CN106971951B - 一种用于CuCGA器件的植柱方法 - Google Patents

一种用于CuCGA器件的植柱方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106971951B
CN106971951B CN201710212107.6A CN201710212107A CN106971951B CN 106971951 B CN106971951 B CN 106971951B CN 201710212107 A CN201710212107 A CN 201710212107A CN 106971951 B CN106971951 B CN 106971951B
Authority
CN
China
Prior art keywords
copper post
column
pad
plant
array
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710212107.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106971951A (zh
Inventor
赵智力
刘鑫
白宇慧
王敏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin University of Science and Technology
Original Assignee
Harbin University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin University of Science and Technology filed Critical Harbin University of Science and Technology
Priority to CN201710212107.6A priority Critical patent/CN106971951B/zh
Publication of CN106971951A publication Critical patent/CN106971951A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106971951B publication Critical patent/CN106971951B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/11—Manufacturing methods
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies
    • H01L24/741—Apparatus for manufacturing means for bonding, e.g. connectors
    • H01L24/742—Apparatus for manufacturing bump connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/11—Manufacturing methods
    • H01L2224/111—Manufacture and pre-treatment of the bump connector preform
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/74—Apparatus for manufacturing arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and for methods related thereto
    • H01L2224/741—Apparatus for manufacturing means for bonding, e.g. connectors
