半导体封装及在印刷电路板上应用的焊锡填料及制造方法技术

一种用于将半导体芯片安装在印刷电路板上的焊锡填料，其特征在于：其由以下构成：用于填充半导体芯片和印刷电路板之间缝隙的底部填充材料；锡球材料，构成一组点状或盘状，和上述底部填料的经过处理的内里，其厚度应与半导体垫片和印刷电路板的连接图案一致。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关焊锡填料及其在安装半导体封装方面的用途和制造方法。更具体地说，焊锡填料被用于将半导体芯片安装在基板或印刷电路板上。
技术介绍
通常说来，半导体封装的作用不仅是为了保护半导体芯片不受周围物体的侵害，同时也是为了将半导体芯片与基板相互连接起来。为了实现降低成本、缩小尺寸、增强功能和可靠性的目的，分区阵列的电气互联技术，如倒装芯片、芯片级封装、球栅阵列，主要是为半导体封装而开发。在这些应用于半导体封装的不同的分区阵列电气互联技术中，倒装芯片是一种正面朝下进行联结的技术，即带有印刷电路的塑料基板的表面连接半导体芯片的表面，从而构成一个微电路。倒装芯片技术最令人感兴趣之处在于半导体芯片和印刷电路联结处的热机械疲劳的寿命。在二十世纪八十年代以前，热机械疲劳被认为是一个问题，原因在于倒装芯片技术是使用硅基板或陶瓷基板，当时半导体芯片的体积比今天要小得多。然而，二十世纪八十年代末之后，半导体芯片的体积明显增大。通常，人们使用的是具有2.5ppm/oc热膨胀系数的半导体芯片同时，人们在印刷电路板上使用的是热膨胀系数为16ppm/oc的FR4有机基板或热膨胀系数为45ppm/oc的聚酰胺。热膨胀系数方面的巨大差异导致半导体芯片和印刷电路板连接处的焊锡的热机械疲劳出现了问题。为了解决焊锡连接处的热机械疲劳问题，人们引进了一种注入底部填料的技术。底部填料是一种化合物，即将诸如环氧这样具有高度粘连性的高分子材料与SiO2进行结合，以接近焊锡的热膨胀系数。该化合物填入半导体芯片与印刷电路板之间的缝隙。倒装芯片工艺使用底部填料已经证明可以使焊锡连接处的热机械疲劳提高10至100倍，同时焊锡变形减少了0.10-0.25％。图1-5是剖面图，展示的是传统的底部填料技术如何将底部填料填入安装在基板的半导体芯片中。见图1，一把捡拾工具30将一半导体芯片10捡起，该半导体芯片由锡球12构成，以便在基板20上排出合适的位置。基板20由有机材料制成，构成了一组连接点22，连接点用铜料制成，将锡球12与半导体芯片10连接起来。见图2，装有半导体芯片10的基板20被放入一个回焊炉，以熔化半导体芯片10的锡球12，以便连接基板20的连接点22。见图3与4，装在调合器50内的底部填料40被注入半导体芯片10与基板20之间的缝隙。此时，由于底部填料40的高粘稠度，很难快速地注入半导体芯片10与基板20之间的缝隙。因此，底部填料40被缓慢地注入，以便能渗入半导体芯片10与基板20之间的缝隙，并将半导体芯片包围住，达到一定的高度。见图5，底部填料40完全填入缝隙之后，进行养护，以使液态的底部填料40硬化，并使之牢固地粘住半导体芯片10与基板20。然后，上面描述的传统的半导体安装技术有其不足之处，如下所述首先，在制造半导体芯片的过程中，必须进行两次独立的热处理，以熔化连接半导体芯片与基板的焊锡，并使液态的底部填料变硬。此时，填充过程复杂、缓慢，因为高度粘稠的底部填料渗入狭小的缝隙极其缓慢。第二，很难为包住半导体芯片的底部填充材料保持一个均衡地高度。第三，由于半导体芯片和基板的热膨胀系数差别极大，半导体芯片和锡球在热处理过程中承受极大的机械和物理应力。如此，半导体封装的可靠性就下降了。第四，在制造晶片的过程中，在半导体芯片上增加焊锡缓冲器，是很不方便的，而且会增加生产成本。
技术实现思路
