本申請是2015年6月17日提交的申請?zhí)枮?01510337419.0的發(fā)明專利申請的分案申請。

發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例涉及半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域，具體地講，涉及一種表面鍍層、一種包括該表面鍍層的半導(dǎo)體封裝件以及一種制造包括該表面鍍層的半導(dǎo)體封裝件的方法。

背景技術(shù)：

通常，集成電路(ic)芯片與印刷電路板(pcb)的接合技術(shù)可以分為通孔插裝技術(shù)(tht)和表面貼裝技術(shù)(smt)。隨著電子裝置向小型化和輕薄化發(fā)展，電子器件變得高度集成，能夠節(jié)省pcb空間的smt逐漸發(fā)展成為主要的封裝技術(shù)。

圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)利用smt將球柵陣列(bga)封裝件接合到pcb而形成的封裝結(jié)構(gòu)。參照圖1，封裝結(jié)構(gòu)包括bga封裝件1和pcb2。bga封裝件1包括：基底10；裸片置盤20，設(shè)置在基底10上；裸片30，通過粘附劑31附于裸片置盤20；引線40，將裸片30電連接到基底10；以及密封劑50，覆蓋在裸片30上方以密封整個bga封裝件。bga封裝件1通過設(shè)置在基底10下表面上的多個焊點3結(jié)合到pcb2。

在pcb2的與焊料連接的表面上，覆蓋有一些表面鍍層。這些表面鍍層可以防止印刷電路板的布線圖案發(fā)生氧化，以提高焊料與印刷電路板之間焊接結(jié)合的牢固性和可靠性。

圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于印刷電路板的表面鍍層。如圖2所示，pcb3的銅(cu)布線圖案的表面鍍覆有鎳(ni)和金(au)，其中，ni層31和au層32順序地覆蓋在cu布線30上方。在這種情況下，ni/au表面鍍層在熱循環(huán)(thermalcycle)環(huán)境下的焊接可靠性較好，但由于使用了價格昂貴的au導(dǎo)致成本較高。

圖3示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于另一個印刷電路板的表面鍍層。如圖3所示，pcb4的cu布線圖案的表面涂覆有機保焊劑(osp)，osp層41直接覆蓋在cu布線40上方。在這種情況下，雖然使用osp表面鍍層的成本比使用ni/au表面鍍層的成本低，但是熱循環(huán)可靠性差。

在該背景技術(shù)部分中公開的以上信息僅用于增強對本發(fā)明構(gòu)思的背景的理解，因此，以上信息可能包含不形成對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說在該國家已經(jīng)知曉的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例提供一種能夠同時實現(xiàn)低成本和改善的熱循環(huán)可靠性的包括銅和有機保焊劑的表面鍍層、一種包括該表面鍍層的半導(dǎo)體封裝件以及一種制造包括該表面鍍層的半導(dǎo)體封裝件的方法。

發(fā)明構(gòu)思的一方面，提供一種表面鍍層。所述表面鍍層包括：第一金屬鍍覆層，覆蓋在被保護的材料上；第二金屬鍍覆層，形成在所述第一金屬鍍覆層上；以及有機保焊劑層，形成在所述第二金屬鍍覆層上，其中，所述第二金屬鍍覆層包括銅。