    • H01L2224/742—Apparatus for manufacturing bump connectors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electric Connection Of Electric Components To Printed Circuits (AREA)

Abstract

一种用于CuCGA器件的植柱方法。本发明涉及微电子封装技术领域，具体涉及一种CGA器件的植柱方法。为解决CuCGA器件阵列铜柱植柱难度大、植柱质量受现有植柱装置影响而表现出的焊接传热问题、焊点气孔问题。本发明首先在阵列排布的焊盘上印刷焊锡膏，并通过回流焊实现焊盘上的植球；将铜柱代替钻头装夹于微型高精度钻床的夹头中，并使铜柱位于待植柱焊盘上方并与焊盘中心对中后，利用钻床带动铜柱旋转并下压钻入焊球内预定深度后，停止铜柱的运动，至焊球冷却后夹头打开并提起，铜柱留在焊盘上焊球中，完成单个铜柱的植柱；然后重复植柱步骤以实现每个阵列排布的焊盘上的铜柱的植柱过程，并保证植柱后阵列铜柱露出端共面。本发明用于CuCGA器件的植柱。

Description

一种用于CuCGA器件的植柱方法
技术领域
本发明涉及微电子封装技术领域，具体涉及一种CGA器件的植柱方法。
背景技术
高密度、无铅化、高可靠性封装是近年电子产品制造的努力方向。面阵列排布焊点的封装形式在单位面积上的输入/输出(I/O)数量较周边引脚封装形式呈现几何级数的增加，促进了高密度封装技术的发展。但器件的可靠性却并没有得到同步提高，依据加速寿命试验数据和分析，由于引脚对应力的吸收作用，周边引脚封装形式的典型器件QFP(QuadFlat Package)的焊点疲劳寿命大约是常用无引脚面阵列封装形式的典型器件PBGA(Plastic Ball Grid Array)焊点的2-3倍。
由于面阵列封装器件的热疲劳寿命随封装尺寸增加而降低，对于高频率、高功率、高I/O的大芯片封装以及高可靠性要求的航空、航天、军工用电子器件封装，通常需要采用CGA(Column Grid Array)封装形式替代BGA(Ball Grid Array)封装，以借助高度更高的钎料柱来提高器件的散热能力并有效缓解陶瓷芯片载体基板与树脂印刷电路板之间TCE(Thermal Coefficient of Expansion)差异引起的应力。尽管如此，采用钎料柱的大芯片CCGA(Ceramic Column Grid Array)器件的平均寿命较小尺寸芯片CBGA(Ceramic BallGrid Array)器件寿命约低1000个循环，甚至更差。
同时，CCGA器件的高铅钎料柱互连并不符合无铅化封装的要求，CGA封装的应用处于尴尬境地。IBM公司于2005年采用铜柱(所述“铜柱”为铜圆柱)代替高铅钎料柱，称为陶瓷铜柱栅阵列(CuCGA-Ceramic Copper Column Grid Array)封装，由于热循环期间柔韧铜柱易于挠曲变形，互连内部的应力能够被部分释放，因此，铜柱互连的CuCGA器件较钎料柱互连的CCGA器件的热疲劳寿命显著提高。
钎料柱或铜柱在焊接前必须首先阵列垂直排布于印刷有焊锡膏的阵列排布的焊盘上，但目前的应用现状是，焊柱高度大、直径小、稳定性差的特点使得CGA器件的植柱工艺难度远大于BGA器件的植球工艺。CuCGA器件的植柱问题更是已经成为该高可靠性器件推广应用的瓶颈。目前的植柱方法存在以下问题：
目前现有植柱方法大多依靠单个金属钢网或多片金属钢网叠合、并设置压块进行焊接前及焊接过程中焊柱的对中和相对位置固定，其焊前焊柱放入钢网孔中和焊后金属钢网的拆卸所需间隙(钢网孔内径与焊柱外径之间的间隙)的存在使焊柱的垂直度、对中及固定效果变差(铜柱较钎料柱受影响程度更大)，焊柱放入金属钢网时及焊后钢网拆卸时还容易刮伤焊柱、使焊柱打弯，最终植柱质量、焊点成型质量及阵列焊柱端面的共面性均难以保证，同时金属钢网的制作成本也较高；另外焊接过程中钢网植柱装置的存在直接影响热源热量有效的传递到各焊接位置和焊锡膏中助焊剂气体的散发，导致回流焊工艺调试的难度加大和焊点气孔率的增加。
