专利名称：焊料突起部图形阵列的制造方法
技术领域：
概括地说，本发明涉及电子封装。更具体地说，本发明涉及与电子封装件一起使用的焊料球阵列和制造该焊料球阵列的方法。
背景技术：
近年来，电子设备和电讯工业经历了重大发展。这些工业成功的一个原因涉及他们开发电器用品(如计算机、磁带放送机、电视机、电话和其它变得愈加小、薄和轻便的装置)的能力。将电子和电讯元件小型化的能力已至少部分通过电子封装领域的进步而成为可能。
电子封装件被用来将集成电路(IC)芯片安装在基板(如印刷电路板)上。电子封装件在物理和电学上将集成电路芯片与基板连接并保护芯片免受有害环境的影响。封装件提供了这样一种方式用该方式可使从有精细间距的IC芯片电极(亦即电接触焊接区)到间距较粗略的印刷电路板电路实现电连接。将IC芯片与电子封装件连接的常用技术包括带式自动键合法、引线键合法和倒装片焊料突起法。在这三种技术中，焊料突起法由于其能以高封装密度产生精确和可靠的连接而正日益盛行。
电子封装件以往是用将排列在封装件周围的多组连接导体(根据它们的形状而称为“J”形引线或“鸥翼”形引线)的方式连接到印刷电路板上的。这些引线用表面安装技术钎焊在印刷电路板上相应的焊接区上。由于这些外围引线的间距(亦即位距)已减小，这些引线的连接已变得更困难。针对该问题，焊球阵列作为一种在封装件与印刷电路板之间建立电连接的方式正在逐渐代替外围引线。这些阵列(通常称为球栅阵列或“BGA”)可遍布电子封装件底部的整个区域而不仅仅是外围，从而降低了对精细位距的需要。
球栅阵列通常使用许多以阵列排列的焊球以在电子封装件与基板(如印刷电路板)之间建立连接。典型地，阵列焊球位于电子封装件上的导电焊接区(即接线端)与基板上的导电焊接区(即接线端)之间。一旦将封装件与基板正确对准了，就将焊球熔化，然后冷却，这样，在封装件焊接区与基板焊接区之间形成连接。
焊球可用各种技术制造。代表性的技术包括直接浇铸法(美国专利No.5,388,327和5,381,848)、将焊料可湿性焊接区在熔融焊料中浸渍的方法(美国专利No.4,950,623)、部分截止导线熔化法(美国专利No.4,661,192和3,380,155)、焊剂在凹口(即孔)内回流法(美国专利No.5,024,372和5,133,495)、通过掩模蒸发焊料的方法(美国专利No.3,458,925)和将金属薄膜切成碎片并将该碎片熔化在具有可聚集熔融金属微球的凹口的陶瓷夹具上的方法(日本专利申请4-262895)。
可用各种技术将焊球排列成阵列。代表性的技术包括用粘合剂使预成型的焊球在平直的承载带上形成所需的阵列的方法(美国专利No.5,323,947和3,719,981)、分割金属膜然后将该膜熔化形成微珠阵列的方法(美国专利No.5,366,140和5,486,427)、用真空放置工具放置松散的球的方法(美国专利No.5,284,287)和用模板放置球的方法(美国专利No.5,504,277)。
电子工业的竞争性与对更小和更薄的电子元件的需求的组合对电子封装件设计者产生了特别关注。例如，一个关注涉及降低电连接技术(如焊料突起法和球栅阵列法)的成本。对焊料突起法和球栅阵列法的特别关注包括提供具有均匀大小的焊球。另一个对焊料突起法和球栅阵列法的特别关注包括提供焊球准确对准在所需位置上的焊球阵列。本发明即是针对这些关注和其它关注的。
发明概要本发明的一个方面涉及固定在衬底带上的不连续的焊料预成型物的阵列。不连续的焊料预成型物是这样的焊料段材它可制成特定大小和形状以从衬底带向外凸出形成凸起。各段材的凸起具有一个顶点，该顶点与其它焊料段材的凸起顶点在一个共平面上。术语“预成型物”定义为一段焊料箔，它在使用时会熔化，形成电连接或机械连接。
本发明的另一个方面涉及一种制造上述阵列的方法。该方法包括提供一张衬底材料并用可变形的粘合材料将焊料箔粘附于其一个侧面的步骤。该方法还包括以下步骤用压花工具分割焊料箔，使焊料箔分割成不连续的段材，各段材具有一个从衬底板料片材向外凸起的圆顶点。
本发明的又一个方面涉及一种使用上述阵列的方法。该方法包括将凸起的焊料段材按相应的电路焊接区阵列放置在电子封装件、印刷电路板或集成电路芯片上的步骤。该方法还包括将焊料段材熔化使焊料弄湿电路焊接区阵列的步骤。该方法进一步地包括从焊料段材上除去衬底带使焊料段材移至电路焊接区的步骤。
本发明的再一个方面涉及一种制造金属球阵列的方法。该方法包括在金属箔上形成包含许多箔凸起的第一图形的步骤。该方法还包括在承载底板上形成第二图形的步骤。第二图形包含许多与第一图形的箔凸起对应地排列和配置的承载凹口。该方法进一步地包括将金属箔与承载底板放置在一起使金属箔的箔凸起固定在承载底板的承载凹口内的步骤和将金属箔熔化使箔凸起形成位于承载底板的承载凹口内的金属球的步骤。
在整个说明书和权利要求书中，术语“图形”是指一组具有重复式样的垂直立体形貌，它们是表面的一个部分。这些形貌可包括凹槽、脊棱、凹口和凸起。术语“形成图形”是指在表面形成图形。术语“有图形的”描述借助于图形而形成或制成的物品。
本发明的还有一个方面涉及另一种制造金属球阵列的方法。该方法包括提供具有有图形的背面、包含许多箔凸起的金属箔的步骤。该方法还包括将可流动的衬底板料放置在有图形的金属箔的背面上使箔凸起基本上被衬底板料覆盖的步骤。该方法进一步地包括将金属箔上的衬底板料硬化使硬化的衬底板料形成具有许多含箔凸起的承载凹口的承载底板的步骤。该方法还可包括将金属箔熔化使箔凸起形成位于承载凹口内的金属球的步骤。
本发明的再有一个方面涉及另一种制造金属球阵列的方法。该方法包括提供具有正面和背面的金属箔的步骤。该方法还包括提供粘附在金属箔正面上的临时支承带的步骤。该方法进一步地包括在金属箔上形成图形并将其分割使金属箔背面形成许多箔凸起而这些箔凸起被分割成许多不连续段材的步骤。另外，该方法还包括将可流动的衬底板料放置在金属箔背面上使箔凸起基本上被衬底板料覆盖的步骤和将金属箔上的衬底板料硬化使硬化的衬底板料形成具有许多含箔凸起的承载凹口的承载底板的步骤。该方法进一步地包括除去临时支承带并将被分割的金属箔熔化形成位于承载凹口内的金属球阵列的步骤。