根據(jù)示例性實施例，所述第二金屬鍍覆層中的銅可以在焊接時完全熔入到焊料中。

根據(jù)示例性實施例，所述被保護的材料可以為設(shè)置在印刷電路板上并將與焊料連接的布線圖案。

根據(jù)示例性實施例，所述第二金屬鍍覆層的厚度可以在0.05μm至2μm的范圍內(nèi)。

根據(jù)示例性實施例，所述第二金屬鍍覆層的厚度可以在0.15μm至0.95μm的范圍內(nèi)。

根據(jù)示例性實施例，所述第一金屬鍍覆層可以包括鎳。

根據(jù)示例性實施例，包括在所述第一金屬鍍覆層中的鎳在焊接結(jié)束后與焊料結(jié)合。

根據(jù)示例性實施例，所述第一金屬鍍覆層的厚度可以在1μm至20μm的范圍內(nèi)。

根據(jù)示例性實施例，所述有機保焊劑層的厚度可以在0.05μm至2μm的范圍內(nèi)。

根據(jù)示例性實施例，所述有機保焊劑層的厚度可以在0.1μm至0.5μm的范圍內(nèi)。

發(fā)明構(gòu)思的另一方面，提供一種半導(dǎo)體封裝件。所述半導(dǎo)體封裝件包括基板、設(shè)置在所述基板上的布線圖案、形成在所述布線圖案上的表面鍍層以及通過所述表面鍍層焊接到所述布線圖案上的半導(dǎo)體器件，其中，所述表面鍍層包括：第一金屬鍍覆層，覆蓋在所述布線圖案上；第二金屬鍍覆層，形成在所述第一金屬鍍覆層上；以及有機保焊劑層，形成在所述第二金屬鍍覆層上，其中，所述第二金屬鍍覆層包括銅，所述第二金屬鍍覆層中的銅在焊接時完全熔入到焊料中。

發(fā)明構(gòu)思的又一方面，提供一種制造半導(dǎo)體封裝件的方法。所述制造半導(dǎo)體封裝件的方法包括：制備基板，所述基板包括布線圖案；在所述布線圖案上形成表面鍍層；將半導(dǎo)體器件放置在所述基板上，從而使所述半導(dǎo)體器件通過設(shè)置在所述半導(dǎo)體器件和所述布線圖案之間的焊料來與所述布線圖案接觸；以及通過焊接使所述半導(dǎo)體器件連接到所述基板，其中，在所述布線圖案上形成表面鍍層的步驟包括在所述布線圖案上順序地形成第一金屬鍍覆層、第二金屬鍍覆層以及有機保焊劑層，所述第二金屬鍍覆層包括銅，所述第二金屬鍍覆層中的銅在焊接時完全熔入到焊料中。

附圖說明

通過下面結(jié)合附圖詳細描述發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例，發(fā)明構(gòu)思的以上和其他方面的特征及優(yōu)點將變得明了。在附圖中，同樣的附圖標(biāo)記將始終指示同樣的元件。

圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)利用smt將bga封裝件接合到印刷電路板而形成的封裝結(jié)構(gòu)。

圖2示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于印刷電路板的表面鍍層。

圖3示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的用于另一個印刷電路板的表面鍍層。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例的包括銅和有機保焊劑的表面鍍層。

具體實施方式

在下文中，將參照其中示出一些實施例的附圖來更充分地描述本發(fā)明構(gòu)思的各種實施例。然而，本發(fā)明構(gòu)思可以以許多不同的形式實施，并且不應(yīng)該被解釋為局限于在此闡述的實施例。相反，提供這些實施例使得該描述將是徹底的和完整的，并且這些實施例將把本發(fā)明構(gòu)思的范圍傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚起見，可能夸大層和區(qū)域的尺寸。

為了易于描述，可以在這里使用諸如“在……之下”、“在……下方”、“下面的”、“在……上方”、“上面的”等的空間相對術(shù)語來描述如附圖中示出的一個元件與其他元件的關(guān)系。將理解的是，除了附圖中繪出的方位之外，空間相對術(shù)語還意圖包括裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的裝置被翻轉(zhuǎn)，則被描述為“在”其他元件“下方”或“之下”的元件隨后將被定向為“在”所述其他元件“上方”。因此，術(shù)語“在……下方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位?？梢詫⒀b置另外定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位)，并相應(yīng)地解釋在這里使用的空間相對描述語。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例的包括銅和有機保焊劑的表面鍍層。如圖4所示，根據(jù)示例性實施例的表面鍍層100包括：第一金屬鍍覆層110，覆蓋在被保護的材料140上；第二金屬鍍覆層120，形成在所述第一金屬鍍覆層110上；以及有機保焊劑層130，形成在所述第二金屬鍍覆層120上，其中，所述第二金屬鍍覆層120包括銅。

在一個示例性實施例中，其上覆蓋有表面鍍層100的被保護的材料140可以是設(shè)置在印刷電路板(pcb)上并將與焊料連接的布線圖案。例如，這里所述的pcb可以包括由環(huán)氧樹脂膜、聚酰亞胺膜或聚醚酰亞胺膜等絕緣材料形成的基板。pcb可以根據(jù)實際應(yīng)用而具有各種形狀，例如，pcb可以是具有剛性的薄板形狀的基板，也可以是柔性基板或透明基板。雖然圖4中示出的表面鍍層100形成在被保護的材料140的上表面上，但是本發(fā)明構(gòu)思不限于此，表面鍍層可以形成在被保護的材料的下表面上，也可以同時形成在被保護的材料的上表面和下表面上。例如，表面鍍層100可以形成在pcb的下表面上，以覆蓋形成在pcb的下表面上的布線圖案。