发明内容
本发明为了解决现有CuCGA器件阵列铜柱植柱难度大、植柱质量受植柱装置影响而导致的焊接传热问题、焊点气孔问题。
一种用于CuCGA器件的植柱方法，包括以下步骤：
步骤1、在阵列排布的焊盘上印刷焊锡膏；
步骤2、通过回流焊实现阵列排布的焊盘上的植球；
步骤3、单个铜柱的植柱：
事先准备端头涂覆有助焊剂的铜柱；将铜柱代替钻头装夹于微型高精度钻床的夹头中，通过程序控制待植柱焊盘所在的基板运动，使铜柱位于待植柱焊盘上方并与焊盘中心对中后，利用钻床带动铜柱旋转同时向焊盘上的焊球运动，随后铜柱端部下压钻入焊球内预定深度S后，停止铜柱的运动，随后铜柱保持静止直至焊球冷却；铜柱镶嵌到钎料焊球当中；
打开并提起钻床夹头，使铜柱留在焊盘上的钎料焊球中，完成单个铜柱的植柱过程；
步骤4、阵列铜柱的植柱：
以相同尺寸参数和工艺参数重复上述步骤3的过程，逐个实现每个阵列排布焊盘上的铜柱的植柱过程，并保证植柱后阵列铜柱露出端共面。
优选地，所述阵列排布的焊盘为印刷电路板上阵列排布的焊盘或芯片载体基板上阵列排布的焊盘；所述植柱方法适用于二级封装中印刷电路板上阵列排布的焊盘或芯片载体基板上阵列排布的焊盘上的植柱，也适用于一级封装中芯片载体基板上阵列排布的焊盘上的植柱。
优选地，步骤2所述的植球过程中形成的焊球高度h大于等于焊盘直径D的3/4。
优选地，步骤2所述的回流焊植球过程在高于焊锡膏中钎料熔点20℃～40℃的温度范围内进行回流焊接。
优选地，步骤3所述的铜柱是植柱前依据标准制备的统一规格尺寸的铜柱，优选地，铜柱直径d不超过焊盘直径D的1/3，且铜柱的长径比范围为6～16。
优选地，步骤3中将铜柱代替钻头装夹于微型高精度钻床的夹头中，铜柱露出装夹夹头的长度范围为焊球高度h的1.5～2.0倍，且在每个阵列铜柱的植柱过程中该参数保持一致，以确保铜柱刚度足够、不打弯。
优选地，步骤1所述的焊锡膏中的钎料种类为SnCu系、SnAg系、SnAgCu系、SnBi系、SnZn系、SnSb系、SnIn系软钎料中的任意一种。
优选地，步骤3所述利用钻床带动铜柱旋转的旋转速度范围为1000转/分钟～2500转/分钟。
优选地，步骤3所述的铜柱端部下压钻入焊球内预定深度为S，h为焊球高度。
优选地，步骤3所述铜柱端部钻入焊球的过程实际伴随发生铜柱与焊球之间通过挤压镶嵌形成连接的过程和局部界面通过高温扩散形成连接的过程，从而在焊球冷却后使得铜柱镶嵌到焊球当中。
本发明具有以下有益效果：
第一，本发明每个铜柱的定位及植柱连接一次性实现，其植柱及连接过程中不需在阵列铜柱之间设置金属钢网等植柱装置，故不存在植柱连接中热源热量传递受钢网阻挡、焊接工艺难调试、进而影响植柱质量的问题。
第二，本发明每个铜柱的定位及植柱连接一次性实现，其植柱及连接过程中不需在阵列铜柱之间设置金属钢网等植柱装置，故不存在植柱连接中钢网阻碍焊盘上焊锡膏中助焊剂气体的有效散发而造成焊点气孔率增加的问题，本发明的铜柱植柱后的焊点气孔率可降至0％。
第三，本发明每个铜柱的定位及植柱连接一次性实现，其植柱及连接过程中不需在阵列铜柱之间设置金属钢网等植柱装置，故不存在焊柱因植柱装置焊后拆卸等工序而被刮伤和发生弯曲，铜柱露出端的共面性可显著改善。
第四，本发明每个铜柱的定位及植柱连接一次性实现，其植柱及连接过程中不需在阵列铜柱之间设置金属钢网等植柱装置，不存在每种阵列规格的器件定制一套高精度植柱模具装置，成本降低，适于多种规格器件的生产。
第五，本发明通过程序控制铜柱与焊盘的对中，植柱后焊柱的位置度好，植柱质量和焊点成型质量可因此显著提高。
第六，本发明的植柱过程能够始终保持铜柱与焊盘相互垂直的位置关系，不存在因铜柱与钢网孔间隙可能引起的垂直度降低的问题，同时形成较高接合强度，所植铜柱的垂直度和牢固度得到保证，植柱质量和焊点成型质量可因此显著提高。
附图说明
图1为具体实施方式一中单个铜柱植柱后的示意图；
图2为具体实施方式二中单个铜柱植柱后的示意图；
