CN110660679A - 接合电子元件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种接合电子元件的方法，包含以下操作：提供线路基板，其具有顶表面及与顶表面相对的底表面，线路基板包含凹穴，其由底表面朝顶表面的方向凹陷，其中线路基板具有厚度。在封装平台上形成第一缓冲层，且第一缓冲层的厚度大于线路基板的厚度。在治具上形成第二缓冲层，且第二缓冲层的厚度大于线路基板的厚度。在封装平台与治具之间放置线路基板，其中底表面接触第一缓冲层，治具固定线路基板的顶表面的外围部分，且顶表面的外围部分接触第二缓冲层。将电子元件配置于线路基板的顶表面上。借此，本发明的接合电子元件的方法，可以改善在封装电子元件时所产生如空焊等的失效模式。
Description
技术领域
本发明是有关于一种接合电子元件的方法，特别是关于一种将电子元件接合至基材的方法。
背景技术
覆晶接合技术(Flip Chip Bonding Technology，简称FC)是一种将电子元件连接至承载板(carrier)的封装技术，其主要是利用面阵列(area array)的方式，将多个焊接垫(pad)配置于电子元件的主动表面(active surface)上，并在焊接垫上形成凸块(bump)或焊料球(solder ball)，接着将电子元件翻覆(flip)之后，再通过这些凸块或焊料球使电子元件表面的焊接垫分别电性(electrically)及结构性(structurally)连接至承载板上的接点(contact)，使得电子元件可经由凸块或焊料球而电性连接至承载板，再经由承载板的内部线路而电性连接至外界的电子装置。
承载板(例如，线路基板)通常包含线路、凹穴、防焊层或通孔等结构，使得线路基板表面呈现高低起伏状，其中又以凹穴结构造成的表面高低起伏最为显著。一般而言，凹穴结构为利用激光或机械钻孔等方式移除部分线路基板。当凹穴结构深度超过线路基板厚度的20％时，不但会降低线路基板的平整度外，还会降低线路基板的结构强度。除前述的结构外，造成线路基板表面呈现不平整状的原因尚有工艺公差等因素。在后续封装电子元件装工艺中，若线路基板的平整度太差，常会发生空焊(free welding)等失效模式，进而影响产品良率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种接合电子元件的方法，此方法可以改善结构强度不足或表面不平整的线路基板在封装电子元件时所产生如空焊等的失效模式。
上述接合电子元件的方法包含以下操作：提供线路基板，其具有顶表面及与顶表面相对的底表面，线路基板包含凹穴，其由底表面朝顶表面的方向凹陷，其中线路基板具有厚度；在封装平台上形成第一缓冲层，且第一缓冲层的厚度大于线路基板的厚度；在治具上形成第二缓冲层，且第二缓冲层的厚度大于线路基板的厚度；接着，在封装平台与治具之间放置线路基板，其中底表面接触第一缓冲层，治具固定线路基板的顶表面的外围部分，且顶表面的外围部分接触第二缓冲层；然后，封装电子元件于线路基板的顶表面上。
根据本发明一实施方式，凹穴的深度为线路基板的厚度的20％至90％。
根据本发明一实施方式，在放置线路基板于封装平台与治具之间的操作之后，还包含由治具提供一下压力使线路基板的凹穴没入第一缓冲层中。
根据本发明一实施方式，第一缓冲层及第二缓冲层的杨氏模量为0.01GPa至6GPa。
根据本发明一实施方式，第一缓冲层包含合成橡胶、热塑性弹性体或人造纤维。
根据本发明一实施方式，合成橡胶包含氟橡胶及氟硅橡胶。
根据本发明一实施方式，热塑性弹性体包含聚酰胺系(TPE-E)弹性体及聚酯系(TBE-A)弹性体。
根据本发明一实施方式，人造纤维包含陶瓷纤维棉及玻璃纤维棉。
根据本发明一实施方式，形成第一缓冲层于封装平台上的操作是借由粘着、涂布、印刷或喷涂进行。
根据本发明一实施方式，线路基板包含：绝缘基板、第一线路层、第二线路层、第一保护层以及第二保护层。绝缘基板具有上表面以及与上表面相对的下表面。第一线路层设置在绝缘基板的上表面。第二线路层设置在绝缘基板的下表面。第一保护层设置在绝缘基板的上表面且覆盖第一线路层的一部分。第二保护层设置在绝缘基板的下表面且覆盖第二线路层的一部分。
根据本发明一实施方式，在封装电子元件的步骤中，电子元件接触第一线路层。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的接合电子元件的方法，可以改善结构强度不足或表面不平整的线路基板在封装电子元件时所产生如空焊等的失效模式。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1绘示本发明一实施方式的封装基板的方法的流程图。
图2、图3、图4B、图5和图6绘示本发明的一实施方式的封装基板方法中各工艺阶段的剖面示意图。
图4A绘示本发明的一实施方式的图4B的俯视图。
具体实施方式
为了使本发明内容的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施实施例与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。以下所公开的各实施例，在有益的情形下可相互组合或取代，也可在一实施例中附加其他的实施例，而无须进一步的记载或说明。
在以下描述中，将详细叙述许多特定细节以使读者能够充分理解以下的实施例。然而，可在无此等特定细节的情况下实践本发明的实施例。在其他情况下，为简化附图，熟知的结构与装置仅示意性地绘示于图中。
本发明的一实施例是提供一种接合电子元件的方法，此方法可以改善结构强度不足或表面不平整的线路基板在封装电子元件时所产生如空焊(free welding)等的失效模式。图1绘示本发明一实施方式的封装基板的方法10的流程图。图2、图3、图4B、图5和图6绘示本发明的一实施方式的封装基板方法中各工艺阶段的剖面示意图。如图1所示，方法10包含操作O112、操作O114、操作O116、操作O120及操作O130。
在操作O112中，提供线路基板20，如图2所示。具体的说，线路基板20具有顶表面20a以及与顶表面20a相对的底表面20b。线路基板20包含凹穴220由底表面20b朝顶表面20a的方向凹陷，且线路基板20具有厚度20t。在某些实施方式中，凹穴220的深度220d为线路基板20的厚度20t的20％至90％，例如25％、30％、35％、40％、45％、55％、60％、65％、70％、75％、80％或85％。
请继续参阅图2，在一实施方式中，线路基板20包含绝缘基板210、第一线路层230、第二线路层240、第一保护层250以及第二保护层260。绝缘基板210具有上表面210a以及与上表面210a相对的下表面210b。第一线路层230设置于绝缘基板210的上表面210a。第二线路层240设置于绝缘基板210的下表面210b。第一保护层250设置于绝缘基板210的上表面210a且覆盖第一线路230层的一部分。第二保护层260设置于绝缘基板210的下表面210b且覆盖第二线路240层的一部分。在一实施例中，绝缘基板210的材料可例如为玻璃、陶瓷、蓝宝石或石英，但不以此为限。在另一实施例中，绝缘基板210的材料可例如为环氧树脂(Epoxy)、聚酰亚胺(polyimide，PI)、聚苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)和/或双顺丁烯二酸酰亚胺/三氮阱(Bismaleimide triazine，简称BT)。在一实施例中，第一线路层230和第二线路层240的材质例如可为铜或其他具导电性的材料，例如银、镍、锡或铝等，但不限于此。在一实施例中，第一保护层250和第二保护层260的材质可为防焊材料。或者，第一保护层250和第二保护层260的材质可为有机材料、树脂片(Prepreg)、玻璃纤维、ABF(Ajinomoto Build-up Film)薄膜或感光型介电材料(PhotoimageableDielectric，PID)等。举例来说，树脂可为环氧树脂、酚醛树脂、聚酰亚胺树脂或聚四氟乙烯。可以理解的是，在图2中仅绘示分别形成在绝缘基板210的相对两表面上的单层线路层，但是本发明并不局限于此，在其他实施例中也可借由层压(Lamination)、涂布、旋涂或其他合适的工艺来制作多层的介电层(图未示)，以及介电层之间的线路层。
请继续参阅图2，在多个实施例中，线路基板20还可包含导电通孔290贯穿绝缘基板210。形成导电通孔290的方法包含，但不限于，可利用激光钻孔、机械钻孔和/或化学钻孔的方式从绝缘基板210的上表面210a穿透至下表面210b以形成通孔。接着，在通孔的内壁进行电镀和/或沉积一导电薄层，以形成导电通孔290。导电通孔290可以跟第一线路层230与第二线路层240分开制作。在另一实施例中，导电通孔290也可以跟第一线路层230与第二线路层240同时制作。在多个实施例中，线路基板20还可包含散热元件270或电子元件280设置于凹穴220中，以达到降低线路基板20的整体厚度与散热的目的。散热元件270或电子元件280可以在封装操作(例如，填充封装胶)之前或之后设置于凹穴220中。举例来说，散热元件270可以为绝缘散热元件或金属散热元件。绝缘散热元件可以包含添加氧化铝粉体、其他金属氧化物、石墨和/或石墨烯的环氧树脂、陶瓷或上述的复合材料；金属散热元件可以包含铝、铜、银、锡或上述的合金。
在操作O114中，在封装平台310上形成第一缓冲层320，如图3所示。具体的说，第一缓冲层320的厚度320t大于线路基板20的厚度20t。当后续将线路基板20固定在第一缓冲层320上时，通过一适当压力可以使得第一缓冲层320完全填入线路基板20的凹穴220中。在某些实施方式中，封装平台310可为由坚硬平坦的材质制成，例如不锈钢、工具钢等，但不以此为限。在某些实施方式中，第一缓冲层320可以借由粘着、涂布、印刷或喷涂的方式形成在封装平台310上。在多个实施例中，第一缓冲层320具耐热性，且兼具弹性、可塑性等特性，例如第一缓冲层320可包含合成橡胶、热塑性弹性体或人造纤维。举例来说，合成橡胶包含氟橡胶及氟硅橡胶；热塑性弹性体包含聚酰胺系(TPE-E)弹性体及聚酯系(TBE-A)弹性体；以及人造纤维包含陶瓷纤维棉及玻璃纤维棉。在一实施例中，第一缓冲层320的杨氏模量为0.01Gpa至6Gpa，例如可为0.05Gpa、0.1Gpa、0.2Gpa、0.3Gpa、0.4Gpa、0.5Gpa、0.6Gpa、0.7Gpa、0.8Gpa、0.9Gpa、1Gpa、2Gpa、3Gpa、4Gpa或5Gpa。
在操作O116中，在治具410上形成第二缓冲层420，如图4B所示。具体的说，第二缓冲层420的厚度420t大于线路基板20的厚度20t。当后续将线路基板20固定在第一缓冲层320与第二缓冲层420之间时，借由一适当压力可以使得第二缓冲层420得以填补线路基板20的不平整的表面。在某些实施方式中，第二缓冲层420可以借由粘着、涂布、印刷或喷涂的方式形成在治具410上。在多个实施例中，第二缓冲层420的材料可以与第一缓冲层320的材料相同或不同。在一实施例中，第二缓冲层420的杨氏模量可以与第一缓冲层320的杨氏模量相同或不同。图4A绘示图4B的俯视图，也即，图4B为图4A中沿着线段A-A’的剖面图。如图4A所示，治具410为具有中心开口412的框架，因此，形成在治具410上的第二缓冲层420也具有中心开口412。在多个实施例中，治具410可以是一体成型的框架，也可以是由多个支柱连接而形成的框架。更详细的说，治具410的中心开口412大小需至少暴露出线路基板20的电子元件封装区域20E(标示在图5及图6中)，以下将更详细叙述。
在操作O120中，将线路基板20配置于封装平台310与治具410之间，并由治具410提供一下压力P，如图5所示。具体的说，线路基板20的底表面20b会接触封装平台310上的第一缓冲层320。治具410上的第二缓冲层420用以固定线路基板20的顶表面20a的外围部分20p，且线路基板20的顶表面20a的外围部分20p接触第二缓冲层420。之后，治具410提供一下压力P，将线路基板20牢固地夹置在第一缓冲层320与第二缓冲层420之间。在某些实施方式中，治具410提供下压力P之后，线路基板20的凹穴220会没入第一缓冲层320中，并将线路基板20固定在第一缓冲层320与第二缓冲层420之间。可以理解的是，下压力P可视不同工艺条件而定，其范围可由数KPa至数MPa不等。由于第一缓冲层320和第二缓冲层420具弹性及可塑性，使得第一缓冲层320和第二缓冲层420可填入线路基板20顶表面20a和底表面20b的不平整处与凹陷处，并对线路基板20提供支撑力，增加后续封装工艺的线路基板20的平整度，从而降低后续电子元件封装不良的问题。请注意，治具410的中心开口412暴露出线路基板20的顶表面20a的一部分，此顶表面20a的露出部分包含至少一个电子元件封装区域20E。
