专利名称：栅状数组封装的插脚表面粘着的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种插脚表面粘着的制作方法，特别是指一种栅状数组封装的插脚表面粘着的制作方法。
然而有一个大家熟知的方法，可以达到置换电子组件的目的。即在电路板上制作出插槽(socket)或转接器(adaptor)，该插槽或转接器可作为电子组件与电路板之间电子信号传输(interconnection)的媒介；所述的电子组件则主要倾向于利用栅状数组封装的形式填塞于插槽或转接器中。在此情况下，可直接从插槽或转接器拔除原来的电子组件并在其中插入新的电子组件而完成置换，并不需要更换电路板。
栅状数组封装已广泛应用于集成电路的封装上，因为插脚的排列是从封装的底部直角地延展开来并可容纳庞大的数目，以满足具高输入输出的高密度复杂电路的基本需要。
图1及图2为已知典型的栅状数组封装集成电路芯片。如图1所示，一典型的开口向下的栅状数组封装装配构成100包含一塑料布线基板(或称PGA基板)101，该塑料布线基板101设有一凹陷处102及一散热板103键结于该塑料布线基板101上。芯片104则置于散热板103上的凹陷处102。导电金线105则连接基板101与芯片104。在打金线步骤(wire-bonding)后，凹陷处102填入封胶106以覆盖并保护该金线105及芯片104免于外界腐蚀侵害。向外延伸的插脚107则伸出于基板101的表面108上，以作为后续基板101与插槽或转接器的电性连接用。前述构成也可另外加散热装置贴设于散热板103的背面109，以进一步增加所需的散热效果。
另一种典型栅状数组封装的集成电路芯片如图2所示。一装配构成200包含一焊锡凸块203，该凸块203镶嵌于布线基板202(或称PGA基板)与芯片201之间。而芯片201的向下面用一具封胶功能的底胶204(underfill)来保护其敏感的电子连接。向外延伸的连接插脚205伸出至基板202表面上适当的区域，以作为芯片201与插槽或转接器的电性连接用。为达到更佳的散热效果，通常用一外加散热装置连接于该芯片201的背面206上。此类的封装即所谓的覆晶栅状数组封装(flip chip-pingrid array，FC-PGA)，并已由IBM公司所提出的美国专利U.S.PatentNo.3,921,285(B.Krall)及U.S.Patent No.4,092,697(R.N.Spaight)所公开。
此外，有两种常见的插脚附着方式(指插脚107及205的附着方式)，即以导通孔或表面镶嵌将插脚附着至有机PGA基板上。图3A为一穿透型导通孔镶嵌方式应用于一PGA基板301上，该基板301包含有一附有电镀金属层303的导电通孔302(conductive through hole)，以承受一插脚304，且以焊锡材料305(solder material)形成焊锡接合(solderjoint) 。
图3B为已知技术中非穿透型导通孔(non-pass through hole)的镶嵌插脚结构示意图(亦即该通孔并未穿透基板401)。其中该PGA基板401包含电路层401a及有机介电层401b，并设有一附有电镀金属层403的导孔402(via)，以承接一插脚404及一焊锡材料405并形成焊锡接合。
图3C为一表面镶嵌方式用于一PGA基板503上的示意图，一焊垫501及一绝缘保护层502形成于该有机基板503的表面上。该保护层502只覆盖住部分焊垫501，并留有一开口504以承接一插脚505及焊锡材料506并形成焊锡接合。