具體地，布線圖案可以由諸如銅(cu)的導(dǎo)電材料形成。在pcb的制備工藝中，可以通過沉積或電鍍工藝在pcb的整個表面上形成銅層，再使用掩模通過諸如干蝕刻或濕蝕刻的蝕刻工藝對銅薄層進行圖案化，從而形成布線圖案。然而，發(fā)明構(gòu)思不限于此，布線圖案可以是包括例如銀(ag)、鋁(al)或錫(sn)的任何導(dǎo)電金屬材料。除了pcb之外，表面鍍層還可以覆蓋在各種電子元器件或半導(dǎo)體封裝件的將要經(jīng)歷焊接工藝的表面上。

在本示例性實施例中，表面鍍覆層100包括覆蓋在被保護的材料140上的第一金屬鍍覆層110。具體地，第一金屬鍍覆層110可以覆蓋在pcb的布線圖案上。更具體地，pcb的布線圖案可以由cu形成，第一金屬鍍覆層110可以直接覆蓋在cu布線圖案上并與cu接觸。另外，第一金屬鍍覆層110的厚度可以在1μm至20μm的范圍內(nèi)。

作為表面鍍層100的最底層材料，第一金屬鍍覆層110可以包括各種金屬導(dǎo)電材料。例如，第一金屬鍍覆層110可以包括鎳(ni)。ni可以在焊接工藝期間與焊料形成金屬間化合物，并在焊接結(jié)束后與焊料結(jié)合，從而產(chǎn)生牢固的焊點。另外，ni幾乎不熔入焊料中，不會影響焊料的性能。

當(dāng)?shù)谝唤饘馘兏矊佑蒼i制成時，由于ni的化學(xué)性質(zhì)活潑，因此ni暴露于空氣會被氧化，導(dǎo)致焊料在接觸表面的潤濕性降低。在這種情況下，如果將有機保焊劑(osp)覆蓋在由ni制成第一金屬鍍覆層上，則osp將與ni發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得osp的化學(xué)性質(zhì)改變。

為了解決上述問題，根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例，第一金屬鍍覆層上形成有第二金屬鍍覆層并且第二金屬鍍覆層包括cu。

具體地，如圖4中所示，由cu制成的第二金屬層120可以形成在由ni制成的第一金屬鍍覆層110上。cu會在焊接時熔入焊料中。在回流焊或波峰焊的過程中，如果熔入焊料中的cu的含量大于焊料的0.5wt％，則可能產(chǎn)生粒狀焊點(grittyjoints)，導(dǎo)致焊接效果劣化。因此，形成根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的表面鍍層的關(guān)鍵步驟在于控制包括cu的第二金屬鍍覆層的厚度，以確保cu可以在回流焊或波峰焊期間完全熔入到焊料中，并且熔入到焊料中的cu的含量不會對焊料的可靠性造成負面影響。

在一個示例性實施例中，第二金屬鍍覆層的厚度可以在0.05μm至2μm的范圍內(nèi)。在另一個示例性實施例中，第二金屬鍍覆層的厚度可以在0.15μm至0.95μm的范圍內(nèi)。然而，發(fā)明構(gòu)思不限于此，第二金屬鍍覆層的厚度還可以是落入上述范圍內(nèi)的任何特定數(shù)值或特定范圍。

另外，可以通過利用諸如電鍍、化學(xué)鍍、物理氣相沉積(pvd)或化學(xué)氣相沉積(cvd)的任何已知的方法來在被保護的材料上形成第一金屬鍍覆層和第二金屬鍍覆層。

有機保焊劑(osp)層形成在第二金屬鍍覆層上。具體地，如圖4中所示，osp層130可以形成在包括cu的第二金屬鍍覆層120上，第二金屬鍍覆層120形成在第一金屬鍍覆層110上，并且第一金屬鍍覆層110覆蓋在被保護的材料140上。更具體地，第一金屬鍍覆層110可以由ni制成，被保護的材料140可以是設(shè)置在pcb上的由cu形成的布線圖案。

