專利名稱：在印刷電路板的端子上形成導(dǎo)電層的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種電連接，特別涉及利用鍍敷粉末在集成電路印刷布線基板上形成電連接。
通常用如焊料等導(dǎo)電物質(zhì)鍍敷電元件的引線或端子，從而把它們連接到系統(tǒng)印刷電路板上。如果電元件是安裝在引線框架上的集成電路，那么鍍敷引線的常規(guī)方法是在安裝半導(dǎo)體芯片之前先把它們浸漬在熔融焊料槽中。當(dāng)引線數(shù)較少，引線間距較大時(shí)，采用這種方法，而對(duì)于有數(shù)百個(gè)密集排列的引線的復(fù)雜集成電路，這種浸漬焊料法會(huì)導(dǎo)致不希望的引線橋接。
已知鍍敷這種復(fù)雜集成電路的端子的方法是利用小焊料球來形成導(dǎo)電鍍敷。首先給端子或引線施加熔劑材料以進(jìn)行鍍敷。然后，把小焊料球放進(jìn)具有真空線的夾具中，以便按與端子的圖形相匹配的設(shè)置夾持小焊料球。給真空放氣，使焊料球落到端子處，它們被熔劑材料的表面張力固定在此。然后，把這種封裝送到回流爐，加熱焊料，使之粘附到端子上。
焊料球方法的合適與否取決于所能保持的對(duì)焊料大小的控制度。球太小，所含焊料不足以完全鍍敷引線，會(huì)使其與系統(tǒng)印刷布線板的連接減弱或斷開；球太大，加到引線上的焊料過量，會(huì)形成橋接。
用焊料球法的另一問題是很難防止微細(xì)真空通道被堵塞，這會(huì)防礙夾具的真空吸附焊料球。隨著集成電路引線數(shù)目和密度的增加，為了避免橋接問題，上述方法需要更小的焊料球。這些更小的焊料球又需要更小的真空線來夾持它們。然而，更小的真空線更容易被堵塞，且被堵塞后更難清理。而且，所需的尺寸很小的均質(zhì)焊料球目前還買不到。
因?yàn)橹荒苜I到有限的不同組分的焊料，所以，上述方法在用于形成焊料涂層的材料選擇方面幾乎沒有靈活性。最普通地可以利用的組分是很便宜的錫-鉛合金，但它有是一種巨毒且對(duì)環(huán)境有危害的材料?？捎玫钠渌鼛追N組分都比錫-鉛合金貴，因此，人們正在作避免使用有害材料而又不影響生產(chǎn)率的努力。
所以，本發(fā)明的目的在于提供一種在間距很小的半導(dǎo)體封裝引線或端子上形成導(dǎo)電層的方法，其優(yōu)點(diǎn)是可以防止焊料橋接。它還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，該方法可提供選擇導(dǎo)電層組分以提高質(zhì)量的靈活性，避免使用對(duì)環(huán)境有害的化學(xué)品，而且不增加生產(chǎn)成本。


圖1是按已有技術(shù)把焊料球?qū)?zhǔn)并加于印刷布線板上的真空裝置的剖面圖；圖2是按照本發(fā)明其端子鍍敷了導(dǎo)電材料的印刷布線板的等距圖。
在作為印刷布線板的基板上安裝、引線鍵合并直接密封許多復(fù)雜半導(dǎo)體芯片。印刷圖形將引線鍵合連接到封裝端子上，一般用焊料鍍敷所說封裝端子，以便將它們與系統(tǒng)電連接。因?yàn)檫@種鍍敷焊料的成本低且適用性廣，所以一般用由63％的錫和37％的鉛構(gòu)成的合金來形成這種鍍敷焊料。
通過施加熔劑材料以增強(qiáng)焊料的流動(dòng)性、清潔并除去氧化物、促進(jìn)焊料的熔化或與端子的合金化，來制備封裝端子，以便進(jìn)行焊接。必須用足夠的熔劑來覆蓋端子，但熔劑不要多得在端子之間流動(dòng)。加了熔劑后，淀積焊料，以鍍敷端子。
圖1是按已有技術(shù)把焊料淀積在半導(dǎo)體封裝端子15上的真空裝置的剖面圖。在一種方法中，借助置于基板16上、暴露端子15的掩模，把熔劑(未示出)加到端子15上，堵塞端子之間的間隔。模板11有一組真空開口12，每個(gè)開口皆與一個(gè)凹槽18連接，用于吸附焊料球13。按與封裝端子相對(duì)應(yīng)的圖形設(shè)置真空開口12。把模板11放在焊料球13的容器上時(shí)，對(duì)開口12加真空14，于是把焊料球13吸附到每個(gè)凹槽18中。在一個(gè)已知的不同方法中，省略上述把熔劑加到端子的步驟，而是通過把模板11設(shè)置于液態(tài)熔劑的容器上，然后把焊料球13浸入熔劑中，深度剛好足夠部分鍍敷焊料球13，從而把熔劑加到焊料球13上。
無論用哪種施加熔劑的方法，都要在基板16上設(shè)置模板11，以便使焊料球13與端子15準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)。關(guān)閉真空14，釋放焊料球13，使之從凹槽18中落出，落到端子15上，并由表面張力將它們固定在此，直到將它們送至使它們?nèi)刍瘡亩鞯蕉俗?5上的處理室中。