为了解决上述不足之处，本专利技术的目的在于提供一个制造半导体封装的焊锡填料。用于在基板上安装半导体芯片的焊锡填料由以下部分构成填入半导体芯片和基板的间缝隙的底部填料，构成许多点状或盘状的锡球材料，其厚度应与半导体垫片的连接图案和以及底部填料的经过处理的内里的厚度一致。为了实现本专利技术的目的，制造用于生产半导体封装的焊锡填料的工艺被开发出来。制造焊锡填料的过程如下将一组线形或杆形的锡球材料放入一容器中，其连接图案必须与半导体芯片和基板一致将液体的底部填充材料注入容器中，使容器中的底部填充材料固化，然后再将其取出，切割成厚度一样的固化锡球材料和底部填料。本专利技术的另一个目的是为在基板上安装半导体芯片这一过程提供一个焊锡填料的应用之处，以提高半导体封装的可靠性，并克服上述不足之处。应用焊锡填料安装半导体芯片这一过程包括以下步骤准备好印刷电路板，以便安装半导体芯片；将焊锡填料置于合适位置，以便将半导体芯片安装在印刷电路板上；将半导体芯片置于定好位置的焊锡填料的上方，回焊或养护已置好焊锡填料和半导体芯片的印刷电路板。为了实现本专利技术的另一个目的，还有一种通过应用焊锡填料和粘连方式安装半导体芯片的工序。这一工序包括以下步骤准备好印刷电路板，以便安装半导体芯片；将焊锡填料置于一合适位置，使半导体芯片可以用胶带或粘合剂安装在印刷电路板上；将半导体芯片置于连接印刷电路板上的焊锡填料的上方；因焊连接半导体芯片和焊锡填料的印刷电路板。本专利技术提供了另一个应用焊锡填料和粘连方式安装半导体芯片的工艺。该安装工序包括以下步骤将焊锡填料粘于半导体芯片上，运用胶带或粘合剂，包住连接半导体芯片的焊锡填料，排列好连接印刷电路板上的半导体芯片的焊锡填料，回焊连接半导体芯片和焊锡填料的印刷电路板。附图说明图1至图5是剖面图，展示传统的底部填料技术如何将底部填料填入半导体芯片和基板之间；图6是本专利技术焊锡填料的原理图；图7是本专利技术焊锡填料的剖面图；图8至图10是本专利技术制造焊锡填料工艺的原理图；图11是根据本专利技术第一种实施例运用焊锡填料安装半导体芯片工序的流程图；图12至图15是根据本专利技术第一种实施例运用焊锡填料安装半导体芯片工序的剖面图；图16是根据本专利技术第二种实施例运用焊锡填料安装半导体芯片工序的流程图；图17至图20是根据本专利技术第二种实施例运用焊锡填料安装半导体芯片工序的剖面图；图21是根据本专利技术第三种实施例运用焊锡填料安装半导体芯片工序的流程图；图22至图25是根据本专利技术第三种实施例运用焊锡填料安装半导体芯片工序的剖面图。具体实施例方式为了实现上述目的，本专利技术提供了一个制造半导体封装的焊锡填料。该焊锡填料由以下部分构成填入半导体芯片和基板之间缝隙的底部填料，构成许多点状或盘状的锡球材料，其厚度应与半导体垫片的连接图案以及基板的经过处理的内里的厚度一致。诸如环氧基材料的乙阶软状态，可以用作底部填充材料，该材料可以通过外热熔解并硬化到固体状态。本专利技术提供了一个制造用于半导体封装的焊锡填料的工序，该工序由以下步骤构成将一组线形或杆形的锡球材料放入一容器中，其连接图案必须与半导体芯片和基板一致；将液体的底部填充材料注入容器中；使容器中的底部填充材料固化，然后再将其取出，切割成厚度一样的固化锡球材料和底部填料。为了方便切割，应将底部填料固化到乙阶软状态。为了将固化的锡球材料和底部填料切割成均衡的厚度，可以使用金刚石刀片。传统工艺中必需的用于填入底部填料并用于进行锡球熔化、底部填料固化的两个独立的热处理的调合器，在本专利技术中是不需要的。本专利技术只需要一个热处理，就可以在生产过程中熔解并硬化用于把半导体芯片安装在基板上的焊锡填料。本专利技术提供了一个运用焊锡填料安装半导体芯片的工序，该工序由以下步骤构成准备好印刷电路板或基板，以便安装半导体芯片；将焊锡填料置于合适位置，以便将倒装芯片安装在印刷电路板上；将半导体芯片置于定好位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李浩荣，
申请(专利权)人：财团法人汉城大学校产学协力财团，
类型：发明
国别省市：