CN113395841B - 一种模组加工方法、模组及器件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模组加工方法、模组及器件，该模组加工方法包括：利用焊线机在线路板的焊盘上焊接连接球；在所述焊盘和所述连接球上涂布焊料；将所述芯片贴合在所述线路板的预设位置上；将设置有所述芯片的线路板过炉进行回流焊，使所述芯片的电极、所述连接球、所述焊料和所述焊盘接合；利用封装材料将所述芯片塑封在所述线路板上，所述封装材料、所述芯片和所述线路板形成模组。该模组加工方法通过在线路板的焊盘上焊接连接球后再进行芯片的固定，可有效提高芯片与线路板之间的结合力，保证模组和器件的使用可靠性。

Description

一种模组加工方法、模组及器件

技术领域

本发明涉及电子领域，具体涉及到一种模组加工方法、模组及器件。

背景技术

近年来，倒装芯片焊接技术已成为了半导体封装的重要方向。常用倒装芯片的焊接主要是通过焊料将倒装芯片的电极键合在线路板的焊盘上，实现倒装芯片与线路板的电连接。虽然倒装芯片的焊接节省了焊线工序，改善了线路板与芯片之间的散热性能，但是倒装芯片的焊接仍存在一些难题。倒装芯片通过焊料贴装至线路板后，在经回流炉时焊料会经过预热、活化、回流和冷却四个阶段，在预热和活化阶段由于升温过快，作用时间过短，焊料助焊剂中容易挥发的成分不能有序挥发，因此将焊料颗粒挤出，造成焊料坍塌，焊料的坍塌会使芯片与线路板间的间距缩短或不稳定，导致芯片与线路板之间结合力不足或芯片与线路板间发生桥接形成短路；在回流和冷却阶段由于部分未能及时挥发的助焊剂会包裹在熔融状态的焊料中，焊料冷却固化后会在芯片与线路板的焊接层间中出现空洞，空洞的形成会减小焊接层的有效互连面积，导致芯片与线路板之间的结合力不足。

发明内容

为了改善倒装芯片与线路板在回流焊中出现的问题，本发明提供了一种模组加工方法、模组及器件，该模组加工方法通过在线路板的焊盘上焊接连接球后再进行芯片的固定，可提高芯片与线路板之间的结合力，保证模组和器件的使用可靠性。

相应的，本发明提供了一种模组加工方法，包括：

利用焊线机在线路板的焊盘上焊接连接球；

在所述焊盘和所述连接球上涂布焊料；

将所述芯片贴合在所述线路板的预设位置上；

将设置有所述芯片的线路板过炉进行回流焊，使所述芯片的电极、所述连接球、所述焊料和所述焊盘接合；

利用封装材料将所述芯片塑封在所述线路板上，所述封装材料、所述芯片和所述线路板形成模组。

可选的实施方式，利用焊线机在线路板的焊盘上焊接连接球包括：

通过焊线机的瓷嘴将金属线烧结成金属球；

驱动所述瓷嘴下压使所述金属球粘接在对应的所述焊盘上；

驱动所述瓷嘴切断与所述金属球连接的金属线，所述金属球冷却固化后形成所述连接球。

可选的实施方式，所述连接球的最大截面面积与所述焊盘的面积的比值取值范围为[0.105，0.655]。

可选的实施方式，所述模组加工方法还包括：

在所述焊盘上焊接连接球后，利用焊线机在所述连接球与对应的所述焊盘之间加工出加固线。

可选的实施方式，利用焊线机在所述连接球与对应的所述焊盘之间加工出加固线包括：

利用焊线机的瓷嘴将金属线的头部连接至所述连接球上后，通过所述瓷嘴带动所述金属线运动并将所述金属线连接至对应的所述焊盘后进行切断，形成所需的加固线；

或利用焊线机的瓷嘴将金属线的头部连接至所述焊盘上后，通过所述瓷嘴带动所述金属线运动并将所述金属线连接至对应的所述连接球后进行切断，形成所需的加固线。

可选的实施方式，所述加固线的数量至少为两条。

相应的，本发明提供了一种模组，所述模组包括线路板、芯片和封装材料，所述线路板上设置有焊盘，所述芯片具有电极；

所述电极基于连接结构键合在对应的所述焊盘上；

所述连接结构包括连接球和焊料，所述连接球键合在所述焊盘上，所述焊料覆盖在所述连接球和所述焊盘上，所述电极通过所述焊料与对应的所述连接球和所述焊盘键合；

所述封装材料覆盖所述芯片并将所述芯片塑封在所述线路板上。

可选的实施方式，所述连接结构还包括加固线，所述加固线的两端分别键合在对应的所述焊接球与所述焊盘上。

可选的实施方式，所述芯片的电极的外围设有金属层和绝缘层；

所述金属层包围设置在所述芯片的电极外周侧并与所述芯片的电极接触，所述绝缘层包围设置在所述金属层外侧壁上。

可选的实施方式，所述金属层的设置高度高于所述芯片的电极的设置高度；

所述金属层的设置高度与所述绝缘层的设置高度平齐。

可选的实施方式，所述金属层包围在对应的所述焊盘外。

相应的，本发明提供了一种器件，基于以上任一项所述的模组分切形成，任一个所述器件具有至少一个所述芯片。

综上，本发明提供了一种模组加工方法、模组及器件，通过在焊盘上设置连接球，减少了焊料的坍塌和空洞，提高了芯片与线路板之间结合力；在连接球与焊盘之间设置加固线，一方面提高了连接球和焊盘之间的结合稳定性，另一方面为空间区域内的焊料提供固定点，进一步提高芯片与线路板之间的结合力；该模组加工方法中所使用的设备均为现有设备，通过合理利用各设备的加工特性以及设备的转用和扩展功能，拓宽了设备的实际用途，在满足生产需求的条件下，降低了模组的生产成本，具有良好的经济性；根据需求分切模组得到的器件，可按照实际需求灵活加工，具有良好的加工便利性。

附图说明

图1为本发明实施例的模组加工方法流程图；

图2为本发明实施例的焊接连接球后的模组半成品结构示意图；

图3为本发明实施例的加工加固线后的模组半成品结构示意图；

图4为本发明实施例的涂布焊料后的模组半成品结构示意图；

图5为本发明实施例的贴装芯片后的模组半成品第一实施结构示意图；

图6为本发明实施例的贴装芯片后的模组半成品第二实施结构示意图；

图7为本发明实施例经过回流焊后的模组半成品第一实施结构示意图；

图8为本发明实施例经过回流焊后的模组半成品第二实施结构示意图；

图9为本发明实施例经过塑封后的模组成品第一实施结构示意图；

图10为本发明实施例经过塑封后的模组成品第二实施结构示意图；

图11示出了本发明实施例的模组第一实施结构的局部结构示意图；

图12示出了本发明实施例的模组第二实施结构的局部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的一种模组加工方法流程图。

本发明实施例提供了一种模组加工方法，包括：

S101：利用焊线机在线路板1的焊盘2上焊接连接球3；

图2为焊接连接球后的模组半成品结构示意图。

具体的，焊线机的原有功能为供固晶后的芯片与线路板上对应的焊盘之间进行打线，在本发明实施例中，主要利用到了焊线机的烧球功能。

具体的，先将线路板1固定在焊线机上的工作台面上，在线路板1的焊盘2上焊接连接球3前，利用焊线机的加热功能，将线路板1的预设位置(焊盘2的中心位置)进行预热，使焊盘2的温度达到预设值，熔融状态的金属球能够很好的粘附在焊盘2上，在固化后所形成的连接球3与焊盘2之间具有足够的结合力。

接着，利用焊线机的瓷嘴将金属线烧结成球状的金属球，金属线可选用金线、银线和铜线等线材；具体实施中，在预设长度的金属线伸出焊线机的瓷嘴后，在瓷嘴的头部通电流打火，温度瞬间上升，将金属线融化，在分子间吸引力的作用下，熔融状态的金属聚集成球状，需要说明的是，熔融状态下的金属聚集所形成的金属球的结构外形接近于或等同于球体结构，在后续的连接球3成型过程中，会受到瓷嘴的作用变形，本发明实施例所述的连接球3仅用于为该相关结构进行命名，不表示该结构具有理想的球体结构。

然后，通过瓷嘴将金属线以及金属线末端的金属球(连接球3)拉到指定的焊盘2位置上方；接着，瓷嘴下压将金属球粘接在已经预热的焊盘2上，保证金属球固化后所形成的连接球3能与焊盘2之间具有足够的结合力；由于瓷嘴下压给予了金属球一定的压力，且金属球在已预热的焊盘2不会马上固化，在分子间作用力的影响下金属球会在焊盘2上进行一定程度的流动，因此最终粘结在焊盘上的金属球为一个底面积较大的具有坡度的非规则形状结构。

最后，将金属球粘结在焊盘2上后，将瓷嘴下压切断与金属球连接的金属线并烧结金属线尾端，因此，焊盘2上的金属球实际上是呈现一个扁平类似凸台状(非规则球形)，金属球顶端位置上会具有烧球结束后形成的拉尖，最终将金属球冷却固化后形成连接球3。

可选的，所述连接球3的最大截面面积与所述焊盘2的面积的比值取值范围为[0.105，0.655]，在该范围内可以预留足够的空间保证加固线的加工以及焊料的涂覆，还能使芯片与线路板的结合力最佳。

具体的，本发明实施例的模组加工方法是通过焊线机设备的转用在线路板1的焊盘2上焊接连接球3，连接球3的设置一方面为焊料5提供了一个固接的支架，对焊料5起到了支撑作用，可防止焊料5的坍塌，一方面，增大了焊盘2供焊料5附着和吸附的面积，使焊料5与焊盘2之间结合力增加，另一方面，降低了焊料5内部至焊料5表面的距离，使回流焊的过程中焊料助焊剂挥发的难度降低，焊料5内部的空洞减少，使芯片6与线路板1之间的结合力提高。

S102:利用焊线机在所述连接球3与对应的所述焊盘2之间加工出加固线4；

图3为加工加固线后的模组半成品结构示意图。

该步骤为可选的实施步骤，具体的，为了进一步加强连接球3与焊盘2之间的结合性能，本发明实施例还在连接球3与对应的焊盘2之间加工出加固线4；具体的，加固线4的设置一方面可进一步加强连接球3与焊盘2之间的结合性，另一方面，在焊料5涂布时，通过加固线4的空间上的立体分布，为空间区域内的焊料5提供固定点，可进一步提高线路板1与芯片6之间的结合力。具体的，加固线4的形成同样可以通过焊线机实现。

可选的，利用焊线机的瓷嘴将金属线的头部连接至所述连接球3上后，通过所述瓷嘴带动所述金属线运动并将所述金属线连接至对应的所述焊盘2后进行切断，形成所需的加固线4；

或利用焊线机的瓷嘴将金属线的头部连接至所述焊盘2上后，通过所述瓷嘴带动所述金属线运动并将所述金属线连接至对应的所述连接球3后进行切断，形成所需的加固线4。

可选的，所述加固线4的数量至少为两根。

具体实施中，加固线4的加工可与连接球3的加工相结合，在连接球3焊接在焊盘2上后，通过瓷嘴带动金属线形成加固线4后，再进行金属线的切断，以提高实施的便利性。

S103：在所述焊盘2和所述连接球3上涂布焊料5；

图4为涂布焊料5后的模组半成品结构示意图。

具体的，焊料5涂布的方式可以为钢网印刷、注射涂布或单独点涂等方式，优选的，焊料5涂布方式为钢网印刷；具体实施中，在所述线路板1上放置预设厚度的钢网，在钢网表面涂布并刮平焊料5，焊料5填满钢网与焊盘2对应的预留孔中，取走钢网完成焊料5涂布，钢网印刷不仅可以控制焊料5的用量，还能降低焊料5涂布工艺难度；具体的，焊料5的材料包括由锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)、铅(Pb)、铋(Bi)、锑(Sb)、铟(In)、锗(Ge)、镍(Ni)中至少一种元素组成的合金，优选的，焊料5的材料至少包括由锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)元素组成的合金；具体实施中，由于焊盘2、连接球3、芯片6的电极7均为金属材料，焊料5与焊盘2、连接球3、芯片6的电极7的接合部经过炉回流焊后会形成二元合金、三元合金、四元合金或多元合金，保证焊料5与焊盘2、连接球3和电极7接合的可靠性。