作為表面鍍覆層100的最上層材料，osp層130可以在焊接時被助焊劑去除。osp是通過化學(xué)方法在裸露的cu表面形成一層約0.2mm～0.5mm的憎水性有機保護膜。這層有機膜保護cu的表面，使其避免氧化。osp能與多種助焊劑互熔，并能承受多次260℃以上的熱沖擊，有利于確保諸如印刷電路板的基板在封裝前焊點的平整度與板面的翹曲度。

根據(jù)示例性實施例，osp層可由松香類、活性樹脂類(activeresin)和唑類(azole)等有機材料形成。例如，可以將其上形成有第一金屬鍍覆層110和包括cu的第二金屬鍍覆層120的被保護的材料140浸入osp溶液，待浸沒2至3秒后，將被保護的材料140取出，osp就會自然地覆蓋在包括cu的第二金屬鍍覆層120上，從而形成osp層130。根據(jù)示例性實施例，osp層的厚度可以在0.05μm至2μm的范圍內(nèi)。根據(jù)另一示例性實施例，osp層的厚度可以在0.1μm至0.5μm的范圍內(nèi)。

發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例還提供一種半導(dǎo)體封裝件。所述半導(dǎo)體封裝件包括基板、設(shè)置在基板上的布線圖案、形成在布線圖案上的表面鍍層以及通過表面鍍層焊接到布線圖案上的半導(dǎo)體器件，其中，表面鍍層包括：第一金屬鍍覆層，覆蓋在所述布線圖案上；第二金屬鍍覆層，形成在所述第一金屬鍍覆層上；以及有機保焊劑層，形成在所述第二金屬鍍覆層上，其中，所述第二金屬鍍覆層包括銅，所述第二金屬鍍覆層中的銅在焊接時完全熔入到焊料中。

在一個示例性實施例中，基板可以為印刷電路板，設(shè)置在基板上的布線圖案可以由銅形成。通過表面鍍層焊接到布線圖案上的半導(dǎo)體器件可以是諸如球柵陣列(bga)封裝件的任何半導(dǎo)體器件。在本示例性實施例中，由于形成在布線圖案上的表面鍍層可以與前面所述的多個實施例中的每個實施例的表面鍍層相同，因此省略對其的重復(fù)描述。

下面，將參照圖4描述根據(jù)發(fā)明構(gòu)思的示例性實施例的制造半導(dǎo)體封裝件的方法。

參照圖4，制造半導(dǎo)體封裝件的方法包括：制備基板，基板包括由cu形成的布線圖案140。接下來，在布線圖案140上順序地形成第一金屬鍍覆層110、包括cu的第二金屬鍍覆層120以及osp層130，以形成覆蓋在布線圖案140上的表面鍍層100。

然后，把將要被焊接的半導(dǎo)體器件放置在基板上，從而使半導(dǎo)體器件通過設(shè)置在半導(dǎo)體器件和布線圖案140之間的焊料來與布線圖案接觸。

然后，通過焊接使半導(dǎo)體器件連接到基板。例如，在焊接開始時，osp層130首先被助焊劑去除，以暴露包括cu的第二金屬鍍覆層120的新鮮潔凈的表面。在這種情況下，被高溫融熔的焊料可以與第二金屬鍍覆層120的新鮮潔凈的cu表面接觸并且在cu表面上良好地潤濕。在焊接結(jié)束之后，第二金屬鍍覆層120中的cu可以完全熔入到焊料中，并且不會使焊料的焊接性質(zhì)劣化，從而焊料與第一金屬鍍覆層110最終形成牢固的界面結(jié)合。

根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的表面鍍層具有與現(xiàn)有技術(shù)的cu-ni-au鍍層相同的高溫循環(huán)可靠性，但生產(chǎn)成本不超過cu-ni-au鍍層的10％，可以應(yīng)用于諸如pcb或其他需要焊接的電子元器件的表面。

雖然已經(jīng)在此示出和描述了發(fā)明構(gòu)思的實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的是，在不脫離由權(quán)利要求限定的發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍的情況下，可以做出各種修改和變化。