板上。
由以上技术方案可知，本发明实施例采用了包括焊盘结构的BGA封装技术，使导带能够被完全覆盖在保护膜之下，从而防止导带被硫化腐蚀而使集成电阻器失效，延长集成电阻器的使用寿命，降低维修和更换的成本，采用BGA封装技术制成的BGA集成电阻器还具有集成度高、体积小的优点，符合电气设备小型化的发展需要。
附图说明
图1为现有技术中一种普通表贴式集成电阻器的一路电阻剖面结构示意图；
图2为现有技术中普通表贴式集成电阻器硫化腐蚀的结构示意图；
图3为本发明第一实施例提供的BGA集成电阻器的局部剖视结构示意图；
图4为本发明第一实施例提供的BGA集成电阻器中一种覆盖关系的结构示意图；
图5为本发明第一实施例提供的BGA集成电阻器中另一种覆盖关系的结构示意图；
图6为本发明第二实施例提供的BGA集成电阻器的局部剖视结构示意图；
图7为本发明第三实施例提供的BGA集成电阻器的俯视结构示意图；
图8为图7中本发明第三实施例提供的BGA集成电阻器所形成的电阻电路示意图；
图9为本发明第四实施例提供的BGA集成电阻器的制造方法的流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
第一实施例
图3为本发明第一实施例提供的BGA集成电阻器的局部剖视结构示意图，具体可以是采用BGA技术封装的集成电阻器。如图3所示，该BGA集成电阻器的结构包括：基板12；分散形成在基板12上的两个以上焊盘50，各焊盘50上可以在集成电阻器使用时植入焊球60；分散形成在基板12上的至少一块电阻膜3，其中至少部分电阻膜3分别连接两个导带4，且连接一电阻膜3的两个导带4之间相互断开，以电阻膜3相连；连接一电阻膜3的两个导带4各自与一焊盘50相连；电阻膜3和导带4上覆盖有保护膜。
每个焊盘50上均可以对应形成有焊球60，用于作为引脚与其他电气元件进行电连接，焊球60和焊盘50之间可填充有锡铅等材质的焊料作为焊料层8。焊盘50的数量对应于电阻膜3的数量设置，为实现通过连接不同的焊球50从而连接不同的电阻膜3来获得不同的阻值，通常保证电阻膜3上的两点分别通过导带4连接到两焊盘50上。当电阻膜3仅有一块时，则焊盘50的数量可以为两个；当电阻膜3有多块时，焊盘50可以为不同的电阻膜3共用，例如图3示出了两块电阻膜3和三个焊盘50的情况。通常情况下焊盘50的数量为多个且呈矩阵形式分散形成在基板12上。电阻膜3的数量至少为一个，因为电阻膜3的面积相比于焊盘50的面积来说相当微小，可通过导带4实现电阻膜3与焊盘50的电连接。实际应用中，电阻膜3的数量根据阻值的设计需要通常为多个，且可以呈矩阵形式分散形成在基板12上。
在本实施例中，如图3所示，电阻膜3与该焊盘50和焊球60形成在基板12的同一表面上，各块电阻膜3与各个焊盘50间隔设置，导带4连接在电阻膜3和焊盘50之间。并且，优选的是可以先形成导带4，再形成电阻膜3和焊盘50，则使焊盘50和电阻膜3的边缘分别压覆在导带4的边缘之上，这样电阻膜3和焊盘50能够覆盖部分或全部导带4，从而对导带4起到保护作用。
本实施例中，电阻膜3和导带4上形成的保护膜可以为第一保护膜1，其材质可以为玻璃，其厚度优选为13～15微米(μm)，或者第一保护膜1也可以为树脂。进一步的，该保护膜还可以包括第二保护膜2，第一保护膜1覆盖在电阻膜3和导带4上，第二保护膜2覆盖在第一保护膜1之上。第二保护膜2的材质可以选用高分子材料，例如高分子材料的树脂，其厚度优选为20～25微米。其中，电阻膜3和导带4上覆盖有保护膜可以是：保护膜可以间接覆盖在电阻膜3和导带4上，如图4所示为本发明第一实施例提供的BGA集成电阻器中一种覆盖关系的结构示意图，图4具体为图3圆圈中的放大结构。其中，导带4被完全压覆在焊盘50和电阻膜3的边缘之下，第一保护膜1和第二保护膜2不与导带4相接触，而是通过覆盖电阻膜3和焊盘50 来覆盖导带4。或者，保护膜也可以直接覆盖在电阻膜3和导带4上，与电阻膜3和导带4相接触，例如图5所示为本发明第一实施例提供的BGA集成电阻器中另一种覆盖关系的结构示意图，且图5可以代替图4作为图3圆圈中的覆盖结构。
