[发明专利]一种自动陶瓷柱栅阵列植柱机的植柱方法

说明书

本发明公开了一种自动陶瓷柱栅阵列植柱机，属于半导体器件封装技术领域，其包括振动台，所述振动台的前端面上设置有触控屏操作界面和参数设置面板，振动台的上表面设置有XY工作台，所述XY工作台的上表面上设有蜂窝模具，所述植柱机通过振动台的振动将焊柱分配到蜂窝模具中。本发明还公开了该自动陶瓷柱栅阵列植柱机的资助方法。本发明通过将焊柱振动分配到专用的蜂窝模具中，再由蜂窝模具转移到焊接治具中进行焊接，完成芯片植柱，相比现有技术中的一个一个人工植柱，本发明的植柱效率可以提高100～150倍。

技术领域

本发明属于半导体器件封装技术领域，具体来说，是一种自动陶瓷柱栅阵列植柱机以及植柱方法。

背景技术

随着通信设备的高速化、集成电路的高密度化，半导体器件的复杂程度越来越高，对封装技术提出了更高的要求。

传统陶瓷球栅阵列（Ceramic Ball Grid Array，CBGA）的基板是多层陶瓷，金属盖板用密封焊料焊接在基板上，经过气密性处理有较高的可靠性和物理保护性能。焊球材料为高温共晶焊料Pb90/Sn10，焊球和封装体的连接需使用低温共晶焊料63Sn/37Pb。封装体尺寸一般为10～35mm，标准的焊盘间距有1.27mm、1.0mm；标准的焊球尺寸有0.889mm、0.76mm和0.60mm。

CBGA封装的优点有：（1）气密性好，抗湿气性能高，因而封装组件的长期可靠性高；（2）与PBGA 器件相比，电绝缘特性更好；（3）散热性能优于PBGA结构。

但是CBGA封装同时也存在以下几个缺点：（1）由于陶瓷基板和PCB板的热膨胀系数（CTE）相差较大，A1203陶瓷基板的CTE约为7ppm/℃，PCB板的CTE约为17ppm/℃，因此热匹配性差，焊点疲劳是其主要的失效形式；（2）与PBGA器件相比，封装成本高；（3）封装体边缘的焊球对准难度增加，不适用大器件尺寸应用领域。

正是由于CBGA封装无法更好地适应PCB板和陶瓷基板热膨胀系数（CTE）不匹配的问题，CBGA封装无法更好地适应大尺寸封装（封装面积≥32mm²）而逐渐被陶瓷柱栅阵列（Ceramic Column Grid Array，CCGA）所取代。CCGA将CBGA封装下的锡球改为焊柱，通过焊柱的微变形吸收和释放内应力和热力应力，大大缓解了氧化陶瓷芯片载体（热膨胀系数6.5×10-6/℃）与环氧树脂玻璃布印刷电路板（18×10-6/℃~21×10-6℃）之间由于热膨胀系数（CTE）不匹配带来的热疲劳问题，从而提供了更为可靠的封装解决方案。

CCGA采用直径为0.51mm、高度为2.21mm的焊料柱替代CBGA中的焊料球，以提高其焊点的抗疲劳能力。因此柱状结构更能缓解由热失配引起的陶瓷载体和PCB板之间的剪切应力。封装体面积尺寸一般为大于32 mm²，标准的焊盘间距为1.27mm、1.0mm；标准的焊柱尺寸为长2.21mm、直径0.51mm。

因此，CCGA封装除了具有CBGA封装的优点外，而且因其与PCB基板材料之间热匹配性能力较好，可靠性要优于CBGA器件，特别是大器件尺寸应用领域。

但是CCGA陶瓷焊柱阵列封装的缺点是封装采用的基板为氧化铝陶瓷基板，其局限性在于它的热膨胀系数与PCB板或卡的热膨胀系数相差较大，而热失配容易引起焊点疲劳；它的高介电常数、电阻率也不适用于高速、高频器件。

中国专利文献CN105355573A公开了一种CCGA自动植柱机，其包括有机座，所述机座的前端面上设置有人机界面和多个用于控制人机界面的控制按钮，机座的上表面设置有XY工作台，所述XY工作台的上表面上设置有锡柱分配模具。北京微电子技术研究所申请的专利CN 105655264和CN102856215都公开了一种CCGA的植柱装置以及植柱方法。上述植柱装置在植入焊柱时，都是一根一根植入的，因此植柱生产效率比较低。

发明内容