然而上述导通孔技术的主要缺点为通孔口径通常至少须大于15mil，以使导通焊接(through-soldering)得以实行，因而不利于电子组件的小型化。而对于表面镶嵌技术而言，焊锡接合的强度则与开口504的大小及焊锡高度h成比例，如图3C所示，其强度要较导通孔技术的焊锡接合微弱许多。
因此，本发明研究的问题即是如何提供更高强度的焊锡接合，提供一种高可靠度、低制作成本的表面镶嵌插脚粘着于栅状数组封装(PGA)基板的制作方法。
本发明要解决的另一技术问题为提供一种表面镶嵌插脚粘着于有机PGA基板的制作方法，其中绝缘保护层并不覆盖焊垫，且焊锡材料可完全填充于保护层所围绕的井区(well)内。在粘着上插脚后，焊锡材料可坚固地覆盖住该焊垫。
为解决上述技术问题，本发明提供一种表面镶嵌插脚粘着于PGA基板的制作方法，其为一种镶嵌插脚于基板以形成一栅状数组封装的制作方法。该方法先提供一布有电路图案的布线有机基板，该基板至少有一个表面包含有至少一焊垫(pad)以承接至少一插脚(pin)；再于所述布线基板表面上形成一绝缘保护层，该保护层已图案化以露出所述焊垫，且环绕在该焊垫四周形成一井区(well)；然后在所述井区内的焊垫上放置插脚及焊锡材料，所述的保护层并未覆盖焊垫的任何部分，因而可使焊锡材料完全填入焊垫周边与保护层间的空隙处；在一可熔化所述焊锡材料的温度下，所述的插脚被焊接至焊垫上，所述的焊锡材料包覆住该焊垫。如此就完成了栅状数组封装的插脚表面粘着的制作方法。
由上可知，本发明公开的栅状数组封装的插脚表面粘着的制作方法，其中的绝缘保护层并不覆盖焊垫，焊锡材料可完全填充于保护层所围绕的井区内，在粘着上插脚后，焊锡材料可坚固地覆盖住该焊垫，因此可提供更高强度及可靠度的PGA基板上的焊锡接合。
图2为已知技术中覆晶栅状数组封装的示意图。
图3A为已知技术中穿透型导通孔的镶嵌插脚结构的示意图。
图3B为已知技术中非穿透型导通孔的镶嵌插脚结构的示意图。
图3C为已知技术中表面镶嵌的插脚结构的示意图。
图4A为本发明实施例在基板表面位于通孔上的焊垫的示意图。
图4B为本发明实施例在基板表面位于通孔上的焊垫的平面图。
图4C为本发明实施例表面镶嵌的插脚结构的示意图。
图4D为本发明实施例具形成空孔的表面镶嵌插脚结构的示意图。
图5为本发明另一实施例中一焊垫电性连接至一导通孔与一保护层的平面示意图。
图6为本发明另一实施例中表面镶嵌插脚的末端具树枝突状结构的示意图。
图7为本发明另一实施例中具承接插脚凹陷的焊垫的结构示意图如图4A所示，本发明实施例首先提供一有机布线基板1，其包含有布设在各有机绝缘层3间的导电层2，以及一设在基板1表面的焊垫4。所述的导电层2可为多种导电材质，例如金属、导电性高分子(conductivepolymer)、掺杂金属粉的树脂或掺杂碳粉的树脂等，而以金属银、铜、铝等为佳；所述的有机绝缘层3由有机材质、纤维强化有机材质或颗粒强化(particle-reinforced)有基材质等所构成，例如环氧树脂(epoxyresin)、聚乙醯胺(polyimide)、双顺丁稀二酸醯亚胺/三氮阱(bismaleimide triazine-based)树脂、氰酯(cyanate ester)、polybenzocyclobutane或其玻璃纤维(glass fiber)的复合材料等；所述的焊垫4一般由金属铜所构成，厚度约1mil，而直径在10～30mil之间，本实施例中的焊垫4即是所谓的导通孔在焊垫中(via-in-pad)的形式；一阻障层5(barrier