S104：将所述芯片6贴合在所述线路板1的预设位置上；

图5为贴装芯片后的模组半成品第一实施结构示意图。

具体的，将所述芯片6放置在涂布好焊料5的线路板1的预设位置(预设焊盘2的位置)上，实现芯片6和线路板1的贴合。

可选的，由于芯片6的电极7外围设有金属层8和绝缘层9，相应的，贴装芯片6后的模组半成品具有一定的结构差异性。

图6为贴装芯片后的模组半成品第二实施结构示意图。

具体的，所述芯片6的电极7外围设有金属层8和绝缘层9，所述金属层8包围设置在所述芯片6的电极7外周侧并于所述芯片6的电极7接触，所述绝缘层9包围设置在所述金属层8外侧壁上；进一步的，所述金属层8的设置高度高于所述芯片6的电极7的高度，所述金属层8的设置高度与所述绝缘层9的设置高度平齐；进一步的，所述金属层8包围在对应的所述焊盘2外；具体实施中，将所述芯片6贴合在所述线路板1的预设位置(预设焊盘2的位置)上后，所述金属层8包围在对应的所述焊盘2外，相应的，所述金属层8包围对应的所述连接球3和所述焊料5；通过金属层8和绝缘层9的设置，一方面能与焊盘2之间形成相互配合定位的结构，提高芯片6键合位置的准确性，一方面还能包围焊料5防止焊料5外溢，降低焊料5外溢造成的短路风险。

S105：将设置有所述芯片6的线路板1过炉进行回流焊；

具体的，该步骤的目的是使所述芯片6的电极7、所述连接球3、所述焊料5和所述焊盘2接合，实现所述芯片6与所述线路板1的电连接。

具体的，对应于图5所对应的贴装芯片后的模组半成品第一实施结构，图7为本发明实施例经过回流焊后的模组半成品第一实施结构示意图；对应于图6所对应的贴装芯片后的模组半成品第二实施结构，图8为本发明实施例经过回流焊后的模组半成品第二实施结构示意图。

需要说明的是，具体实施中，在芯片贴合和在过炉回流焊的过程中，焊料5都会产生一定程度的变形，本发明实施例中焊料5的结构仅表示为理想状态下的结构非焊料5实际成型的结构。

S106：利用封装材料10将所述芯片6塑封在所述线路板1上，所述封装材料10、所述芯片6和所述线路板1形成模组。

具体的，封装材料10的作用一方面是用于保护芯片，另一方面是用于形成符合要求的模组外形结构，可选的，封装材料10可以为环氧树脂、硅树脂等材料。在经过封装材料10的封装后，前述加工步骤中的所有部件组合形成所需的模组。

对应于附图图7和图8的两种实施方式，相应的，模组具有两种实施结构。图9为本发明实施例经过塑封后的模组成品第一实施结构示意图，图10为本发明实施例经过塑封后的模组成品第二实施结构示意图。

需要说明的是，为了视图的清晰，本发明实施例的模组加工方法中的附图仅示出了一个芯片，具体实施中，模组中的芯片数量也可以为多个，相应的，封装材料可独立针对每一个芯片进行封装，也可以对多个芯片形成整体封装。

图11示出了本发明实施例的模组第一实施结构的局部结构示意图。

相应的，本发明还提供了一种模组，所述模组包括线路板1和芯片6和封装材料10，所述线路板上1设置有焊盘2，所述芯片6具有电极7；所述电极7基于连接结构键合在对应的焊盘2上；所述连接结构包括连接球3和焊料5，所述连接球3键合在所述焊盘2上，所述焊料5覆盖在所述连接球3和所述焊盘2上，所述电极7通过所述焊料5与对应的所述连接球3和所述焊盘2键合；所述封装材料10覆盖所述芯片6并将所述芯片6塑封在所述线路板1上

具体的，在利用封装材料进行塑封前，通过对照实验，对焊接连接球和未焊接连接球的模组分别进行了的推力测试，在同等的试验条件下，焊接连接球后样品推力值比未焊接连接球样品高出27.5％，两个样品的控制变量为是否焊接连接球。具体的，根据连接球的尺寸大小的不同，推力测试中的推力值也会出现一定的差异性，但均比未焊接连接球结构的模组的测试结果高。

图12示出了本发明实施例的模组第二实施结构的局部结构示意图。

在模组的第一实施结构的基础上，模组的第二实施结构中，在焊盘2与对应的连接球3之间增设有加固线4，可进一步提高连接球3与焊盘2之间的结合性以及对焊料5进行有效的固定。