在操作O130中，将电子元件610配置于线路基板20的顶表面20a上，如图6所示。更具体的说，电子元件610经由治具410的中心开口412而固设在线路基板20的顶表面20a的露出部分上(例如，电子元件封装区域20E)。在一实施方式中，电子元件610是焊接于线路基板20的顶表面20a上，并接触线路基板20的第一线路层230。在一实施例中，电子元件610包含多个作为输入/输出(I/O)端的焊料球(Solder Ball)，用以电性连接线路基板20。在多个实施例中，电子元件610例如可以是主动元件(active element)或被动元件(passiveelements)、数字电路或类比电路等积体电路的电子元件(electronic components)、微机电系统(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)、光电元件(opto electronicdevices)、微流体系统(micro fluidic systems)、或利用热、光线及压力等物理量变化来测量的物理感测器(physical sensor)、加速计(accelerators)、陀螺仪(gyroscopes)、射频元件(RF circuits)、微制动器(micro actuators)、压力感测器(pressure sensors)、表面声波元件等，但不以此为限。在多个实施方式中，可使用如机器手臂的封装设备620通过真空吸取或夹爪夹取的方式将一个或多个电子元件610精准地放置在线路基板20的电子元件封装区域20E。此外，封装设备620还包含加热源(图未示)，使得电子元件610得以直接焊接于线路基板20上。
本发明系借由在治具与线路基板之间和线路基板与封装平台之间各别加入缓冲层，由于缓冲层具有弹性及可塑性等特性，通过施加一适当的均匀下压力，缓冲层可填入线路基板表面的凹陷处，对线路基板提供支撑力，避免线路基板受力不均而变形，并增加封装工艺中线路基板的平整度。此外，本发明的具有凹穴结构的线路基板，可在凹穴结构中设置电子元件或散热元件，以达到降低线路基板的整体厚度与散热的目的。
虽然本发明已经以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种变动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (11)
1.一种接合电子元件的方法，其特征在于，包含以下操作：
提供线路基板，所述线路基板具有顶表面及与所述顶表面相对的底表面，所述线路基板包含凹穴，其由所述底表面朝所述顶表面的方向凹陷，其中所述线路基板具有厚度；
在封装平台上形成第一缓冲层，所述第一缓冲层的厚度大于所述线路基板的所述厚度；
在治具上形成第二缓冲层，所述第二缓冲层的厚度大于所述线路基板的所述厚度；
在所述封装平台与所述治具之间放置所述线路基板，其中所述底表面接触所述第一缓冲层，所述治具固定所述线路基板的所述顶表面的外围部分，且所述顶表面的所述外围部分接触所述第二缓冲层；以及
将电子元件配置于所述线路基板的所述顶表面上。
2.如权利要求1所述的接合电子元件的方法，其特征在于，所述凹穴的深度为所述线路基板的所述厚度的20％至90％。
3.如权利要求1所述的接合电子元件的方法，其特征在于，在放置所述线路基板于所述封装平台与所述治具之间的操作之后，还包含由所述治具提供下压力使所述线路基板的所述凹穴没入所述第一缓冲层中。
4.如权利要求1所述的接合电子元件的方法，其特征在于，所述第一缓冲层及所述第二缓冲层的杨氏模量为0.01GPa至6GPa。
5.如权利要求1所述的接合电子元件的方法，其特征在于，所述第一缓冲层包含合成橡胶、热塑性弹性体或人造纤维。
6.如权利要求5所述的接合电子元件的方法，其特征在于，所述合成橡胶包含氟橡胶及氟硅橡胶。
7.如权利要求5所述的接合电子元件的方法，其特征在于，所述热塑性弹性体包含聚酰胺系弹性体及聚酯系弹性体。
8.如权利要求5所述的接合电子元件的方法，其特征在于，所述人造纤维包含陶瓷纤维棉及玻璃纤维棉。
9.如权利要求1所述的接合电子元件的方法，其特征在于，形成所述第一缓冲层于所述封装平台上的操作是借由粘着、涂布、印刷或喷涂进行。
10.如权利要求1所述的接合电子元件的方法，其特征在于，所述线路基板包含：
绝缘基板，其具有上表面以及与所述上表面相对的下表面；
第一线路层，其设置于所述绝缘基板的所述上表面；
第二线路层，其设置于所述绝缘基板的所述下表面；
第一保护层，其设置于所述绝缘基板的所述上表面且覆盖所述第一线路层的一部分；以及
第二保护层，其设置于所述绝缘基板的所述下表面且覆盖所述第二线路层的一部分。
11.如权利要求10所述的接合电子元件的方法，其特征在于，在封装所述电子元件的步骤中，所述电子元件接触所述第一线路层。
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