图3为实施例1中铜柱植柱后、双面一次回流焊后形成的单个互连结构的纵切面示意图；
图4为实施例2中铜柱植柱后、双面一次回流焊后形成的单个互连结构的纵切面示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：
一种用于CuCGA器件的植柱方法，包括以下步骤：
步骤1、在印刷电路板阵列排布的焊盘上印刷焊锡膏；
与传统BGA植球工艺相同，在阵列排布的焊盘上借助成熟的模板印刷工艺印刷足够量焊锡膏；
步骤2、通过回流焊实现阵列排布的焊盘上的植球；焊锡膏被加热熔化，由于表面张力的作用，在焊盘上润湿并形成阵列排布的焊球；
步骤3、单个铜柱的植柱：
事先准备端头涂覆有助焊剂的铜柱；将铜柱代替钻头装夹于微型高精度钻床的夹头中，通过程序控制印刷电路板运动，使铜柱位于待植柱焊盘上方并与焊盘中心对中后，利用钻床带动铜柱旋转同时向焊盘上的焊球运动，随后铜柱端部缓慢下压钻入焊球内预定深度S后，停止铜柱的运动，随后铜柱保持静止直至焊球冷却；由于经历了铜柱旋转、下压并钻入焊球内预定深度的过程及冷却的过程，铜柱与焊球钎料之间的界面产生摩擦热及挤压，界面温度升高，钎料经历温度升高膨胀和温度降低收缩，铜柱镶嵌并初步连接到钎料焊球中，所述铜柱的植柱连接是铜柱与钎料之间挤压镶嵌连接机制和局部区域的扩散连接机制综合作用的结果；
打开并提起钻床夹头，使铜柱留在焊盘上的钎料焊球中，完成单个铜柱的植柱过程；
单个铜柱植柱后的示意图如图1所示，A为铜柱；B为焊锡膏回流焊后形成的焊球；C为印刷电路板；E为印刷电路板上的金属膜焊盘。
步骤4、阵列铜柱的植柱：
以相同尺寸参数和工艺参数重复上述步骤3的过程，逐个实现每个阵列排布焊盘上的铜柱的植柱过程，并保证植柱后阵列铜柱露出端共面。
本发明可用于实现高可靠性要求的面阵列封装器件及大芯片面阵列封装器件阵列铜柱的高质量植柱。
具体实施方式二：
一种用于CuCGA器件的植柱方法，包括以下步骤：
步骤1、在芯片载体基板阵列排布的焊盘上印刷焊锡膏；
与传统BGA植球工艺相同，在阵列排布的焊盘上借助成熟的模板印刷工艺印刷足够量焊锡膏；
步骤2、通过回流焊实现阵列排布的焊盘上的植球；焊锡膏被加热熔化，由于表面张力的作用，在焊盘上润湿并形成阵列排布的焊球；
步骤3、单个铜柱的植柱：
事先准备端头涂覆有助焊剂的铜柱；将铜柱代替钻头装夹于微型高精度钻床的夹头中，通过程序控制芯片载体基板运动，使铜柱位于待植柱焊盘上方并与焊盘中心对中后，利用钻床带动铜柱旋转同时向焊盘上的焊球运动，随后铜柱端部下压钻入焊球内预定深度S后，停止铜柱的运动，随后铜柱保持静止直至焊球冷却；由于经历了铜柱旋转、下压并钻入焊球内预定深度的过程及冷却的过程，铜柱与焊球钎料之间的界面产生摩擦热及挤压，界面温度升高，钎料经历温度升高膨胀和温度降低收缩，铜柱镶嵌并初步连接到钎料球中，所述铜柱的植柱连接是铜柱与钎料之间的挤压镶嵌连接机制和局部区域的扩散连接机制综合作用的结果；
打开并提起钻床夹头，使铜柱留在焊盘上的钎料焊球中，完成单个铜柱的植柱过程；
单个铜柱植柱后的示意图如图2所示，A为铜柱；B为焊锡膏回流焊后形成的焊球；D为芯片载体基板；E为芯片载体基板上的金属膜焊盘。
步骤4、阵列铜柱的植柱：
以相同尺寸参数和工艺参数重复上述步骤3的过程，逐个实现每个阵列排布焊盘上的铜柱的植柱过程，并保证植柱后阵列铜柱露出端共面。
本发明可用于实现高可靠性要求的面阵列封装器件及大芯片面阵列封装器件阵列铜柱的高质量植柱。
具体实施方式三：
本实施方式步骤2所述的植球过程中形成的焊球高度h大于等于焊盘直径D的3/4。
其他步骤和参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：
本实施方式步骤2所述的回流焊植球过程在高于焊锡膏中钎料熔点20℃～40℃的温度范围内进行回流焊接。
其他步骤和参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：