常規(guī)真空方法的每一步都是鍍敷焊料缺陷的潛在根源。開口12很小，一般其直徑為12密耳，所以容易被熔劑或其它材料堵塞。由于尺寸這么小，所以很難徹底清理。若某個(gè)開口被堵，那么它便不吸附焊料球13，所以便不會(huì)鍍敷相應(yīng)的端子15。
所以必須嚴(yán)格控制焊料球13的大小。若焊料球太大，過量的焊料會(huì)流到端子15之間的間隔中，導(dǎo)致橋接。若焊料球太小，則無法完全鍍敷端子15，會(huì)形成與系統(tǒng)的不可靠連接。而且，焊料球13必須近似為圓形，這是因?yàn)?，若把它們拉長(zhǎng)，則更容易形成橋接，而且更容易附著于開口12或凹槽18內(nèi)?？少I到的鍍敷集成電路端子15的最小均質(zhì)焊料球13其直徑為約20密耳。焊料球13的直徑一般在20-30密耳之間。這些可用尺寸對(duì)于鍍敷具有多排密集封裝的引線的集成電路來說太大。這類封裝要求焊料球13的直徑接近10密耳，這是焊料球制造者在保證可制造性所要求的很小尺寸偏差范圍內(nèi)無法制造的。
圖2是安裝半導(dǎo)體芯片的部分基板21的等距圖，用于說明按照本發(fā)明用導(dǎo)電粉末在電端子25上形成導(dǎo)電層。端子25與印刷布線23電連接，同時(shí)還與短路帶(shorting strip)24電連接。短路帶24通常限定封裝21的周長(zhǎng)，且在包括在端子25上淀積焊料粉末的不同制造操作中，用于端子25間的相互電連接。在制作工藝的最后，將它從封裝21上修整掉。應(yīng)該注意，為了簡(jiǎn)便起見，圖2只示出了有限數(shù)量的端子25，但實(shí)際上基板21上有成百或成千間距很小的端子25。
借助掩模把熔劑材料加到端子25上。然后，把基板放入淀積室中，在端子25上淀積焊料。因?yàn)樵陟o電吸引的作用下導(dǎo)電粉末被吸引到具有必需的電位的端子25上。短路帶24與通常接地的第一電壓電位26電連接，因而使將要鍍敷焊料的端子25有效地接地。
然后，利用粉末噴射槍或通過迫使壓縮氣體通過含導(dǎo)電粉末的料床，在處理室中產(chǎn)生粉末狀或粉末塵狀導(dǎo)電材料霧22，以便在氣體氣氛中產(chǎn)生懸浮顆粒。霧22包含焊料合金顆?；蚱渌刃У牟牧辖M分。在形成霧22時(shí)，為了將它吸引到端子25，給它靜電充電到第二電壓電位，該電位一般為30千伏-100千伏。把霧22的顆粒吸引到端子25上，隨著材料從懸浮狀態(tài)落下，在每個(gè)端子上形成均勻焊料層。淀積了導(dǎo)電粉末后，在爐中進(jìn)行加熱，使之回流并粘附在端子25上。
構(gòu)成霧22的顆粒不必為固定大小的顆粒，只要它們比端子25的大小和其間隔小，且能很好地覆蓋端子25即可。用由平均直徑為31.5微米和平均直徑在25-38微米范圍內(nèi)的顆粒構(gòu)成的霧22鍍敷，已觀察到對(duì)間隔為39密耳的端子的很成功的鍍敷。
對(duì)于常規(guī)方法，所淀積的導(dǎo)電材料的量?jī)H是由焊料球的大小決定的。因?yàn)榭捎玫暮噶锨虼笮》N類有限，所以幾乎不可能每一次應(yīng)用皆得到最好覆蓋。而對(duì)于本發(fā)明，既可通過調(diào)節(jié)加于導(dǎo)電粉末的靜電吸引電荷，又可通過改變封裝在淀積室內(nèi)的時(shí)間，針對(duì)每一次應(yīng)用精確調(diào)整覆蓋層。
因?yàn)闃?gòu)成霧22的顆粒不必是均勻組分，所以本發(fā)明還具有使導(dǎo)電鍍敷的組分最佳的靈活性?？捎糜蔀榱怂鼈兯蟮碾?、化學(xué)或物理特性所分別選擇的不同材料構(gòu)成的各種粉末混合物來形成霧22。這種靈活性可以使人們避免使用和處理如鉛等有害的材料，代之以諸如鉍、銀、銦或銻之類的其它金屬，而且不會(huì)影響質(zhì)量或增加制造成本。
利用非導(dǎo)電粉末的鍍敷粉末，可用于電絕緣和提供耐氣候性及抗蝕性，因其成本比液體鍍敷系統(tǒng)低，已發(fā)現(xiàn)它具有很廣泛的用途。例如，在要求沒有空白點(diǎn)、體電絕緣性低時(shí)用環(huán)氧樹脂鍍敷粉末，如，在自動(dòng)交流發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)上。用具有耐久性和耐氣候性的尿脘聚酯或丙烯酸系鍍敷粉末保護(hù)如自動(dòng)修整部件及諸如測(cè)距儀和致冷機(jī)等設(shè)備上的陶瓷備件之類的不同產(chǎn)品。