本发明的各种方法适合产生具有以下特征的金属球这些金属球具有均匀尺寸，准确对准在适合在基板与电子封装件之间形成连接的阵列中。本发明的各种方法还适合使金属球阵列可通过连续的自动化步骤迅速且低成本地进行制造。此外，上述方法的一个优点是可用来在大的位距和球尺寸的范围内制造均匀球的阵列。对阵列精密度的唯一限制是形成图形的工具所能达到的精密度。
本发明的更进一步的方面涉及一种金属球阵列装置，它包括确定许多承载凹口范围的承载带及许多各自装在承载凹口内的金属球。凹口的作用是保护金属球并将其准确地定位在阵列内。凹口的另一个作用是约束金属球及防止它们在熔化和移至电路焊点区时彼此流动。该阵列装置最好按以下方式使用将金属球与电路焊接区的相应阵列对准，将金属球熔化，使金属球移至电路焊接区。
本发明的其它各种优点将部分地在下面的描述中加以阐明，并部分地会从这些描述中变得明显，或可通过本发明的实践而认识到。本发明的优点将通过权利要求书中具体指明的要素及组合而领悟。无需赘述，前面的一般性描述和下面的详细描述均仅是代表性的和说明性的，不是对要求保护的本发明的限定。
附图的简单描述下面结合附图对本发明进行描述，在附图中，相同的标号表示相应的或相同的元件。
在附图中
图1a-1e是根据本发明原理的第一种方法的横截面视图。
图2是压花工具的透视图。
图3a-3c是根据本发明原理的第二种方法的横截面视图。
图4是根据本发明原理的第三种方法的横截面视图。
图5a-5c是根据本发明原理的第四种方法的横截面视图。
图6是根据本发明原理的第五种方法的横截面视图。
图7a-7e是根据本发明原理的第六种方法的横截面视图。
图8a-8f是根据本发明原理的第七种方法的横截面视图。
图9是本发明中所用的压花工具的扫描电子显微照片。
图10-17是根据本发明制得的结构物的扫描电子显微照片。
详述图1a-1e举例说明了制备金属球图形阵列或球栅阵列并将它们放置在半导体、微电子芯片或其它底板(如电子封装件或印刷电路板)上的方法。图3a-3c、4、5a-5c、6、7a-7e和8a-8f举例说明了在耐热性衬底件或承载带上制备金属球图形阵列的方法。在附图中，所公开的方法仅以二维表示。这仅是为了举例说明的目的，因为本发明是以三维实施的。例如，球栅阵列施用于三维衬底层、承载带片材、板状底板或支承件。
现在来看图1a-1e并具体讨论图1a，图1a显示了前体结构物20，它包括通过粘合剂层26的连接而粘附在底板24上的金属箔22。金属箔最好是低熔点金属，如焊料。底板24最好是可变形的耐热性材料片材的衬底层。用作底板24的可变形的耐热性材料可根据拟定的应用而明显不同，但优选铝、聚四氟乙烯等材料。
可将各种粘合剂用于粘合剂层26，包括那些热塑性的(可熔的)、热固性的(固化成交联的不熔状态)或这两者的组合。具体的一类粘合剂是那些天然压敏的。即，它们在室温下对各种底板显示永久的和干粘性的粘性。许多压敏粘合剂材料在粘合剂领域是已知的，合适的粘合剂可包括丙烯酸酯、丙烯酰胺、热塑性弹性体、天然橡胶、烯烃、硅树脂、乙烯基醚、酯、聚氨酯等以及选定的聚合物和这些材料的共聚物及它们的混合物。
在本发明中，也可使用各种热固性粘合剂，它们例如在暴露于水分、热、辐射等时会固化成不熔的交联状态。有用的热固性粘合剂包括那些用加成聚合法由例如以下化合物形成的粘合剂聚酯、环氧化合物、聚氨酯、氰基丙烯酸酯以及这些成分的混合物或聚合物、共聚物、接枝共聚物和包含这些成分的互穿网络。
虽然粘合剂层26的组分可根据拟定的应用而明显不同，但层26最好是苯乙烯-丁二烯橡胶基粘合剂。粘合剂层26也可包含各种化学改性剂(如增粘剂、交联剂、稳定剂、引发剂等)以提供具体应用所需的效用。
最好用层压或其它类似技术将金属箔22、底板24和粘合剂层26接合。此外，粘合剂层26可含掺入其中的助焊剂(如松香酸)以有助于使金属箔22回流，形成最好基本上是球形的球(亦即突起部)36″(图1e)。回流法的细节将在下面进行描述。
在图1b中，将前体元件20压花(最好使用镍或其它类似金属压花工具28)。示于图2的该压花工具28具有本体30，该本体30有一个限定许多凹陷32的表面31。凹陷32从一个共平面伸入工具本体32中。凹陷32最好是倒棱锥形的，具有均一的大小和形状。当然，凹陷可以是其它形状，例如四面体形的。压花工具28中的各凹陷32被许多最好在共平面上、形成矩形或正方形栅格图形的脊棱33分隔或分割。
接着将压花工具28与前体结构物20接触并模压在一起，然后将它们分开，使金属箔22被工具28的脊棱33分割成与脊棱33的栅格图形对应的矩形段材36。当将金属箔22压花时，压花工具使箔22变形，使段材36形成基本上为棱锥形的凸起，该凸起与工具28的棱锥形凹陷32对应。此外，最好用脊棱33将底板24变形，使分割凹槽39将各区段36分隔。凸起不需要尖锐突出的顶点。顶点在共平面上就足够了。
在整个说明书和权利要求书中，各种元件被描述成“棱锥形的”。术语“棱锥形的”并不限于棱锥的字面定义。实际上，该术语一般包括棱锥形结构物，如平头棱锥或圆锥，带圆顶点的棱锥或圆锥和其它类似的形状。术语“箔”的意义包括任何厚度在约0.2mm以下的金属层、片或涂层。这些金属箔可用压延法形成，也可用沉积法(如电镀法、蒸镀法、溅射法或喷镀法)形成。
在一个任选的但非常优选的步骤中，可用喷涂或刮涂技术将助焊剂(例如London Chemical公司生产的商品名为Superlo Solids 26F的产品或Litton公司的Kester Type SP593或Indium公司的Indalloy TACFLUX 007)施用于压花过的金属层22。该助焊剂有助于将段材36球化成基本上为球形的球(或突起部)36″(图1e)。或者，如果粘合剂层26已包含助焊剂的话，则无需该步骤。然而，如果金属是在惰性气氛、真空或在没有氧化物的条件下熔化的话，例如，可使用超声波，或者，如果金属自身不容易形成氧化物的话(例如是金时)，上述助焊剂可能不是必需的。
如图1c所示，接着，将包含底板42(如电子半导体封装件或微电子芯片等)的电路(它包括导电性金属等，例如铜的区44)与前体元件20对准。然后将对准的包含底板42和前体结构物20的电路加热至段材36的金属熔点的温度。表面张力使得熔融段材凝固成扁平的球体，以使它们的总表面能减至最小。粘合剂26也可改变形状以与熔融金属段材的形状相适应。熔融金属段材36′示于图1d中。