导带4的材质较佳的是选用银钯合金，且其中钯在银钯合金中的质量百分比为0～20％，该银钯合金导带的厚度可以为1～2微米。银钯合金导带的电阻率极低，对于需要高精度阻值的BGA集成电阻器来说，银钯合金导带的电阻值远远低于电阻膜的电阻值，因此不会对BGA集成电阻器的总电阻值构成影响。并且掺加钯材质的银钯合金相比于银更能防止硫化。
或者，导带4的材质也可以选用铜，铜导带的厚度可以为2～8微米。在铜导带和基板之间还可以形成一钛钯合金(TiPd)层，例如可以在陶瓷基板上通过溅射方式形成钛钯合金层，而后在钛钯合金层上再制成铜导带，以提高铜导带与陶瓷基板之间的粘附力。铜的电阻率虽然高于银，但是其成本低，且不易被硫化腐蚀，所以铜导带更适用于电阻值较大的BGA集成电阻器，铜的电阻对BGA集成电阻器的阻值影响在可接受范围内。
本实施例中基板12的材质可以为氧化铝或氮化铝或氧化铍等。
本实施例中电阻膜3的材质可以为二氧化钌，其厚度可以为18～24微米，为厚膜类型中的一种。或者电阻膜3的材质也可以为氮化钽或镍铬合金，其厚度为1000～20000埃 
为薄膜类型中的一种。但是电阻膜3的材质和结构并不限于以上几种。
本实施例中的焊盘50具体可以包括三层结构，如图3所示，从邻近基板12至远离基板12方向依次包括铜镀层9、镍镀层10和锡铅镀层11。或者焊盘50也可以是单层结构，例如，完全采用铜来制成。采用上述材质的焊盘50本身更利于可以防止硫化，避免焊盘50的硫化，从而避免焊盘50的硫化传递至导带4。当采用三层结构时，可以减小最里层的铜镀层9面积，使里层结构与导带4连接，且使外层结构的边缘压覆在导带4的边缘上，如图3所示。
本实施例中焊球60可以为表面镀有锡层6的铜球7，采用铜球7作为焊球60可以在回流焊时避免塌陷变形。或者焊球60还可以为“锡63铅37(Sn63Pb37)”、“锡10铅90(Sn10Pb90)”，或“锡银铜(Sn-Ag-Cu)”焊球。
为获得更精确的电阻值，可以在电阻膜3上形成调阻槽13，调阻槽13的形状可以设置为I字型或L字型等形状，且优选为L字型。
对于BGA封装技术的集成电阻器，形成有焊盘50和焊球60的一侧表面通常作为基板12的背面，基板12的另一侧表面，即基板12的正面通常可以形成一印字层14，用于印注标识等文字。该印字层14一般是黑漆等涂制的漆涂层，其厚度可以为16～17微米。
本实施例的技术方案，以BGA封装技术形成集成电阻器，充分利用了保护膜，该保护膜原本是用于保护电阻膜的，因此无须增加额外工序制备，该BGA集成电阻器可以通过保护膜有效覆盖导带而使其免于暴露在空气中，避免因导带硫化腐蚀而使集成电阻器失效，因此能够延长集成电阻器的使用寿命，降低维修和更换的成本。
第二实施例
图6为本发明BGA集成电阻器第二实施例的局部剖视结构示意图。本实施例与上述第一实施例的区别在于：电阻膜3与焊盘50和焊球60形成在基板12的不同表面上，导带4穿过基板12上的过孔70连接焊盘50和电阻膜3。
本实施例中，过孔70优选可以为孔径相等的模具孔，如图6所示。或者，过孔70也可以为激光孔，且该激光孔的孔径可以相等，也可以在从电阻膜4至焊盘50的方向上递减。
本实施例中其他结构参数和选用的材质可以参考第一实施例。
具体应用中，焊盘50可以形成在过孔70的旁边，在导带4上覆盖保护膜来避免其暴露在空气中。在本实施例中优选的是，在基板12的一侧表面上，焊盘50形成且覆盖在过孔70的孔口上，导带4穿过过孔70后直接连接在焊 盘50的底面上，导带4不会暴露到空气中，在焊盘50所在侧也无须形成保护膜来覆盖导带4，可以简化工序并降低成本，在基板12的另一侧表面上，电阻膜3的边缘压覆在导带4的边缘之上。
覆盖在电阻膜3和导带4上的保护膜可以仅采用一层保护膜，或者优选可以包括第一保护膜1和第二保护膜2，第一保护膜1覆盖在电阻膜3上，第二保护膜2覆盖在第一保护膜1和导带4上，如图6所示。
