CN108493116A - 置球模块的制造方法及该方法制造的置球模块 - Google Patents

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Abstract

根据本发明提供了一种用于制造BGA封装的置球模块的方法,包括:采集所述BGA封装的成品的封装基板翘曲数据;并且基于所述采集的封装基板翘曲数据来确定所述置球模块中每个焊球容纳孔的形状和尺寸。其中,所述焊球容纳孔的形状和尺寸限定了焊球容纳孔在吸取焊球时焊球突出到所述焊球容纳孔外的长度。通过该方法制造的置球模块使得焊球被吸取到容纳孔后突出到孔外的长度与封装基板翘曲数据相匹配,从而可以显著提升置球工艺的精度。

Description

置球模块的制造方法及该方法制造的置球模块
技术领域
本发明涉及半导体器件的封装,并且尤其涉及一种用于制造BGA封装的置球模块的方法及采用该方法制造的置球模块。
背景技术
BGA(Ball Grid Array)封装,即球栅阵列封装,是在封装体基板的底部布置焊球阵列作为电路的I/O端与印刷线路板(PCB)互接的封装形式。采用该项技术封装的器件是一种表面贴装型器件。
尽管BGA封装相对于其他的封装类型具有很多优点,但是其也仍然存在一些问题。例如,在封装工艺进行到焊球装配(置球工艺)之前,由于芯片和基板的热膨胀系数(CTE)失配,在置球工艺的上游工艺步骤通常已经使得BGA封装基板在常温下呈现出较大的翘曲。因而,在随后进行的置球工艺过程中,BGA封装基板较大的翘曲可能会使得焊球最终不能被布置在期望的位置。
其原因是现有技术采用的是平的置球模块。而由于BGA封装基板翘曲的程度通常与焊球的直径相当,因此在基板翘曲较大的位置处布置焊球时,焊球实际上并不是被布置上去的,而是以一定的距离掉落在封装基板上的。因而,基板这些位置处的焊球可能会偏离期望的位置,导致焊球装配的误差。
针对这一问题,现有的解决方案是采用实验室建模的基板室温翘曲模型来设计置球模块以适配基板的翘曲。但是由于采用该方案建模的精度并不高,仍然与真实的封装基板翘曲之间存在差异。此外,该方案需要获得大量的量产数据来改善置球模块设计的精度,因而根据该方案来设计置球模块会耗费大量的时间和人力成本,影响生产效率。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出了一种基于封装成品实际测量的封装基板翘曲数据来制造置球模块的方法。
根据本发明的一个方面,提供了一种用于制造BGA封装的置球模块的方法,包括:采集所述BGA封装的成品的封装基板翘曲数据;并且基于所述采集的封装基板翘曲数据来确定所述置球模块中每个焊球容纳孔的形状和尺寸。其中,所述焊球容纳孔的形状和尺寸限定了焊球容纳孔在吸取焊球时焊球突出到所述焊球容纳孔外的长度。
通过该方法制造的置球模块使得焊球被吸取到容纳孔后突出到孔外的长度与封装基板翘曲数据相匹配,从而可以显著提升置球工艺的精度。
根据一个实施例,基于所述采集的封装基板翘曲数据来确定所述置球模块中每个焊球容纳孔的形状和尺寸包括基于与每个焊球容纳孔对应的封装基板处的翘曲数据来分别确定每个焊球容纳孔的形状和尺寸。
通过这种方式来逐个确定每个焊球容纳孔的形状和尺寸,以使得每个焊球容纳孔的设计都对应于其相应的封装基板处的翘曲数据,从而使得置球模块之后的置球工艺的精度实现最大化。
根据一个实施例,基于所述采集的封装基板翘曲数据来确定所述置球模块中每个焊球容纳孔的形状和尺寸包括:基于所述采集的封装基板翘曲数据将所述封装基板划分成多个区域,其中所述多个区域中的每个区域对应的翘曲数据的波动范围在预定阈值之内;并且基于每个区域中的平均翘曲数据来相同地确定与每个区域对应的置球模块区域中的每个焊球容纳孔的形状和尺寸。
通过这种方式,可以将封装基板按照其翘曲程度划分成多个区域,并且使得在设计与封装基板对应的置球模块时按照相应的区域来统一确定该区域内的焊球容纳孔的形状和尺寸。根据该实施例,可以在既相对于现有技术提升置球模块的精度的情况下又相对于逐焊球的设计方式节省了置球模块制造的时间成本。
根据一个实施例,所述焊球容纳孔的形状是锥形孔或桶形孔。
根据一个实施例,其中采集所述BGA封装的成品的封装基板翘曲数据是利用半导体封装缺陷影像检测设备来执行的。
半导体封装缺陷影像检测设备(例如KLA公司的ICOS系列设备,Rudolph公司的NSX系列设备等)这些都是很常用的封装测试后端使用的影像缺陷检测设备,可以很容易地从这些设备得到整个BGA封装基板上每一个球对应位置的高度来更好地反映室温下封装基板的翘曲程度。
根据本发明的另一个方面,还提供了一种根据上述方法制造的用于BGA封装的置球模块。
参照结合附图进行的说明,本发明的其他目的和效果将变得更加显而易见并且更加易于理解。
附图说明
下面将结合实施例并且参照附图更加具体地介绍和解释本发明,在附图中:
图1示出了现有技术中采用平的置球模块的示意图;
图2示出了现有技术中改进后的适配于封装基板翘曲的置球模块的示意图;
图3示出了现有技术在制造图2中的置球模块时所采用的实验室建模的室温封装基板翘曲数据;
图4示出了根据本发明的实施例的置球模块所采用的封装成品实际测量的封装基板翘曲数据;
图5示出了根据本发明的实施例的基于封装成品实际测量的封装基板翘曲数据来制造置球模块的方法的流程图;
图6示出了根据本发明的实施例的方法制造的置球模块的局部示意图,其中焊球容纳孔的形状是桶形孔;以及
图7和图8示出了根据本发明的实施例的方法制造的置球模块的局部示意图,其中焊球容纳孔的形状是锥形孔。
在附图中相同的附图标记表示相似或相应的特征和/或功能。
具体实施方式
下文中将参照附图更加具体地说明本发明的实施例。
图1示出了现有技术中采用的平的置球模块。即,置球模块中各个焊球容纳孔的形状和尺寸均为相同的,因此各个焊球容纳孔在吸取焊球后每个焊球突出到孔外的长度均相同。
但是众所周知,BGA封装基板在经过封装工艺之后会由于基板和芯片间热膨胀系数的差异在室温下展现出巨大的翘曲,这对于置球工序处于整个封装后端甚至测试后端的工艺来说是很大的挑战。并且,随着封装小型化、晶圆制程的优化以及小型化,整个封装基板的翘曲会越来越严重,甚至达到或者超过BGA球的直径。
而由于BGA封装基板翘曲的程度通常与焊球的直径相当,因此当在基板翘曲较大的位置处布置焊球时,焊球实际上并不是被布置上去的,而是以一定的距离掉落在封装基板上的。因而,基板这些位置处的焊球可能会偏离期望的位置,导致焊球装配的误差。
针对这一问题,现有的解决方案是采用实验室建模的基板室温翘曲模型来设计置球模块以适配基板的翘曲。图2示出了现有技术中采用的改进后的适配于封装基板翘曲的置球模块。
与图1所示的平的置球模块相比,图2所示的置球模块中各个焊球容纳孔的形状和尺寸有了相互的区别,以使得不同焊球容纳孔在吸取焊球时焊球突出到孔外的长度适配于封装基板的翘曲程度,从而使得改进后的置球模块能够提升置球工艺的精度。
但是,由于该方案所基于的是实验室建模的基板室温翘曲模型,采用该方案建模的精度并不高,仍然与真实的封装基板翘曲之间存在差异。例如,实验室建模的翘曲模型仅仅是对封装的印刷电路板的厚度、材质进行粗糙的估计,但是具体的封装尺寸、封装形式和工艺流程,以及印刷电路板中不同的铜线走线布局都会对实际的基板翘曲产生影响。单一的模型并不能很好地反映实际产品的翘曲数据,尤其是局部的翘曲数据。此外,该方案需要获得大量的量产数据来改善置球模块设计的精度,因而根据该方案来设计置球模块会耗费大量的时间和人力成本,影响生产效率。
结合图3可以更加清楚地理解上面提及的缺点。图3具体示出了现有技术在制造图2中的置球模块时所采用的实验室建模的室温封装基板翘曲数据。
从图3可以看出,基于实验室建模的翘曲模型的缺陷在于其过于理想化了封装基板的翘曲分布。基本上该模型中的翘曲分布按照同心圆的分布形式,即,离基板中心相同距离的位置处的翘曲程度近似于相同。但是,这种翘曲模型实际上并没有真正反映实际产品的翘曲分布,尤其是在某些局部位置处的翘曲程度可能受到印刷电路板中特定的铜线走线布局的影响而并没有呈现图3所示的同心圆的翘曲分布形式。
有鉴于此,本发明提出了一种基于封装成品实际测量的封装基板翘曲数据来制造置球模块的方法。
具体而言,本发明的发明人在实践中发现可以利用封装测试后端工序中常规的半导体封装缺陷影像检测设备来采集BGA封装的成品的封装基板翘曲数据。半导体封装缺陷影像检测设备例如是KLA公司的ICOS系列设备,或者Rudolph公司的NSX系列设备等。这些都是很常用的封装测试后端使用的影像缺陷检测设备,从这些设备可以容易地得到整个BGA封装基板上每一个球对应位置的高度来更好地反映室温下封装基板的翘曲程度。
图4示出了根据本发明的实施例的置球模块所采用的封装成品实际测量的封装基板翘曲数据。如上所述,该封装基板翘曲数据是利用半导体封装缺陷影像检测设备获得的,并且与图3相比,可以看出其反映了真实的封装基板的翘曲数据,因为图4所示的数据不是通过实验模型估计出来的,而是真正的成品在室温下测量的翘曲数据。
图5示出了根据本发明的实施例的基于封装成品实际测量的封装基板翘曲数据来制造置球模块的方法50的流程图。
首先在方框51处,采集BGA封装的成品的封装基板翘曲数据。如上所述,该封装基板翘曲数据例如可以是利用半导体封装缺陷影像检测设备获得的。
之后,在方框52处,基于所述采集的封装基板翘曲数据来确定所述置球模块中每个焊球容纳孔的形状和尺寸。
结合图6至图8可以更清楚地理解根据本发明的方法50,其中图6示出了根据本发明的实施例的方法来制造的置球模块的局部示意图,其中焊球容纳孔的形状是桶形孔。而与之相比,图7和图8示出了根据本发明的实施例的方法制造的置球模块的局部示意图,其中焊球容纳孔的形状是锥形孔。本领域技术人员应当理解的是,尽管业界常见的设计为锥形孔设计,但是置球模块的供应商可根据本发明所提到的方法得到的BGA封装基板翘曲的数据对模板的焊球容纳孔的形状进行适应性的改进。
从图6至图8可以看出,方法50中方框52处所执行的基于所述采集的封装基板翘曲数据来确定所述置球模块中每个焊球容纳孔的形状和尺寸的目的在于:基于所述采集的封装基板翘曲数据所确定的每个焊球容纳孔的形状和尺寸,限定了该焊球容纳孔在吸取焊球时焊球突出到所述焊球容纳孔外的长度。
在图6中作为例子示出了三个桶形焊球容纳孔,其中右侧的焊球容纳孔的尺寸被设计成焊球被真空吸取到该孔中之后进入的深度h”仅仅为50μm,而突出到孔外的长度为350μm(假设在该工艺中所采用的焊球直径为400μm)。中间的焊球容纳孔的尺寸被设计成焊球被吸取到该孔中之后进入的深度h’为250μm,而突出到孔外的长度为150μm。左侧的焊球容纳孔的尺寸被设计成焊球被吸取到该孔中之后进入的深度h为350μm,而突出到孔外的长度为50μm。
通过该方法制造的置球模块使得焊球被吸取到容纳孔后突出到孔外的长度与封装基板翘曲数据相匹配,从而可以显著提升置球工艺的精度。
图7中作为例子示出了三个锥形焊球容纳孔。与图6的桶形孔相比,锥形孔的顶边与底边并不是平行的,而是存在夹角θ。在不同夹角的情况下,焊球容纳孔所能实现的焊球被吸取到该孔中之后突出到孔外的最大长度也会不同。例如,参见图7和图8的对比,在从图7的夹角θ变为图8的夹角θ’的情况下,所能实现的焊球突出到孔外的最大长度从350μm变成了例如300μm。
本领域技术人员应当能够理解的是,根据不同的产品需求,可以采用不同容纳孔形状,并且在采用锥形孔的情况下也可以选择不同夹角以使得焊球被吸取到该孔中之后突出到孔外的长度能够适合于所得到的封装基板的翘曲数据。
根据一个实施例,图5的方框52中基于所述采集的封装基板翘曲数据来确定所述置球模块中每个焊球容纳孔的形状和尺寸可以包括:基于与每个焊球容纳孔对应的封装基板处的翘曲数据来分别确定每个焊球容纳孔的形状和尺寸。