底板42的焊接区44对熔融金属段材36′的亲和性大于对前体结构物20的亲和性。因此，将前体结构物20除去之后，即将熔融金属段材36′移至底板42的焊接区44(如图1e所示)。熔融金属段材36′冷却并在底板42的各焊接区44上以如图1e所示的基本上为球形的形状凝固。
图3a-3c表示本发明的第二种实例。在图3a中，显示了具有底板100的组件。底板100最好是衬底片材层或承载带，如上所述，具有限定许多棱锥形凹口104的表面102，而棱锥形凹口104被许多以矩形栅格图形排列的脊棱106分隔。为了便于说明，底板100的表面102具有与图2的压花工具28的表面31基本相同的图形。虽然矩形栅格的脊棱是优选的，但也可以是其它几何图形，如形成三角的栅格。
底板100被放置在下部的压板110或其它类似结构物上。在该底板100和上部压板114上放置金属层112(最好是上面详述过的焊料箔片材或其它金属箔片材)，或者，将类似结构物放置在金属层112上。最好有例如聚酰亚胺或聚四氟乙烯等材料的衬垫116夹在上部压板114与金属层112之间。然而，该衬垫片116不是必需的，如果上部压板114是用不会被熔融金属沾湿的材料制成的或涂布了这样的材料的话。
在一个任选的但非常优选的步骤中，与前述相似，可在使金属层112与底板100接触之前在其上面施加助焊剂。助焊剂最好施加在金属层102的两面，虽然也可施加在单面上。这是因为过量的助焊剂通常会停留在凹口104中，如后面会讨论的，有助于在后面的处理过程中将球124保持在凹口104中，现在来看图3b，在箭头118、119的方向施加压力，使作为印压机一部分的压板110、114并合，将金属层112分割，使之在底板表面102的凹口104内形成段材120。在用印压机施加压力将金属层112分割成段材120的过程中，向该组件施加热量(最好是高于金属层112的金属熔点的温度)。衬垫片116有助于将熔融金属限定在凹口104内。
热的作用是使金属段材120熔化，这样，在压板110和114分开后，熔融金属段材120球化，形成基本上球形的球124(如图3c所示)。加压和加热最好同时进行，这样，金属层112被分割成段材120且这些段材同步/同时熔化。
如图3c所示，然后从印压机中取出底板100，让其冷却。所得结构物包含支承所得球124的底板100，球124最好基本上是球形的，在凹口104内的中心位置，彼此具有相同的距离。也可使过量的助焊剂位于凹口104内，以有助于保持球124的位置。为此目的，优选糊类助焊剂，如那些商品名为TACFLUX 007或Kester SP593的助焊剂。然而，如果在球124与底板100之间有粘附力，则过量的助焊剂不是必需的。
图4显示了前面所述的并示于图3a-3c的过程的细节。该过程是自动化的，可用于连续生产金属球，该金属球最好是焊料且基本上是球形。
在图4中，显示了有图形的底板130，如前面所述的承载带(片)。底板130的图形是用矩形栅格的脊棱138形成的，这些脊棱将许多棱锥形凹口139分隔。底板130上的图形最好与用图2的压花工具28的表面31形成的图形类似。
底板130通过一对滚筒142、143进行移动，滚筒142和143均具有光滑表面142a、143a并隔开足以在底板130上施加压力的距离，以便组合操作。这些滚筒142、143各自以箭头144、145的方向旋转。将滚筒142、143中的任一个或者最好是二个或者它们周围的区域加热至高于金属层146的熔点的温度，以使金属在被冷却之前完全熔化。
金属层146和网片148夹在滚筒142与143之间。金属层146从供料辊(未标出)被供至滚筒滚筒142与143之间的位置。网片148从供料辊(未标出)顺着滚筒142被供入，并按箭头153的方向被送向卷取辊(未标出)。在滚筒142、143的压力下，金属层146与有图形的底板130接触，这样，金属层146被底板130分割成段材154，这些段材154位于底板130的凹口139内。该分割确定了所形成的球160之间的间隔。网片148的作用是在段材154在滚筒142与143之间时将这些段材154限定在底板130的凹口139中，并防止熔融金属段材154和球160粘附至上滚筒142上。
在压力从滚筒142、143和网片148(网片148转向卷取辊)释放后，熔融金属段材154球化并冷却成基本上为球形的球160。这些球160位于凹口139内中心，彼此距离相同。
金属层146以前面所述的金属箔片为佳，最好是焊料箔。较好的是，该金属层146用助焊剂进行处理(最好是两面)，以有助于段材154如上所述球化成基本上为球形的球160，如有过量的助焊剂，则该过量助焊剂停留在凹口139中，在其后的处理过程中帮助将球160保持在凹口139中(如前面详述的)。
网片148最好是耐热性材料，如前所述，与保护衬垫116(图3a和3b)类似。该网片148最好可耐受金属层146的熔点以上的温度。该网片148的代表性的材料包括聚酰亚胺、含氟聚合物〔如聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基聚合物(PFA)和氟乙烯/丙烯共聚物(FEP)〕。
根据所用材料，可将底板130紧压在图形工具上进行热压花使之产生图形，所述图形工具具有与图2所示工具相反的图形，即，棱锥形凸起的正方形图形。根据材料，也可用包括热固化法、热浇铸法、带紫外光固化的浇铸法或溶剂浇铸法在内的方法在底板130形成图形。底板130的代表性材料包括含氟聚合物〔如聚四氟乙烯(PTFE)、全氟烷氧基(树脂)(PFA)、氟乙烯-丙烯共聚物(FEP)、硅橡胶、环氧基树脂〕和高温聚合物〔如聚醚醚酮(PEEK)〕。
在图5a-5c和6中，显示了本发明的制造底板(最好是含焊料金属球的承载带)的实例。在公开的方法中，底板承载带在与金属层(金属箔片)分割成段材和段材熔化的大致同时成形。具体地说，图5a-5c表示分批法，而图6表示连续法。
图5a表示这样一个组件，其底板200(最好是与前述承载带的片材一致的承载带)被夹在金属层202与压花工具206之间。压花工具206搁在印压机的下部压板208上。衬垫片材210最好被放入该组件中，在金属层202与印压机的上部压板218之间。
金属层202如前所述，以金属箔片为佳，最好是焊料箔片。在金属层202的两面最好如前所述涂布助焊剂，其理由前面已讨论过。