本实施方式步骤3所述的铜柱是植柱前依据标准制备的统一规格尺寸的铜柱，且铜柱直径d不超过焊盘直径D的1/3，且铜柱的长径比范围为6～16。
其他步骤和参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：
本实施方式步骤3中将铜柱代替钻头装夹于微型高精度钻床的夹头中，铜柱露出装夹夹头的长度范围为焊球高度h的1.5～2.0倍，且在每个阵列铜柱的植柱过程中该参数保持一致，以确保铜柱刚度足够、不打弯。
其他步骤和参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：
本实施方式步骤1所述的焊锡膏中的钎料种类为SnCu系、SnAg系、SnAgCu系、SnBi系、SnZn系、SnSb系、SnIn系软钎料中的任意一种，也可以是其他软钎料中的一种。
其他步骤和参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：
本实施方式步骤3所述利用钻床带动铜柱旋转的旋转速度范围为1000转/分钟～2500转/分钟。焊锡膏中钎料的熔点越低，则选择的转速越低。
其他步骤和参数与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：
本实施方式步骤3所述的铜柱端部下压钻入焊球内预定深度为S，h为焊球高度。
其他步骤和参数与具体实施方式一至八之一相同。
实施例
实施例1：
CuCGA器件阵列焊柱互连结构中的单个铜柱互连结构可参见图3。其中，1为圆柱形铜柱；2为植柱及随后回流焊工序在阵列铜柱两端形成的钎焊圆角；针对二级封装中面阵列铜柱的植柱情况，3和4分别为芯片载体基板、印刷电路板，5表示芯片载体基板上的金属膜焊盘或印刷电路板上的金属膜焊盘。
以二级封装中面阵列铜柱的植柱情况为例说明，CuCGA器件阵列铜柱互连结构工艺过程主要包括前期的阵列铜柱在印刷电路板阵列排布焊盘上的植柱过程和后期的所植阵列铜柱的另一端与芯片载体基板上阵列排布焊盘及其上焊锡膏的回流焊接过程。
针对的前期植柱工艺过程，本发明所述一种用于CuCGA器件的植柱方法，包括以下步骤：
步骤一、依据设计标准，制备符合印刷电路板焊盘直径D的统一规格尺寸的铜柱，铜柱直径为d(d<D/3)，铜柱高度为l、长径比为10；并在铜柱的端头上涂覆常规助焊剂，在铜柱的长度方向上，助焊剂的涂覆长度大于铜柱钻入焊球内的预定深度S；
步骤二、在阵列排布的焊盘上印刷焊锡膏：
与传统BGA植球工艺相同，在印刷电路板上阵列排布的焊盘上借助成熟的模板印刷工艺印刷等量、且足够量的无铅焊锡膏(锡膏印刷量应使回流焊后焊球高度h不低于3/4倍的焊盘直径D)，焊锡膏中钎料的种类为SnAgCu系软钎料；
步骤三、通过回流焊实现阵列排布的焊盘上的植球：
采用常规设备及设置常规回流工艺温度曲线进行无铅锡膏在印刷电路板阵列排布焊盘上的回流焊接，其中，回流工艺曲线的峰值温度可在钎料熔点以上35℃，焊锡膏在焊盘上润湿并形成阵列焊球，植球工艺完成；
步骤四、单个铜柱的植柱：
将端头涂覆常规助焊剂的铜柱代替钻头装夹于微型高精度钻床的夹头中，铜柱露出装夹夹头的长度为焊球高度h的1.8倍，且在每个阵列铜柱的植柱过程中该参数保持一致。通过程序控制印刷电路板运动，使铜柱位于待植柱焊盘上方并与焊盘中心对中后，铜柱以1700转/分钟的转速回转的同时向焊盘上的焊球运动、下压钻入预定深度后停止铜柱的运动，随后铜柱保持静止直至焊球冷却；期间焊球中钎料在旋转摩擦产热及挤压的作用下经历温度升高膨胀和温度降低收缩，铜柱镶嵌连接到钎料球当中；钻床夹头打开并提起、铜柱留在焊盘上的钎料焊球中，完成单个铜柱的植柱过程；
步骤五、阵列铜柱的植柱：
以相同尺寸参数和工艺参数重复上述步骤四的过程，逐个实现每个阵列排布焊盘上的铜柱的植柱过程，并保证植柱后阵列铜柱露出端共面。
首选在印刷电路板上进行植柱，然后再完成所植阵列铜柱的另一端与芯片载体基板上阵列排布焊盘及其上焊锡膏之间的回流焊接过程，在此期间，前述植柱部位也同时处于相同加热环境中并在界面形成更牢固的软钎焊连接，从而实现阵列铜柱两端的互连(即双面回流焊接)，这样对芯片以及芯片载体基板无机械力的冲击作用，对芯片具有保护作用。也可采用本实施例所述的步骤首先在芯片载体基板上进行植柱，然后再完成后期的所植阵列铜柱的两端与两侧基板上阵列焊盘及其上焊锡膏之间的回流焊接过程，实现互连。