本实施例的技术方案，以BGA封装技术形成集成电阻器，可以通过保护膜和基板有效覆盖导带而使其免于暴露在空气中，避免因导带硫化腐蚀而使集成电阻器失效，因此能够延长集成电阻器的使用寿命，降低维修和更换的成本。
第三实施例
图7为本发明第三实施例提供的BGA集成电阻器的俯视结构示意图。本实施例中的电阻膜3与焊盘50均以矩阵形式排列在基板12上，且电阻膜3矩阵的列数优选为3～16，行数优选为2～16；焊盘50矩阵的行数和列数与电阻膜3的数量对应，通常相对于电阻膜3阵列增加一行或一列。本实施例具体以采用上述第一实施例的结构，且焊盘50矩阵的列数为九、行数为三为例进行说明。
如图7所示，在各焊盘50之间，间隔设置有电阻膜3，电阻膜3矩阵的列数为九，且行数为二。导带4按照设定要求连接在电阻膜3和焊盘50之间，且连接在需要连接的焊盘50之间，实现焊盘50之间的电气连接。图8为图7中本发明第三实施例提供的BGA集成电阻器所形成的电阻电路示意图，导带4可以根据所需的电阻电路图来相应的形成在焊盘50与焊盘50、焊盘50与电阻膜3之间，以连接焊盘50与焊盘50、焊盘50与电阻膜3。
具体应用中，优选设置各焊盘上所植入的焊球之间的间距为0.5～1.27毫米。焊球的直径优选为0.35～0.8毫米。
使用时，可以根据需要的电阻值从不同的焊盘50引出导线，利用焊盘50之间的电路结构灵活的形成各种阻值的电阻，以满足不同的电阻值的需要。
本实施例的技术方案，通过设置矩阵形式的电阻膜与矩阵形式的焊盘和焊球，结合导带的布局设计，可以形成具有多种电阻电路结构的BGA集成电阻器，且可以有效防止导带硫化腐蚀而使集成电阻器失效，能够有效延长集成电阻器的使用寿命。
本发明各实施例采用BGA封装技术的集成电阻器，可靠性更高，防硫化性能更好，且对于同一个BGA集成电阻器，可以通过连接适当位置的焊球来获取所需的阻值，该BGA集成电阻器作为电阻可适用于各类电气设备中，且尤其适用于对可靠性要求高的设备。采用BGA封装技术制成的BGA集成电阻器还具有集成度高、体积小的优点，符合电气设备小型化的发展需要。
第四实施例
图9为本发明第四实施例提供的BGA集成电阻器的制造方法的流程图，该方法包括如下步骤：
步骤100、在基板的表面上形成预定图案的导带；
步骤200、在形成导带后的基板上分散形成至少一块电阻膜，且分散形成焊盘，使该导带连接各电阻膜和焊盘；焊盘可以用于植入焊球；
步骤300、在电阻膜和导带上覆盖保护膜。
步骤200中，分散形成至少一块电阻膜，且分散形成焊盘可以为：在基板形成导带的同一表面上，分别形成至少一块电阻膜和两个以上的焊盘，形成的电阻膜和焊盘的边缘分别压覆在导带的边缘之上。
或者分散形成至少一块电阻膜，且分散形成焊盘可以为：在基板形成导带的表面上形成至少一块电阻膜，在基板的另一表面上形成两个以上的焊盘，形成的电阻膜压覆在导带的边缘之上，形成的焊盘覆盖在基板上的过孔的孔口上，导带穿过过孔连接在焊盘的底面上。
步骤100中，在基板的表面上形成预定图案的导带可以是：在陶瓷基板的一侧表面上，通过溅射方式形成钛钯合金层，而后在钛钯合金层上再制成铜导带；或者，在基板的一侧表面上形成预定图案的导带，该导带的材质为银钯合金或铜。
本实施例的技术方案适用于制造本发明前述各实施例中的BGA集成电阻器，在本实施例中，先制作导带后制作焊盘和电阻膜的制作流程可以使导带尽可能覆盖在电阻膜和焊盘之下，从而避免暴露在空气中被硫化。
本发明各实施例的BGA集成电阻器可以广泛应用于多种电气设备中。例如，可以应用到通信设备中。该通信设备包括电路板，本发明各实施例的BGA集成电阻器可以集成在该电路板上。采用该BGA集成电阻器的通讯设备，电阻器防硫化性能强，因而阻值稳定，使得通讯设备的可靠性能高。
阻值稳定、可靠性高的特点尤其适用于通讯设备的电源电路板中，或者适于作为通讯设备中的采样电阻或网口电阻，在信号反馈电路、数据交换电路等对可靠性能要求高的通讯设备中，本发明各实施例的BGA集成电阻器的作用尤为突出。