压花工具206用硬材料(如镍)制成。该压花工具206的表面206a与图2所示压花工具28的表面31类似。该表面206a有许多棱锥形凹口225，这些棱锥形凹口被许多以矩形栅格图形排列的脊棱224分隔。
在图5b中，压板208、218通过在箭头228a、228b的方向施加压力而并合。现在假定底板200的脊棱230和凹口231的图形与压花工具206的表面206a的形状对应。在用组件将金属层202分割成段材232的同时将热量(最好在高于金属层202的熔点的温度)施加于该组件。段材232被静置在脊棱230上的衬垫片材210限定在底板200的凹口231内。衬垫片材210具有防止熔融金属沾湿并粘附于压板218的功能。它还具有在金属箔202和底板200的区域均匀地分配压缩应力使底板适应于压花工具206的图形的功能。衬垫片材可用具有耐热性的可变形材料或弹性材料(如硅橡胶或聚氟乙烯)制成。热的作用是使金属段材232熔化。
在图5c中，来自印压机的压板208、218的压力已被释放，底板200已从印压机上取下以进行冷却。压力释放后，熔融金属段材232〔最好用助焊剂加以促进(如前所述)〕球化，形成基本上球形的球234。在凹口231内的所得金属球234基本上在中心位置，彼此距离相同。
在图6中，金属层240〔如上所述，最好是金属箔片(如焊料箔片)具有至少一个面，但最好有两面，如上所述涂布有助焊剂〕被夹入底板242(如上所述，最好是一片承载带)与衬垫片材244〔如上所述，与衬垫片材210(图5a、5b)类似〕之间。对金属层240、底板242和衬垫片材244对准，使它们在滚筒248与249之间受压。
金属层240按箭头250的方向从供料辊(未标出)顺着导辊(未标出)供至滚筒248与249之间的位置。类似地，底板242和衬垫片材244从它们各自的供料辊(未标出)供至在滚筒248、249的那边的它们各自的卷取装置(未标出)。
上滚筒248具有光滑的表面248a，下滚筒249具有脊棱251(如上所述，脊棱251将许多凹口253分隔)的表面249a，尤其是具有与图2的工具28对应的表面。最好将这些滚筒248、249均加热至高于金属层240的熔点的温度，虽然滚筒248、249中仅有一个需要加热至该温度。滚筒248、249被设计成在各自箭头254、255的方向旋转。
具体地说，当滚筒248、249在箭头254、255的方向旋转时，金属层240、底板242和衬垫片材244按箭头250的方向一起移动。在滚筒248、249的间距能在金属层240、底板242和衬垫片材244上产生足够压力时，底板242被压花(与下滚筒249的表面249a的形状对应)，这样，在其上面形成了脊棱258和凹口259的元件。几乎同时，金属层240被局部熔化并分割成被衬垫片材244限定在凹口259内的段材260。几乎立刻，金属段材260变得完全熔化。
当底板242按箭头250的方向向前移动时，来自滚筒248、249的压力释放。压力释放后，熔融金属段材260(最好用助焊剂促进)球化，在底板242上形成基本上为球形的球262，这些球262在凹口259的中心，彼此距离相同。
在图3-6中，金属箔厚度与承载底板图形中的凹口的容积的关系是重要的。为得到最均匀的金属球尺寸，金属箔厚度应不超过这样一个值在该值，所产生的金属量完全填满承载底板中的凹口容积。箔厚度最好应略小于该值。如果金属箔太厚，则过量的熔融金属在压板的边沿流出，或者在图4和6的滚筒的情况下在承载底板最初接触到滚筒的接触区的前面形成熔潭。该过量的熔融金属在其流向压板或滚筒的边沿时由于金属在较大潭中积聚而导致总表面能减小，从而将金属从凹口吸出。该效应难以控制并导致球不均匀。
图7a-7e表示根据本发明的原理制造金属球阵列的另一种方法。图7a表示具有与背面304相反的正面302的金属箔300。箔300已用前面在说明书中公开的技术中的任一种或者任何其它已知的形成图形的技术进行了压花或形成了图形。箔300的形成有图形的背面304有许多凸起306。较好的是，凸起306是棱锥形的，具有顶点308。凸起306被许多排列成矩形栅格图形的凹槽312分隔。箔300的正面302与箔300的背面304是正反关系。因此，正面302最好有许多与背面304的棱锥形凸起306对应的棱锥形凹口314。此外，凹口314被许多与背面304的凹槽312对应的脊棱316分隔。脊棱316最好排列成矩形栅格图形，沿共平面对准。
一旦制成了有图形的金属箔300，就将金属箔300的背面304用衬底板料318覆盖。如图7b所示，衬底板料318覆盖凸起306的顶点308并填满凹槽312。衬底板料318可放置、喷涂、铺展或以其它方式施加在箔300的背面304上。衬底板料318最好是可流动材料，如未固化的液体热固性聚合物，最好是未固化的环氧基树脂。
用衬底板料318覆盖箔300的背面304之后，将衬底板料318固化或以其它方式硬化，并将箔300翻转成如图7c所示。硬化后的衬底板料318形成承载底板318′，如承载带、膜或片。承载底板318′限定许多棱锥形凹口320，这些凹口320形成具有矩形图形的栅格。箔300的各棱锥形凸起306定向在承载底板318′的对应凹口320内。
下面，如图7d所示，除去箔300的正面302上的脊棱316，这样，棱锥形凸起306被分割成在承载底板318′的凹口320内的不连续的段材306′。不言而喻，脊棱316上的焊料可用摩擦法或任何其它技术(包括用尖棱压花工具压花或切割或仅将焊料脊局部熔化)除去或转移。最后，如图7e所示，不连续的段材306′熔化成位于承载底板318′的凹口320内的各个球306′。较好的是，用助焊剂使段材306′能形成球306″。此外，在球306″与底板318′之间可出现粘接，将球306″保持在底板318″的凹口320中。
不言而喻，如果在图7所示方法中用较薄的衬底板料层来覆盖金属箔的背面，则可使所得金属球露出或几乎露出于所得承载底板的背面。这是有利的，因为在承载底板上较少有热物质且可将金属球移至电路而只需少许加热或者只需将球阵列放置在与电路对准的位置并将热的热电极按压在背面上。
承载底板318′的凹口320与球306″排列成准确的焊料球阵列，保护球306″免受损害和防止阵列中的球彼此移动。凹口起贮器的作用，可限定焊料球的位置和防止相邻的球在下述情况下熔化而并合如果在将焊料球移向电路的过程中，在将承载底板318′靠在电路板、电子封装件或IC芯片时对其施加过度的压力。上述方法成本相对较低，能产生具有均匀尺寸的准确地以适合在电子封装件与底板之间或集成电路芯片与电子封装件之间形成连接的阵列排列的焊料球。
图7所示结构可通过除下述方法之外的方式得到在金属箔上形成图形，然后浇铸衬底板料，在金属箔背面形成承载底板。例如，可用相同图形在承载底板和金属箔上各自形成图形，然后将它们粘合，使有图形的金属箔或金属片的背面的凸起适合有图形的承载底板的凹口。可在金属箔与承载底板之间夹入粘合剂薄层以加强它们两者之间的粘合。使用该方法以得到图7c结构的一个优点是承载底板可以是高温热成形性材料，该材料能使承载底板在会使金属箔过早熔化(如果承载底板与金属箔接触的话)的温度下被预压花。
或者，图7c的结构可用以下方法得到先在承载底板上形成图形，然后用金属蒸镀底板的有图形的表面，使金属在底板的有图形的表面形成连续的涂层。该方法作为一种在分割和熔化步骤之后得到图7d和7e所示精细尺寸型球阵列的方式而特别具有吸引力。对于大多数金属而言，难以通过辗压形成厚度小于约5微米的箔。用例如金属蒸发进行蒸镀对于厚度在约5微米以下的金属镀层可能更经济。
图7d所示分割步骤在某些条件下可与图7e所示熔化步骤结合，如果分割是用以下方法进行的话使用例如辐射加热器或火焰或与热表面瞬间接触使脊棱316上的金属熔化。热量必须从金属层的正面302施加，热源必须足够地强，热量的施加必须足够地迅速，以建立从脊棱316的金属层正面302到凹口314的金属层背面的温度梯度。金属层脊棱316必须是金属层中最先熔化的部分。当脊棱的金属层熔化时，熔融金属的表面张力使金属离开脊棱316，流入承载底板中的凹口320，从而在临完全熔化之前有效地将金属层分割成段材。
为强化热梯度，较为有利的是，使金属层和底板在金属层熔化过程中紧密接触以及承载底板相对较冷或与相对较冷的支承表面接触。紧密接触是指足以使热量在金属层/承载底板界面进行充分传导的接触。该接触在金属层与承载底板之间出现粘接时会得到加强。
为有助于将焊料或低熔点金属段材球化成球，在金属层正面使用助焊剂可能是有益的。如果施加助焊剂使凹口314处的助焊剂比金属层的脊棱316更厚，从而在凹口314区域产生额外的热交换的话，助焊剂还可强化温度梯度。合适的助焊剂包括那些Litton公司生产的商品名为Kester SP596或SP 2163的产品。
对于低熔点金属(如锡、铅和铟)而言，合适的底板材料包括例如环氧基树脂(如那些3M公司生产的商品名为#2216的产品)和金属(如粘附有不易被低熔点金属沾湿的表面氧化物的铝)。在熔化之前，使脊棱处的金属尽可能地薄和使承载体的脊棱尽可能地尖锐以使熔融金属均等地分离成与脊棱相邻的凹口是有利的。如果该金属是较软的金属，如锡、铅、铟或金，或者如果承载底板比这些金属硬，则可在二个光滑压板或滚筒之间压缩金属/承载底板组件，减小脊棱处的金属厚度。
图3-6所示方法虽然所需步骤比图7a-7e所示方法的少，但在承载底板厚度、压力、温度及得到均匀尺寸的球所需辊压速度(图4和图6所示方法)的均匀性方面要求更严格。在图7a-7e的方法中，图7d的分割步骤可使金属球均匀性的控制更具有再现性。
图8a-8f举例说明了根据本发明的原理制造金属球阵列的又一种方法。图8a表示适合实施本发明的组件。该组件包括印压机，该印压机有一个上压板400和一个下压板402。金属箔404位于上压板400与下压板402之间。具有面向箔404背面的母图形压花表面408的压花工具406被放置在上压板400与箔404之间。母图形压花表面408有许多棱锥形凹口410，这些凹口410被许多排列成与图2所示工具类似的矩形栅格阵列的脊棱412分隔。组件还包括与箔404正面邻接的柔性层414和在柔性层414与下压板402之间的临时衬底层416。
在实施该方法时，如图8b所示，将上压板400与下压板402压合，这样，母压花表面408在箔404上压花。最好以足够的压力将压花工具406压在箔404上，使脊棱412完全切破箔404和柔性层414并部分切入临时衬底层416。被压花后，箔404的背面有许多棱锥形凸起418，这些凸起418被许多排列成矩形栅格的凹槽420分隔。箔404的正面与背面是正反关系，它有许多棱锥形凹口422，这些凹口422被许多排列成矩形栅格图形的切边424分隔。切边424与临时衬底416连接，柔性层414被分割在箔404正面上的棱锥形凹口422内。
一旦在箔404上压花后，从印压机上取下箔404、柔性层414和临时衬底416。虽然箔404和柔性层414已被压花工具406分割或切割，但被分割的区域被临时衬底416如图8c所示地维持在一起。被分割的箔404、柔性层414和临时衬底416分别与图1B中的金属层36、粘合剂26和底板24类似，所不同的是，在这里，柔性层414和临时衬底416无需是耐热性的。柔性层的合适材料包括乳胶型粘合剂、蜡、或可再放置的粘合剂(如那些3M公司生产的商品名为ReMount的产品)。临时衬底的合适材料包括柔软的廉价聚合物，例如聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯或聚丙烯。如图8d所示，接着，最好用热固性衬底板料覆盖箔404背面，这样，箔404的棱锥形凸起418被覆盖。然后将热固性衬底板料固化或硬化，使热固性衬底板料形成承载底板426′。承载底板有棱锥形凹口428，凹口428内有箔404的被分割的凸起418。
现在来看图8e，接着，将箔404翻转，从箔404的正面除去临时衬底416和柔性层414。一旦将临时衬底416除去，就使箔404的切边424露出。不言而喻，由于压花工具406的脊棱412在压花过程中将箔404完全切割，箔404的棱锥形凸起418被分割成位于承载底板426′的凹口428内的不连续的段材418′。最后，如图8f所示，不连续的段板418′被熔化，形成位于承载底板426′的凹口428内的独立的球418″。较好的是，使用助焊剂使段材418′能形成球418″。