实施例2：
CuCGA器件阵列铜柱互连结构形式除可用于二级封装芯片载体基板和印刷电路板之间的连接外，还可用于一级封装芯片和芯片载体基板之间的连接。一级封装的阵列焊柱互连结构中的单个铜柱互连结构参见图4，其中，1为圆柱形铜柱；2为植柱及随后回流焊工序在阵列铜柱两端形成的钎焊圆角；31和41分别为芯片、芯片载体基板，51为芯片上的金属膜焊盘或芯片载体基板上的金属膜焊盘。
以一级封装中面阵列铜柱的植柱情况为例说明，CuCGA器件阵列铜柱互连结构工艺过程主要包括前期的芯片载体基板阵列排布焊盘上的铜柱的植柱过程和后期的所植阵列铜柱的另一端与芯片正面阵列排布的焊盘及其上焊锡膏之间的回流焊接过程。
针对前期植柱工艺过程，本发明所述一种用于CuCGA器件的植柱方法包括以下步骤：
步骤一、依据设计标准，制备符合芯片载体基板焊盘直径D1的统一规格尺寸的铜柱，铜柱直径为d1(d1<D1/3)，铜柱高度为l1、长径比为8；并在铜柱的端头上涂覆常规助焊剂，在铜柱的长度方向上，助焊剂的涂覆长度大于铜柱钻入焊球内的预定深度S1；
步骤二、在阵列排布的焊盘上印刷焊锡膏：
与传统倒装芯片凸点制作的植球工艺相同，在芯片载体基板阵列排布的焊盘上借助成熟的模板印刷工艺印刷等量、且足够量的无铅焊锡膏(锡膏印刷量应使回流焊后焊球高度h1不低于3/4倍焊盘直径D1)，焊锡膏中钎料的种类可为SnSb系软钎料；
步骤三、通过回流焊实现阵列排布的焊盘上的植球：
采用常规设备及设置常规回流工艺温度曲线进行无铅锡膏在芯片载体基板阵列排布焊盘上的回流焊接，其中，回流工艺曲线的峰值温度可在钎料熔点以上25℃，焊锡膏在焊盘上润湿并形成阵列焊球，植球工艺完成；
步骤四、单个铜柱的植柱：
将端头涂覆常规助焊剂的铜柱代替钻头装夹于微型高精度钻床的夹头中，铜柱露出装夹夹头的长度范围为焊球高度h1的1.5倍，且在每个阵列铜柱的植柱过程中该参数保持一致。通过程序控制芯片载体基板运动，使铜柱位于待植柱焊盘上方并与焊盘中心对中后，铜柱以1350转/分钟的转速回转的同时向焊盘上的焊球运动、缓慢下压钻入预定深度S1＝h1-0.1mm后停止铜柱的运动，随后铜柱保持静止直至焊球冷却；期间焊球中钎料在旋转摩擦产热及挤压的作用下经历温度升高膨胀和温度降低收缩，铜柱镶嵌连接到钎料焊球当中；钻床夹头打开并提起、铜柱留在焊盘上的钎料焊球中，完成单个铜柱的植柱过程；
步骤五、阵列铜柱的植柱：
以相同尺寸参数和工艺参数重复上述步骤四的过程，逐个实现每个阵列排布焊盘上的铜柱的植柱过程，并保证植柱后阵列铜柱露出端共面。
选择在芯片载体基板上进行植柱，然后再完成所植阵列铜柱的另一端与芯片正面阵列焊盘及其上焊锡膏之间的回流焊接过程，在此期间，前述植柱部位也同时处于相同加热环境中并在界面形成更牢固的软钎焊连接，从而实现阵列铜柱两端的互连(即双面回流焊接)，对芯片无机械力的冲击作用，对芯片具有保护作用。

Claims (9)

1.一种用于CuCGA器件的植柱方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在阵列排布的焊盘上印刷焊锡膏；
步骤2、通过回流焊实现阵列排布的焊盘上的植球；
步骤3、单个铜柱的植柱：
事先准备端头涂覆有助焊剂的铜柱；将铜柱代替钻头装夹于微型高精度钻床的夹头中，控制待植柱焊盘所在的基板运动，使铜柱位于待植柱焊盘上方并与焊盘中心对中后，利用钻床带动铜柱旋转同时向焊盘上的焊球运动，随后铜柱端部下压并钻入焊球内预定深度S后，停止铜柱的运动，随后铜柱保持静止直至焊球冷却；铜柱镶嵌到钎料焊球当中；
打开并提起钻床夹头，使铜柱留在焊盘上的钎料焊球中，完成单个铜柱的植柱过程；
所述铜柱端部钻入焊球的过程伴随发生铜柱与焊球之间通过挤压镶嵌形成连接的过程和局部界面通过高温扩散形成连接的过程；
步骤4、阵列铜柱的植柱：