本发明各实施例的BGA集成电阻器还可以用于汽车电子设备中。汽车电子设备包括电路板，本发明各实施例的BGA集成电阻器可以集成在该电路板上。汽车电子设备通常安装在汽车中，尤其汽车发动机内燃料燃烧释放出大量硫化气体，因此汽车电子设备对防硫化性能的需要更为迫切，且汽车电子设备往往决定汽车行驶安全，所以本发明各实施例BGA集成电阻器的良好防硫化性能、阻值稳定、可靠性高的特点对于汽车电子设备来说尤为重要。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (13)
1.一种BGA集成电阻器，其特征在于，包括：基板，焊盘，电阻膜，导带和保护膜；所述基板上设有两个以上的焊盘；所述基板上设有至少一块电阻膜，一电阻膜连接两个导带，电阻膜的边缘压覆在导带的边缘之上；所述两个导带各自与一焊盘相连；所述电阻膜和所述导带上覆盖有保护膜；所述焊盘从邻近所述基板至远离所述基板方向依次包括铜镀层、镍镀层和锡铅镀层；或，所述焊盘为单层，其材质为铜。
2.根据权利要求1所述的BGA集成电阻器，其特征在于：所述电阻膜与所述焊盘设在所述基板的同一表面上；所述焊盘和所述电阻膜的边缘分别压覆在所述导带的边缘之上。
3.根据权利要求2所述的BGA集成电阻器，其特征在于：所述保护膜包括第一保护膜和第二保护膜，所述第一保护膜覆盖在所述电阻膜和所述导带上，所述第二保护膜覆盖在所述第一保护膜上。
4.根据权利要求1所述的BGA集成电阻器，其特征在于：所述电阻膜与所述焊盘分设在所述基板的不同表面上；所述基板上设有过孔，所述导带穿过所述过孔连接所述焊盘和所述电阻膜；所述焊盘覆盖在所述过孔的孔口上，所述导带连接在所述焊盘的底面上。
5.根据权利要求4所述的BGA集成电阻器，其特征在于：所述保护膜包括第一保护膜和第二保护膜，所述第一保护膜覆盖在所述电阻膜上，所述第二保护膜覆盖在所述第一保护膜和所述导带上。
6.根据权利要求3或5所述的BGA集成电阻器，其特征在于：所述第一保护膜的材质为玻璃，或者所述第二保护膜的材质为高分子树脂。
7.根据权利要求1～5任一所述的BGA集成电阻器，其特征在于：所述导带的材质为银钯合金；所述银钯合金中钯的质量百分比为0～20％。
8.根据权利要求1～5任一所述的BGA集成电阻器，其特征在于：所述导带的材质为铜；在所述导带与所述基板之间还设有钛钯合金层。
9.根据权利要求1～5任一所述的BGA集成电阻器，其特征在于：各所述电阻膜在所述基板上呈矩阵形式排列，所述矩阵的列数为3～16，所述矩阵的行数为2～16；各所述焊盘在所述基板上呈矩阵形式排列，且各所述焊盘上植入的焊球之间的间距为0.5～1.27毫米，所述焊球的直径为0.35～0.8毫米。
10.一种BGA集成电阻器的制造方法，其特征在于，包括：
在基板的表面上形成预定图案的导带；
在形成导带后的基板上形成至少一块电阻膜，分散形成焊盘，所述导带连接所述电阻膜和所述焊盘，电阻膜的边缘压覆在导带的边缘之上，其中，所述焊盘从邻近所述基板至远离所述基板方向依次包括铜镀层、镍镀层和锡铅镀层；或，所述焊盘为单层，其材质为铜；
在所述电阻膜和导带上覆盖保护膜。
11.根据权利要求10所述的BGA集成电阻器的制造方法，其特征在于，所述形成至少一块电阻膜，且分散形成焊盘包括：
在所述基板形成所述导带的表面上，分别形成至少一块电阻膜和两个以上的焊盘，电阻膜和焊盘的边缘分别压覆在所述导带的边缘之上；或
在所述基板形成所述导带的表面上形成至少一块电阻膜，在所述基板的另一表面上形成两个以上的焊盘，电阻膜压覆在所述导带的边缘之上，焊盘覆盖在基板上的过孔的孔口上，所述导带穿过所述过孔连接在焊盘的底面上。
12.一种采用权利要求1～9任一所述的BGA集成电阻器的通信设备，其特征在于：所述通信设备包括电路板，所述BGA集成电阻器集成在所述电路板上。
13.一种采用权利要求1～9任一所述的BGA集成电阻器的汽车电子设备，其特征在于：所述汽车电子设备包括电路板，所述BGA集成电阻器集成在所述电路板上。
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