实施例1从威斯康星州Cudahy市Lucas-Milhaupt公司购得0.064mm厚、102mm宽的63/37锡/铅共熔焊料箔。将102mm×607mm的箔片放置在包有相同尺寸铝片的压敏粘合剂(PSA)上。铝的厚度为0.13mm，在焊料箔粘合的一面有0.05mm粘合剂(2份苯乙烯/丁烯橡胶，1份丙烯酸酯)。该铝/PSA片以Industrial Tape和Specialties Division Tape No.417的商品名从明尼苏达州St.Paul市3M公司购得。焊料箔和铝/PSA片用标准层压技术并合。
将一片38mm×76mm的该层压试样放置在镍制压花模上。该压模的显微照片如图9所示。该压模的图形与图2的附图类似。该压模是正方形脊棱图形，该正方形脊棱图形确定四角(正方形型)倒棱锥的形状，该倒棱锥的脊棱呈80度内角，脊棱间隔0.89mm。该压模由金刚石机加工图形在丙烯酸类塑料中电铸。用足够的压力使压花模和焊料/铝PSA层压物通过压延机，将箔切割成单独的不连续的段材。虽然压延机上的力量未测定，但压花程度与以34MP的压力在印压机中被压花的箔片类似。被压花过的焊料箔段材的显微照片示于图10。重要的是，在压花步骤中，焊料段材被完全与它们的邻接物切断开来；否则的话，在其后的熔化过程中，二个相邻的段材会并合，形成单个球。所得压花焊料段材的三维形状取决于用来将焊料箔与铝衬底粘合的下层粘合剂的刚性和厚度。当粘合剂刚硬时(如固化的环氧基树脂)，所得焊料正方形较平。较软的粘合剂(如PSA)会使段材在中段向上凸起，形成与压花工具中的凹口形状一致的四角(正方形型)棱锥。软的粘合剂(和在一定程度上，软的铝衬底)还有助于段材在较低压花压力下完全切断。
用作试验底板的含裸露的铜焊接区的底板用二种方法制成。一种方法是，在包铜的FR-4板上施加从Morton Electronics products公司购得的商品名为Dynamask Aqueous焊料掩膜5030型的干膜焊料掩膜(一种柔性的可光成象的焊接掩膜)，将0.89mm间距的点图曝光于掩膜上，根据产品说明书显影并将掩膜固化。将凡未暴露于UV光下的焊料掩膜除去，留下后面的直径0.46mm、孔深0.08mm、在底板有露出的铜的图形。制造该底板的另一种方法是，用照相平版印刷技术和电镀技术在聚酰亚胺上形成高0.05mm、直径0.36mm的点图，在该点图中，铜焊接区间隔0.89mm。称作球栅阵列(BGA)底板的这些底板可用来测试将焊料球移至电路的方法。
压花焊料棱锥必须与BGA底板的铜焊接区对准。使用焊料掩模BGA底板时，在焊接区上形成凹口，使压花焊料底板紧贴着BGA底板四处滑动，直至棱锥的尖端落入焊接区的凹口中。观察到焊接区与棱锥之间卡住。在聚酰亚胺BGA底板上有铜时，焊接区的点图可透过聚酰亚胺底板加以观察并将其制成与棱锥的峰对应。
二种类型的BGA底板的最容易的校准方法是，将压花箔试样和BGA底板预切割成与焊接区阵列和在该切片中的相同位置的焊料棱锥阵列同样大小。然后在使这些切片的边缘对准，彼此贴在一起时对棱锥和焊接区的阵列进行排列。
在将压花焊料箔(图10)贴在BGA底板上之前，将从London Chemical公司购得的商品名为Superlo Solids 26F的非净助焊剂施加在压花箔和BGA底板上。该助焊剂从约1英尺(30cm)的距离由气雾剂瓶喷出，时间短于0.5秒。助焊剂往往会下沉到压花凹口中。
用硅氧烷类压敏粘合剂(从RSW公司Ospecialty Tapes分公司购得，商品名为CW-14HT)将BGA底板固定在平面上，将具有铝衬底带的压花焊料紧贴在BGA底板上，使焊料段材与BGA底板的铜焊接区接触。将12.7mm×25.4mm×25.4mm的铝片在加热板上加热至300℃，然后在铝带的背面紧贴10秒钟。接着，将其取下，几乎同时，将铝带从BGA底板上小心地剥离下来，注意不要撕破或弄脏现在已粘附在BGA底板上的熔融焊料球。图11显示了所得试样的SEM显微照片，其视界从试样平面倾斜30°。
在熔化步骤中，熔融焊料球的表面张力产生了与外面施加的压力抗衡的平衡压力。该平衡压力随着熔融球变平而增加。如果施加的压力太大，达到约1.5kPa，则来自相邻的焊料段材的熔融焊料会并合。在本实施例中所用的钢重量产生了为265Pa的合适压力。
实施例2用金刚石机加工法制造50mm×300mm×2mm镍制压花工具。该工具具有v形凹槽的正方形图形，以使凹槽侧面形成间距为1mm、内顶角为90°的4角棱锥的面。
将镍制压花模放置在13mm×300mm的铝片上，使其有图形的面朝上。将一片70mm×300mm×0.1mm的PEEK(聚醚醚酮)膜(宾夕法尼亚州Lenni市Westlake Pastics公司产品)放置在模具的上面。将一片38mm×250mm×0.5mm的FEP(氟乙烯/丙烯共聚物)放置在PEEK的上面，将第二块13mm×80mm×300mm的铝板放置在FEP上。将该铝板、镍模、PEEK、FEP和铝板的层叠物放置在热印压机(印第安纳州Carver公司生产的3891型)中，二个压板的温度设定在320℃，将20,900kg的总压力施加2分钟。施加在紧靠在FEP下面的PEEK上的实际压力为21MPa。将该层叠物从印压机上取下并加以冷却，将压花PEEK切削成38mm×250mm大小。然后将压花PEEK放置在设为150℃的加热板上，使凹口的图形(朝向远离工具的那一面)朝上。加热板(Thermodyne2200型)的加热面为300mm×600mm，在其一端放置10mm隔条，使加热面有非常细微的倾斜，以产生1∶60(约1°)的斜率。将PEEK条带放置成与加热板的长轴平行。
将大小为0.064mm×38mm×230mm的63/37锡/铅焊料箔放置在PEEK的上面。先在焊料箔的两面均匀地涂抹从Litton公司购得的商品名为Kester SP593的助焊剂，涂布比率为0.0025g助焊剂/cm2焊料箔。将一片70mm×400mm×0.5mm聚酰亚胺(从特拉华州Wilmington市Dupont公司购得，商品名为200VN Kapton)放置在焊料箔上。将一块直径为95mm、宽38mm、重2.25Kg的圆柱形黄铜预加热至250℃并放置在上述聚酰亚胺的向下倾斜的边缘上。接着将该黄铜圆柱体在压花PEEK的上面以30mm/秒的速率滚动。在该过程中，下面的焊料箔被熔化。熔化的焊料如图12和13所示，在压花PEEK的凹口中形成直径为0.5mm的均匀球的阵列。图12表示从试样平面倾斜45°的视界。图13是与试样平面垂直地观察的。当滚筒在聚酰亚胺上通过时，聚酰亚胺被小心地从PEEK上剥离，以不使聚酰亚胺相对于PEEK滑动，因为这种滑动会使熔化的焊料段材(球)弄脏。
实施例3由金刚石机加工过的丙烯酸类塑料法电铸成与实施例1类似的镍模(工具)，所不同的是，脊棱的间距为1mm，内顶角为90°。模具的大小为50mm×300mm×2mm。将其置于一13mm×80mm×300mm的铝片上，使镍模有图形的一面朝上。将一片0.1mm×70mm×300mm的PEEK膜放置在上述工具上。在一片0.064mm×39mm×230mm焊料箔上涂布0.0025g/cm2的Kester SP593助焊剂，然后放置在上述PEEK上。将一片0.5mm×38mm×250mmFEP(氟乙烯/丙烯共聚物)放置在上述焊料箔上。将第二片13mm×80mm×300mm的铝放置在上述FEP上。将该铝板、镍制工具、PEEK、焊料箔、FEP和铝板的层叠物置入在前面实施例2所述的Caever热印压机中，在21MPa的压力下用三分钟加热至230℃。将层叠物从印压机上取下，从该层叠物中小心地除去上面的铝板和FEP，使其露出如图14的显微照片所示的在PEEK的棱锥形凹口内的均匀熔化的焊料珠阵列。球上的暗区是少量助焊剂。
实施例4将实施例3的50mm×300mm×2mm的镍制压花工具紧靠在一片50mm×300mm×0.076mm的63/37锡/铅焊料箔上，使其有图形的一面朝下。将1.4mm厚的硅橡胶(从Dow Corning公司购得，商品名为RTV Silastic J)放置在焊料箔的另一面上，用作弹性衬垫层。将工具、焊料箔和衬垫层放置在实施例3所述的印压机中，往该组件施加22,700Kg的力。在焊料箔上产生的压力为15MPa。用此方法，在焊料箔上压花，产生与镍制压花工具的图形逆对应的4四角棱锥图形。接着，在压花焊料箔的有棱锥形凸起的一面涂布液体环氧基树脂(从Buehler公司购得，商品名为Epo-Quick)，涂布比率为0.01g环氧基树脂/cm2焊料箔。将环氧基树脂在85℃固化1小时。然后将试样翻转，在压花过程中远离镍制工具的那个焊料表面中的焊料露出正方形脊棱的图形。然后用一片50mm×50mm的#280 SiC砂纸将脊棱湿法抛光，直至下面的环氧基树脂恰好露出。除去约0.07mm厚度。在对脊棱抛光过程中，将焊料箔分割成各自粘在被硬化的环氧基树脂形成的凹口中的不连续的段材。将水溶性助焊剂(Kester 2163型)以0.015g/cm2的比率喷涂在焊料上。然后将试样在210℃加热5秒钟，使焊料熔化，在环氧基树脂衬底的凹口中形成如图15所示的均匀大小的球的均匀阵列。图15表示从试样平面倾斜45°的视界。球的直径为0.48mm。
实施例5将一张38mm×100mm×0.18mm铝片的一面用掩蔽带掩蔽，然后将该铝片在乳胶型粘合剂(从Ashland Chemical公司购得，商品名为Aroset 2551-W-52)中浸涂，涂布其另一面。让涂层风干15分钟。将在一片38mm×100mm×0.076mm的63/37锡/铅焊料层压在该铝片有粘合剂的一面上。除去掩蔽带，将实施例3和4中所用的50mm×300mm×2mm的镍制压花工具紧靠在铝片无粘合剂涂层的一面上，使其有图形的一面朝下。然后在印压机中以80Mpa的压力轧压压花工具、焊料箔和有粘合剂涂层的铝片。该压力足以将焊料箔切割成独立的段材，但不会切到下面的铝片。将铝片与所粘附的焊料箔段材一起从印压机中取下。然后用与实施例4中相同的液体环氧基树脂涂布有粘附的焊料段材的一面，涂布比率为0.01g环氧基树脂/cm2。将环氧基树脂在65℃固化1小时。然后将铝片和乳胶型粘合剂从焊料段材上剥离出来，但焊料段材仍粘附在固化的环氧基树脂上。接着以与实施例4中所用的相同方式将焊料段材熔化和球化。所得环氧基承载带的焊料球直径为0.52mm，间距为1mm。
实施例6用与实施例3中类似的但间距为0.35mm的图形的压花工具在一片0.023mm×38mm×100mm的63/37锡/铅焊料上压花。压花条件与实施例4中的类似。以与实施例4的方法类似的方式在压花过的焊料箔上涂布环氧基树脂并将环氧基树脂固化。用#600 SiC砂纸对图形的脊棱进行湿法抛光，将焊料分割成包含在固化的环氧基树脂的凹口内的段材。从脊棱上除去约0.027mm厚的焊料。以与实施例4相同的方式施加助焊剂并将焊料段材熔化。所得环氧基带的大小为38mm×100mm，其凹口内有直径为0.14mm的焊料球，焊料球的间距为0.35mm，呈正方形阵列。
实施例7将与实施例1类似的一片38mm×200mm×0.07mm的焊料箔紧靠在实施例3中所用的母图形工具有图形的一面上，在焊料箔上压花。将一1mm厚的硅橡胶片(Silastic J RTV)放在焊料箔的另一面上。将硅橡胶/焊料箔/压花工具组件在实施例2所述的印压机中以20MPa的压力压缩，然后分开。该压力尚不足以将金属箔分割成段材。将一块与实施例1中类似的38mm×200mm的有粘合剂涂层的铝带(从3M公司购得，商品名为417型)紧靠在同一母图形工具上，使其铝面靠着工具有图形的一面。将一38mm×200mm×1mm的硅橡胶片紧靠着铝带的粘合剂一面。接着在印压机中往该组件施加15MPa的压力。从印压机中取下组件，从铝带的粘合剂一面取下硅橡胶片。然后焊料箔有图形凸起的一面紧靠铝箔的粘合剂一面，以使焊料箔的凸起适合铝带的凹口。将组件的铝带一面再次紧靠在压花工具上，使铝的压花图形的凸起适合工具的凹口。用5MPa的压力将组件并合。从印压机中取下组件，用与实施例4类似的方式研磨焊料箔的图形脊棱。将助焊剂(Indalloy TacFlux 007)施加在组件的焊料一面，涂布比率为0.003g/cm2。将该组件的铝带一面紧靠在设定在250℃的加热板上，使焊料熔化。所得试样为具有约1mm宽、4mm深的棱锥形凹口的正方形图形的铝带，各凹口中有一个直径为0.4mm的焊料球和帮助将球固定在凹口内的丙烯酸类/丁苯橡胶(SBR)粘合剂。