重复上述步骤3的过程，逐个实现每个阵列排布焊盘上的铜柱的植柱过程，并保证植柱参数相同以使植柱后阵列铜柱露出端共面。
2.根据权利要求1所述的一种用于CuCGA器件的植柱方法，其特征在于，所述阵列排布的焊盘为印刷电路板上阵列排布的焊盘或芯片载体基板上阵列排布的焊盘；所述植柱方法适用于二级封装中印刷电路板上阵列排布的焊盘或芯片载体基板上阵列排布的焊盘上的植柱，也适用于一级封装中芯片载体基板上阵列排布的焊盘上的植柱。
3.根据权利要求2所述的一种用于CuCGA器件的植柱方法，其特征在于，步骤2所述的植球过程中形成的焊球高度h大于等于焊盘直径D的3/4。
4.根据权利要求3所述的一种用于CuCGA器件的植柱方法，其特征在于，步骤2所述的回流焊植球过程在高于焊锡膏中钎料熔点20℃～40℃的温度范围内进行回流焊接。
5.根据权利要求4所述的一种用于CuCGA器件的植柱方法，其特征在于，步骤3所述的铜柱是植柱前依据标准制备的统一规格尺寸的铜柱，且铜柱直径d不超过焊盘直径D的1/3，且铜柱的长径比范围为6～16。
6.根据权利要求5所述的一种用于CuCGA器件的植柱方法，其特征在于，步骤3中将铜柱代替钻头装夹于微型高精度钻床的夹头中，铜柱露出装夹夹头的长度范围为焊球高度h的1.5～2.0倍。
7.根据权利要求6所述的一种用于CuCGA器件的植柱方法，其特征在于，步骤1所述的焊锡膏中的钎料种类为SnCu系、SnAg系、SnAgCu系、SnBi系、SnZn系、SnSb系、SnIn系软钎料中的任意一种。
8.根据权利要求7所述的一种用于CuCGA器件的植柱方法，其特征在于，步骤3所述利用钻床带动铜柱旋转的旋转速度范围为1000转/分钟～2500转/分钟。
9.根据权利要求8所述的一种用于CuCGA器件的植柱方法，其特征在于，步骤3所述的下压钻入焊球内预定深度为S，h为焊球高度。
CN201710212107.6A 2017-03-31 2017-03-31 一种用于CuCGA器件的植柱方法 Active CN106971951B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710212107.6A CN106971951B (zh) 2017-03-31 2017-03-31 一种用于CuCGA器件的植柱方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710212107.6A CN106971951B (zh) 2017-03-31 2017-03-31 一种用于CuCGA器件的植柱方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106971951A CN106971951A (zh) 2017-07-21
CN106971951B true CN106971951B (zh) 2019-02-05

Family

ID=59336617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710212107.6A Active CN106971951B (zh) 2017-03-31 2017-03-31 一种用于CuCGA器件的植柱方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106971951B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107498127B (zh) * 2017-08-30 2019-05-03 哈尔滨理工大学 一种旋转预热摩擦微焊接方法
CN110197796B (zh) * 2019-05-07 2020-12-01 哈尔滨理工大学 一种基于毛细填缝效应的cga器件焊柱成形方法