layer)，可包含一粘着层5’(adhesionlayer)，与另一由金属金组成的保护层5”，以覆住该焊垫4，然而，所述的阻障层5也可由镍、钯、银、锡、镍/钯、铬/钛、钯/金或镍/钯/金等所构成，该阻障层可用电镀(electroplating)、无电镀(electrolessplating)或物理气相沉积(PVD)等方式形成；一导通孔7(conductivevia)设在该焊垫4之下，以作为该焊垫4与导电层2的电子信号传输路径；一绝缘保护层8，形成在基板1表面以保护导电层2及保持电性隔离效果，需注意的是，所述的保护层8并未覆盖焊垫4的任何部位。
如图4B所示，保护层8位于所述有机绝缘层3的表面，并未覆盖焊垫4，且保护层8的孔缘9与焊垫4的外周边10有一距离d存在。而保护层8的孔缘9形成一井区，将被应用于下述插脚的表面镶嵌制作方法。
接着，将一插脚11焊在所述焊垫4上，如图4C所示。所述的插脚11通常为金属条状物(metal lead)，以金属铜较佳，其表面也可覆有阻障层(图中未示)，该阻障层包含有一镍制粘着层及一金制保护层，该阻障层也可由镍、钯、银、锡、镍/钯、铬/钛、钯/金或镍/钯/金等所构成，其可用电镀(electroplating)、无电镀(electroless plating)或物理气相沉积(PVD)等方式形成。而插脚11及焊垫4之间的焊锡接合可以多种方式形成，例如先以网印(screen printing)等方式将焊锡材料12和/或一助熔剂(flux)置于该焊垫4上，接着，在一回焊(reflow)温度下，附着有助熔剂的插脚11置于焊垫4上，冷却后即完成所述焊锡接合。还有一种方法是先将焊锡材料12和/或一助熔剂(flux)置于该插脚11的一端上，接着，在一回焊温度下，附着有助熔剂的插脚11再置于焊垫4上，冷却后即完成所述焊锡接合。还有一种方法是将焊锡材料12和/或一助熔剂(flux)同时置于焊垫4及插脚11的一端上，接着该焊垫4及插脚11在回焊温度下进行焊锡接合。然而，上述各例中所述的保护层5”一旦接触于该焊锡材料12，接触部分的金层将会熔进该焊锡材料12中。而且，该焊锡材料12为一种合金，由两种以上金属元素熔炼而成，其金属元素可为由铅、锡、银、铜、铋、锑、锌、钛、镍、铝、镁、锑、铟、镓等。在焊锡过程之后，需以一如超声波的清洁步骤清除助熔剂残渣。在此须注意的是，根据实践经验，所获得焊垫4与基板1表面的粘着强度通常会高于插脚11与基板1的焊锡接合的粘着强度，这点十分重要，正因如此，本发明实施例借由焊锡材料12与焊垫4的接触面积增大，从而增强焊锡材料12对焊垫4的抓着力，而提高了插脚11与基板1的焊锡接合强度。
以本发明实施例来说，焊垫4的侧壁13可略向焊垫4中央倾斜，如图4C所示，其可以利用一般的微影蚀刻技术小心的达成。以此实施例来说，该倾斜侧壁13可增加焊锡材料12与插脚11的接触面积，以提供更大的粘着强度，借此可进一步增加插脚11与基板1的焊锡接合强度；而在倾斜侧壁13下的焊锡材料12更可扣住该侧壁13，使得焊锡材料12能够承受更大的向上拉力(指垂直于焊垫4表面的拉力)。
重要的是，所述的保护层8的形成工艺须能够使保护层8拥有倾斜侧壁14，以使得所述的焊锡材料12容易填入凹陷处15。同样的，所述的距离d则要控制得很好，如距离d太小，将使得焊锡材料12难以将凹陷处15填得很完整；但如果距离d太大，则使得焊锡材料12易横向流动，还会因此降低焊锡材料12的高度而降低该插脚11与焊锡材料12的接触面积，导致插脚11与基板1焊锡结合强度的下降。
如图4D所示，保护层8如具凸面型侧壁16，该焊锡材料12则较难流入该凹陷处15，而形成空孔17，因而降低焊锡接合的可靠度。通常可借调整紫外光(UV)的曝光暨显影时间来控制侧壁14或16的斜度，熟知该技术的人经适当试验后即可掌握该方法。
本发明另一实施例为表面镶嵌技术的应用，其并不只限定于上述的“导通孔在焊垫中”的情况，而可应用于任何形式的焊垫。如图5所示，另一形式的焊垫18与导通孔20以导电线路19(trace)作电性连接，而绝缘保护层8a则沉积但未覆盖焊垫18的任何部分，而只覆盖住部分导电线路19。该实施例也可用本发明所公开的表面镶嵌技术将插脚粘着至该焊垫18上。
如图6所示为本发明的另一实施例，其所述的插脚并不限定于任何形状或结构。一附有树状突(dendrites)22的插脚21可增加焊锡材料12与插脚21间的接触面积，而获得较高的粘着强度。
当然所述焊垫4也并不限定于任何形状或结构，本发明的又一实施例如图7所示，一附于凹陷处24的焊垫23可容置插脚11a，因此可增加焊锡材料12与插脚11a之间的接触面积，而获得较高的粘着强度，当然也可提升焊锡接合强度。
综上所述，本发明系公开一种栅状数组封装的插脚表面粘着的制作方法，可提供更高强度及可靠度的PGA基板上的焊锡接合，该基板可电性连接在插槽或连接器上。
当然，以上所述并非用来限制本发明的实施范围，任何熟习该项技术者不违背本发明的精神所做的修改，均应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种栅状数组封装的插脚表面粘着的制作方法，其特征在于包括以下步骤(a)提供一布有电路图案的布线基板，该基板至少有一个表面含有至少一焊垫以承接至少一导电性插脚；(b)于所述布线基板表面上形成一保护层，其中，该保护层已图案化以露出所述焊垫，且保护层并未覆盖焊垫的任何部分而环绕在该焊垫四周形成一井区；(c)在所述井区内的焊垫上放置插脚及焊锡材料；(d)在一可熔化所述焊锡材料的温度下，所述的插脚可被焊接至所述的焊垫上。
2.如权利要求1所述的栅状数组封装的插脚表面粘着的制作方法，其特征在于所述的插脚为一金属杆状物。
3.如权利要求1所述的栅状数组封装的插脚表面粘着的制作方法，其特征在于所述的焊垫的表面覆有一阻障层。
4.如权利要求1所述的栅状数组封装的插脚表面粘着的制作方法，其特征在于所述的焊垫的表面阻障层包含有一镍制粘着层及一金制保护层。
5.如权利要求1所述的栅状数组封装的插脚表面粘着的制作方法，其特征在于所述的焊垫的侧壁部分向该焊垫的中央部分倾斜。
6.如权利要求1所述的栅状数组封装的插脚表面粘着的制作方法，其中该焊锡材料为一种合金，该合金由两种以上金属元素混合熔炼而成，其金属元素可为铅、锡、银、铜、铋、锑、锌、钛、镍、铝、镁、锑、铟、镓等。
全文摘要
本发明涉及一种栅状数组封装的插脚表面粘着的制作方法，该方法可提供更高强度及可靠度的有机PGA基板上的焊锡接合。其步骤为先提供一布有电路图案的有机布线基板，该基板至少有一个表面上包含有至少一焊垫以承接至少一导电性插脚；在所述布线基板表面上形成一绝缘保护层，该保护层已图案化以露出所述焊垫，且环绕在该焊垫四周形成一井区；在所述井区内的焊垫上放置插脚及焊锡材料，使焊锡材料完全填入焊垫周边与保护层的空隙处；在一可熔化所述焊锡材料的温度下，所述的插脚被焊接至焊垫上，所述的焊锡材料包覆住该焊垫并使其固定住。
文档编号H05K3/34GK1430252SQ01130238
公开日2003年7月16日 申请日期2001年12月29日 优先权日2001年12月29日
发明者董一中, 许诗滨 申请人:全懋精密科技股份有限公司