实施例8用与实施例4的方法相同的方式在38mm×300mm×0.076mm的63/37锡/铅焊料箔上压花。在压花过的焊料箔的有棱锥形凸起的一面以0.01g/cm2的比率涂布从3M公司购得的商品名为2216型的环氧基树脂。将环氧基涂层在100℃固化30分钟。在试样的焊料一面以0.03g/cm2的比率涂布助焊剂(kester SP 596)。将试样置于花岗岩实验室试验台面上，使焊料一面朝上。然后用距离试样约5cm的丙烷喷灯加热试样的焊料一面。将焊料熔化、分割成段材并球化，形成直径0.5mm的焊料球的阵列，焊料球位于固化的环氧基树脂承载底板的凹口中，彼此间的间距为1mm。用相同的方式重复试验，所不同的是，用胶带将底板粘附在不锈钢板上并确定方向，使试样的焊料箔一面在熔化步骤中朝下。在另一个试验中，使焊料箔在熔化步骤中处于垂直方向。在二种情况下，所得焊料球阵列与在试样处于水平方向且焊料一面朝上时制得的阵列相同。该试验表明，主要是表面张力而不是重力将熔化的焊料吸入承载底板的凹口中。图16绘出靠近火焰施加于金属层的区域边缘的一段试样。施加的热量应使显微照片左下角的金属完全熔化而显微照片右上角的金属层不熔化。在这二个区域之间，底板脊棱处的金属处于分割和吸入底板凹口中形成球的不同阶段。图17表示从水平方向倾斜20°的视界，该图显示，在金属箔完全熔化的一部分试样中，所得球是均匀的。在拍摄图16和图17之前，用水将试样中的过量助焊剂洗去。
实施例9将一片50mm×350mm×0.025mm的铝箔(从Reynolds Aluminium公司购得，商品名为Reynolds Wrap)紧贴在实施例3所述的母图形工具上。在该铝箔上放置一片38mm×300mm×0.076mm的63/37锡/铅焊料箔。再在该焊料箔上放置一片实施例7所述的1mm厚的硅橡胶。用23MPa的压力将该组件压缩5秒钟。压力释放后，即将焊料箔和铝箔粘合在一起。在试样的焊料箔一面以0.03g/cm2的比率施加助焊剂(Kester SP 596)，按与实施例8相同的方式用丙烷喷灯将试样加热。将焊料熔化、分割并球化成直径0.5mm的焊料球的阵列，焊料球位于铝箔承载底板的凹口中，彼此间的间距为1mm。
在本申请的说明书和权利要求书中，显见，相同的词语具有相同的定义。另外显见的是，可根据本发明的原理使用任何数目的栅格图形或凹口形状。此外，关于前面的描述，不言而喻，可在细节上(尤其是在所用的构成材料及部件的形状、尺寸和排列方面)进行变化而不偏离本发明的范围。说明书和所描述的实例应认为是举例说明，本发明的正确范围和实质由下面的权利要求书的宽的含义确定。
权利要求
1.制造金属球阵列的方法，它包括以下步骤该方法包括在金属箔上形成第一图形，该第一图形包含许多金属箔凸起；在承载底板上形成第二图形，该第二图形包含许多与第一图形的箔凸起对应地排列和配置的承载凹口；将金属箔与承载底板放置在一起，使金属箔的箔凸起固定在承载底板的承载凹口内；和将金属箔熔化，使箔凸起形成位于承载底板的承载凹口内的金属球。
2.如权利要求1所述的方法，该方法还包括在将金属箔和承载底板放置在一起之后在金属箔上涂布助焊剂的步骤。
3.制造金属球阵列的方法，它包括以下步骤该方法包括在承载底板上形成一种图形，该图形包含许多承载凹口；将金属箔紧贴在承载底板的图形表面上；将金属箔加热，同时模压金属箔和承载底板并将它们限定在二个刚性模之间，使箔熔化，形成位于承载底板的承载凹口内的熔融金属片段；将模之间的压力释放，从模之间取出承载底板，形成位于承载底板的承载凹口内的金属球。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述刚性模是对置的滚筒形式。
5.如权利要求3所述的方法，该方法还包括在将金属箔和承载底板放置在一起之前在金属箔上涂布助焊剂的步骤。
6.制造金属球阵列的方法，它包括以下步骤提供金属箔；提供具有图形的压花工具，该图形包括许多凹口；提供具有正面和背面的承载底板，其中，承载底板的厚度小于压花工具中的凹口深度；将承载底板的背面紧贴有图形的工具；使金属箔与承载底板的正面接触；用刚性模将金属箔和承载底板模压在压花工具上，同时施加足够的热量和压力，在承载底板的正面形成与图形压花工具的凹口一致的凹口，并进一步地将金属箔熔化和将熔融金属分割成被限定在承载底板凹口内的段材；释放压力并使刚性模脱离熔融金属，让熔融金属片段形成位于承载底板的承载凹口内的金属球。
7.如权利要求6所述的方法，该方法还包括在金属箔与刚性模之间放置衬垫的步骤。
8.如权利要求6所述的方法，该方法还包括在将金属层与承载底板放置在一起之前在金属箔上涂布助焊剂的步骤。
9.制造金属球阵列的方法，它包括以下步骤提供具有正面和背面的金属箔；提供粘附在金属箔正面上的临时支承带；在金属箔上形成图形并将其分割，使金属箔背面形成许多箔凸起，这些箔凸起被分割成许多不连续的段材；在金属箔背面上放置可流动的衬底板料，使箔凸起基本上被衬底板料覆盖；将金属箔上的衬底板料硬化，硬化的衬底板料形成具有许多承载凹口的承载底板，承载凹口中有箔凸起。
10.焊料预成型装置，它包括含有许多不连续的焊料段材的承载带，焊料段材被粘合剂粘附在衬垫带上，其大小和形状被制成从衬垫带向外凸出，形成凸起，其中，各焊料段材凸起的顶点与其它焊料段材凸起的顶点在一个共平面上。
11.金属球阵列装置，它包括限定了许多承载凹口的承载带；许多金属球，各金属球单独地位于承载凹口中的一个凹口内。
12.如权利要求11所述的装置，该装置还包括在凹口内的助焊剂，助焊剂被构成和排列成适合于将金属球保持在承载凹口内的准确位置。
全文摘要
本发明涉及一种制造金属球阵列的方法。该方法包括在金属箔上形成包含许多箔凸起的第一图形的步骤。该方法还包括在承载底板上形成第二图形的步骤。第二图形包含许多与第一图形的箔凸起对应地排列和配置的承载凹口。该方法进一步地包括将金属箔与承载底板放置在一起使金属箔的箔凸起固定在承载底板的承载凹口内的步骤和将金属箔熔化使箔凸起形成位于承载底板的承载凹口内的金属球的步骤。本发明还涉及用上述方法构成的金属球阵列。
文档编号H05K3/04GK1257607SQ98805258
公开日2000年6月21日 申请日期1998年5月4日 优先权日1997年5月23日
发明者D·C·科斯肯梅基, R·D·许尔勒, R·P·姆科拉姆 申请人:美国3M公司