CN110085521B (zh) * 2019-05-10 2020-12-25 哈尔滨理工大学 一种用于CuCGA器件封装的超声辅助植柱方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7713575B2 (en) * 2006-03-31 2010-05-11 International Business Machines Corporation Method and apparatus for depositing coplanar microelectronic interconnectors using a compliant mold
CN201893320U (zh) * 2010-09-17 2011-07-06 北京时代民芯科技有限公司 一种陶瓷柱栅阵列封装植柱装置
CN102136436B (zh) * 2010-12-17 2012-11-21 无锡中微高科电子有限公司 用于集成电路封装的焊柱焊接方法
CN102148215B (zh) * 2011-01-21 2012-06-06 哈尔滨理工大学 提高ccga 器件软钎焊焊点可靠性的互连结构及实现方法
CN105355573B (zh) * 2015-11-04 2017-11-21 苏州启微芯电子科技有限公司 Ccga自动植柱机

Also Published As

Publication number Publication date
CN106971951A (zh) 2017-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106971951B (zh) 一种用于CuCGA器件的植柱方法
EP0624053B1 (en) Mounting device and method of connecting miniaturized electronic components by bump connections
CN106847772B (zh) 用于陶瓷外壳的无助焊剂倒装焊方法
JPH08213505A (ja) 基板上にソルダを形成する方法
CN102151927B (zh) 一种封装集成电路的焊柱焊接方法
CN102136436B (zh) 用于集成电路封装的焊柱焊接方法
KR20030077588A (ko) 전자 구조체 및 그 형성 방법
US7242084B2 (en) Apparatuses and associated methods for improved solder joint reliability
CN110197796A (zh) 一种基于毛细填缝效应的cga器件焊柱成形方法
JPH11111763A (ja) 現場はんだ伸長を使用したセラミック・ボール・グリッド・アレイ
CN110085521A (zh) 一种用于CuCGA器件封装的超声辅助植柱方法
JP2013110402A (ja) リフローフィルム、はんだバンプ形成方法、はんだ接合の形成方法及び半導体装置
CN1228826C (zh) 高低熔点球栅阵列结构
JP2008171992A (ja) 半導体部品の実装方法
KR100771360B1 (ko) 패키지용 회로기판의 제조방법
JP4283091B2 (ja) 電子部品の実装方法
JP4946965B2 (ja) 電子部品実装装置及びその製造方法
CN107708329B (zh) 一种一次回流同时实现bga植球和组装的方法
CN111128913A (zh) 一种芯片的倒装焊接封装结构及其方法
CN105448872A (zh) 一种改进的芯片连接结构及其制作工艺
JP3430138B2 (ja) パッケージの実装方法
JP7410444B1 (ja) 電子装置の製造方法および電子装置
JP2000151086A (ja) プリント回路ユニット及びその製造方法
CN112705809B (zh) 一种针栅式红外探测器外壳的装架方法及装架模具
JP2001085832A (ja) 電子部品実装構造とその実装方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant