[发明专利]注模焊料方法和用于在衬底上形成焊料凸起的设备

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及电和电子领域，并且更具体地，涉及注模焊料(injection molded solder)技术。

背景技术

当前用于在有机衬底的焊盘上形成焊料凸起的制造技术是焊膏模板(stencil)印刷方法。因为不需要附加的光刻或真空处理，焊膏的模板印刷方法适于以低成本在有机衬底的焊盘上形成焊料凸起。然而，由于回流之后焊料体积显著减小，模板印刷方法不能被轻易地扩展到150微米以下的精细间距应用。

其他焊料应用技术(如微型球安装方法)通过使用预先形成的焊料球消除了体积减小问题。然而，因为随着预先形成的焊料球的尺寸减小球的均匀性降低，因此对于更精细的间距应用，预先形成的焊料球的费用随着尺寸减小而显著增加。在尝试以一步处理在C4(Controlled Collapse Chip Connection，可控坍塌芯片连接)焊盘和电容器焊盘上形成焊料凸起时也出现了困难。电容器焊盘需要超过C4焊盘的20倍的焊料体积，因此在球安装方法在C4焊盘上形成焊料凸起之后对于电容器焊盘来说需要附加的模板印刷方法。

可将具有双层印花(decal)的注模焊料(IMS)用于在有机衬底上形成焊料凸起，这是因为可通过在IMS处理之后剥离一层印花产生凸出的焊料结构。Gruber的美国专利No.5,673,846公开了一种焊料锚定印花(solder anchor decal)和方法。通过如下方法产生焊料印花，在该方法中将具有多个锚定孔的印花带与具有多个单元的模子对准。液体焊料被注入到锚定孔和模子单元中，且然后使得在其中冷却以进行固化。模子可与印花带分离以形成包含焊料珠的焊料印花，每个焊料珠具有在各个锚定孔机械地连接到所述带的杆。各种形式的焊料印花例如用于将焊料珠转移到衬底或芯片，或实现用于进行烧焊(burn-in)和测试的暂时连接，或调节热不匹配。

Ference等人的美国专利No.5,244,143公开了用于注模焊料的设备和方法及其应用。描述了一种用于将成型焊料堆注入到电子装置上的设备和方法。该设备具有布置在注入板的孔穴上的用于熔化的焊料的贮存器。注入板布置在其中具有孔穴阵列的模子上，所注入的焊料在孔穴中成型。模子布置在工件上，如半导体芯片或半导体芯片封装衬底上。模子中的孔穴与芯片或衬底上的电接触位置对准。工件被加热且在气体压力下迫使熔化的焊料进入布置在模子的孔穴阵列上的注入板中的孔穴中。迫使熔化的焊料进入模子的孔穴阵列中。注入板向前移动以在模子上滑动，从而在注入板的多个清除孔(wipingaperture)处清除模子上过量的焊料。该注入板进一步向前移动到具有非焊料可浸湿表面的位置，在该位置处注入板被移除。然后移除模子以使焊料堆布置在工件上。工件可以是半导体芯片、半导体芯片封装衬底，或注模焊料附着到其以形成用于焊料堆阵列的承载衬底的伪衬底(dummy substrate)，如聚合物层，所述焊料堆阵列随后可被转移到衬底(如半导体芯片或半导体芯片封装衬底)。本发明的设备和方法可被集成到用于将焊料堆阵列布置到衬底上的自动制造系统中。

发明内容

本发明的原理提供了使用注模焊料在衬底上形成焊料凸起的技术。示例方法包括以下步骤：获得具有多个通孔的柔性单一掩模(unitary mask)；获得在限定体积的凹入区域中具有多个可浸湿焊盘的衬底；将通孔与可浸湿焊盘对准；通过柔性单一掩模的通孔直接将熔化的焊料注入到具有可浸湿焊盘的体积中，使得通孔和具有可浸湿焊盘的体积填充有焊料；使得焊料固化，从而使焊料形成附着到可浸湿焊盘的多个焊料结构；以及在焊料固化之后从衬底剥离柔性单一掩模。

提供了用于在限定体积的凹入区域中具有多个可浸湿焊盘的衬底上形成焊料结构的示例设备。该设备包括具有多个通孔的柔性单一掩模；被配置成容纳衬底的衬底承载器；被配置成将通孔与可浸湿焊盘对准的对准台；注模焊料头，被配置成通过柔性单一掩模的通孔将熔化的焊料直接注入到具有可浸湿焊盘的体积中，使得通孔和具有可浸湿焊盘的体积填充有焊料；冷却台，使得焊料固化，从而使焊料形成附着到可浸湿焊盘的多个焊料结构；以及提升元件(take-upmember)，被配置成从衬底剥离柔性单一掩模。

通过结合附图阅读对本发明示例实施例的以下详细说明，本发明的这些和其他目的、特征和优点将是明显的(注意，除了对于掩模102外，从附图中省略了剖面线，以避免混乱)。

附图说明

图1描绘了根据本发明一方面的掩模；

图2描绘了根据本发明另一方面的有机衬底；

图3描绘了掩模和衬底之间的对准处理；