通过这种方式来逐个确定每个焊球容纳孔的形状和尺寸,以使得每个焊球容纳孔的设计都对应于其相应的封装基板位置处的翘曲数据,从而使得置球模块之后进行的置球工艺的精度实现最大化。
而根据另一个实施例,图5的方框52中基于所述采集的封装基板翘曲数据来确定所述置球模块中每个焊球容纳孔的形状和尺寸可以包括:基于所述采集的封装基板翘曲数据将所述封装基板划分成多个区域,其中所述多个区域中的每个区域对应的翘曲数据的波动范围在预定阈值之内;并且基于每个区域中的平均翘曲数据来相同地确定与每个区域对应的置球模块区域中的每个焊球容纳孔的形状和尺寸。
通过这种方式,可以将封装基板按照其翘曲程度划分成多个区域,并且使得在设计与封装基板对应的置球模块时按照相应的区域来统一确定该区域内的焊球容纳孔的形状和尺寸。根据该实施例,可以在既相对于现有技术提升置球模块的精度的情况下又相对于逐焊球的设计方式节省了置球模块制造的时间成本。
在不脱离本发明的范围的情况下,本领域技术人员可以根据置球工艺的精度和制造成本等多方面的因素来选择适合的实施方式。在不脱离本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员可以对本发明做出各种修改或者变型,这都应当落入本发明的保护范围之内。
应当注意上述实施例示意而非限制本发明并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求范围的情况下应当能够设计出各种替代实施例。在权利要求书中,不应该将括号中的任何附图标记理解成是对权利要求的限制。词语“包括”并不排除存在权利要求或说明书中没有列举的元件或步骤。元件之前的词语“一”或“一个”并不排除存在多个这种元件。在列举了几个单元的系统权利要求中,这些元件中的几种可以由同一类软件和/或硬件来实施。使用词语“第一”、“第二”和“第三”等并不表示任何顺序关系。应当将这些词语理解成名称。

Claims (7)

1.一种用于制造BGA封装的置球模块的方法(50),包括:
采集(51)所述BGA封装的成品的封装基板翘曲数据;并且
基于所述采集的封装基板翘曲数据来确定(52)所述置球模块中每个焊球容纳孔的形状和尺寸,
其中,所述焊球容纳孔的形状和尺寸限定了焊球容纳孔在吸取焊球时焊球突出到所述焊球容纳孔外的长度。
2.根据权利要求1所述的方法,其中基于所述采集的封装基板翘曲数据来确定所述置球模块中每个焊球容纳孔的形状和尺寸包括:
基于与每个焊球容纳孔对应的封装基板处的翘曲数据来分别确定每个焊球容纳孔的形状和尺寸。
3.根据权利要求1所述的方法,其中基于所述采集的封装基板翘曲数据来确定所述置球模块中每个焊球容纳孔的形状和尺寸包括:
基于所述采集的封装基板翘曲数据将所述封装基板划分成多个区域,其中所述多个区域中的每个区域对应的翘曲数据的波动范围在预定阈值之内;并且
基于每个区域中的平均翘曲数据来相同地确定与每个区域对应的置球模块区域中的每个焊球容纳孔的形状和尺寸。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法,
其中所述焊球容纳孔的形状是锥形孔或桶形孔。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的方法,
其中采集所述BGA封装的成品的封装基板翘曲数据是利用半导体封装缺陷影像检测设备来执行的。
6.根据权利要求5所述的方法,其中
所述半导体封装缺陷影像检测设备包括KLA公司的ICOS系列设备和Rudolph公司的NSX系列设备。
7.一种根据权利要求1-6中任一项所述的方法制造的用于BGA封装的置球模块。
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