具体的，根据前述的关于模组的加工方法的说明，模组的结构可以进行相应的改进，例如，在连接球和对应的焊盘之间设置加固线、在电极的外围设置金属层和绝缘层等，本发明实施例所公开的模组结构未对所有的模组结构进行详细说明，需要说明的是，关于金属层和绝缘层的设置结构，可参照前述说明内容。

进一步的，本发明实施例还提供了一种器件，该器件基于上述任一项所述的模组分切形成，任一个所述器件具有至少一个所述芯片。

综上，本发明提供了一种模组加工方法、模组及器件，通过在焊盘上设置连接球，减少了焊料的坍塌和空洞，提高了芯片与线路板之间结合力；在连接球与焊盘之间设置加固线，一方面提高了连接球和焊盘之间的结合稳定性，另一方面为空间区域内的焊料提供固定点，进一步提高芯片与线路板之间的结合力；该模组加工方法中所使用的设备均为现有设备，通过合理利用各设备的加工特性以及设备的转用和扩展功能，拓宽了设备的实际用途，在满足生产需求的条件下，降低了模组的生产成本，具有良好的经济性；根据需求分切模组得到的器件，可按照实际需求灵活加工，具有良好的加工便利性。

以上对本发明实施例所提供的一种模组加工方法、模组及器件进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种模组加工方法，其特征在于，包括：

利用焊线机在线路板的焊盘上焊接连接球；

在所述焊盘上焊接连接球后，利用焊线机在所述连接球与对应的所述焊盘之间加工出加固线；

在所述焊盘和所述连接球上涂布焊料，使得焊料内部至焊料表面的距离缩短；

将芯片贴合在所述线路板的预设位置上；

将设置有所述芯片的线路板过炉进行回流焊，使所述芯片的电极、所述连接球、所述焊料和所述焊盘接合；

利用封装材料将所述芯片塑封在所述线路板上，所述封装材料、所述芯片和所述线路板形成模组。

2.如权利要求1所述的模组加工方法，其特征在于，利用焊线机在线路板的焊盘上焊接连接球包括：

通过焊线机的瓷嘴将金属线烧结成金属球；

驱动所述瓷嘴下压使所述金属球粘接在对应的所述焊盘上；

驱动所述瓷嘴切断与所述金属球连接的金属线，所述金属球冷却固化后形成所述连接球。

3.如权利要求1所述的模组加工方法，其特征在于，所述连接球的最大截面面积与所述焊盘的面积的比值取值范围为[0.105，0.655]。

4.如权利要求1所述的模组加工方法，其特征在于，利用焊线机在所述连接球与对应的所述焊盘之间加工出加固线包括：

利用焊线机的瓷嘴将金属线的头部连接至所述连接球上后，通过所述瓷嘴带动所述金属线运动并将所述金属线连接至对应的所述焊盘后进行切断，形成所需的加固线；

或利用焊线机的瓷嘴将金属线的头部连接至所述焊盘上后，通过所述瓷嘴带动所述金属线运动并将所述金属线连接至对应的所述连接球后进行切断，形成所需的加固线。

5.如权利要求1所述的模组加工方法，其特征在于，所述加固线的数量至少为两条。

6.一种模组，其特征在于，所述模组包括线路板、芯片和封装材料，所述线路板上设置有焊盘，所述芯片具有电极；

所述电极基于连接结构键合在对应的所述焊盘上；

所述连接结构包括连接球和焊料，所述连接球键合在所述焊盘上，所述焊料覆盖在所述连接球和所述焊盘上，使得焊料内部至焊料表面的距离缩短，所述电极通过所述焊料与对应的所述连接球和所述焊盘键合，加固线的两端分别键合在对应的所述连接球与所述焊盘上；

所述封装材料覆盖所述芯片并将所述芯片塑封在所述线路板上。

7.如权利要求6所述的模组，其特征在于，所述芯片的电极的外围设有金属层和绝缘层；

所述金属层包围设置在所述芯片的电极外周侧并与所述芯片的电极接触，所述绝缘层包围设置在所述金属层外侧壁上。

8.如权利要求7所述的模组，其特征在于，所述金属层的设置高度高于所述芯片的电极的设置高度；

所述金属层的设置高度与所述绝缘层的设置高度平齐。

9.如权利要求8所述的模组，其特征在于，所述金属层包围在对应的所述焊盘外。

10.一种器件，其特征在于，基于权利要求6至9任一项所述的模组分切形成，任一个所述器件具有至少一个所述芯片。