因?yàn)樗梅勰┦歉稍锏?，所以，可在大氣壓下進(jìn)行鍍敷粉末工藝，且該法比液體鍍敷法對(duì)環(huán)境更有利?？扇菀椎鼗厥者^量噴射或沒用到的粉末。對(duì)于由有害材料構(gòu)成的粉末，容易的回收可以避免引入處理工藝步驟。因?yàn)榉勰┦歉稍锏?，所以不存在揮發(fā)性有機(jī)化合物，無需凈化空氣。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例利用鍍敷焊料粉末在如半導(dǎo)體器件的端子這種精細(xì)幾何形狀處形成導(dǎo)電層。利用靜電吸引，把由大小為25微米-38微米的顆粒構(gòu)成的導(dǎo)電粉末加于端子上。用焊料粉末就無需用焊料球和夾持焊料球的不可靠的真空裝置。這種方法可用于鍍敷任何電連接點(diǎn)，而且在如其中在一密集區(qū)域中制作多層分別連接的半導(dǎo)體封裝之類的應(yīng)用方面最有利。鍍敷焊料粉末的工藝靈活、可靠且便宜，而且能避免使用對(duì)環(huán)境有害的化學(xué)物質(zhì)。
這里展示和說明了本發(fā)明的特定實(shí)施例后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)此作出各種改型和改進(jìn)。應(yīng)該明白，本發(fā)明并不限于這里所展示的特定形式，所有不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍的改型皆為本發(fā)明的權(quán)利要求書所覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種在基板的電端子上形成導(dǎo)電層的方法，其特征在于包括下列步驟將導(dǎo)電粉末充電至第一電壓電位；給所述電端子上加第二電壓電位，用于吸引所述充電導(dǎo)電粉末；使所述導(dǎo)電粉末懸浮在鄰近所述電端子的氣體氣氛中；以及把所述導(dǎo)電粉末靜電吸引到所述電端子上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述導(dǎo)電粉末由金屬顆粒構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于所述金屬是錫。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于所述導(dǎo)電粉末是錫和選自由鉛、鉍、銀、銦和銻組成的組中的一種金屬的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述導(dǎo)電粉末由直徑不超過38微米的顆粒組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括下列步驟在所述基板上設(shè)置掩模，以暴露所述電端子；以及借助所述掩模，給所述電端子加熔劑。
7.一種用焊料鍍敷印刷布線板的電端子的方法，其特征在于包括用導(dǎo)電焊料粉末鍍敷電端子的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于所述鍍敷粉末步驟包括下列步驟把所述導(dǎo)電焊料粉末充電至第一電壓電位；以及把印刷布線板的電端子耦合到第二電壓電位，其中所述導(dǎo)電焊料粉末被靜電吸引到電端子上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，還包括下列步驟在印刷布線板上設(shè)置掩模，以暴露所述電端子；以及給所述電端子加熔劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括加熱印刷布線板的電端子以使導(dǎo)電焊料粉末回流的步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了在電端子上形成焊料粉末層以制作連接的方法。給將要接受鍍敷的電端子(25)加第一電位(26)，將導(dǎo)電粉末充電至第二電位，并形成用于把導(dǎo)電粉末靜電吸引到電端子(25)上的霧(22)。在給電端子(25)鍍敷了導(dǎo)電粉末后，在回流室中加熱使之熔化并粘附在電端子(25)上。
文檔編號(hào)H05K3/12GK1160289SQ9710070
公開日1997年9月24日 申請(qǐng)日期1997年1月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月1日
發(fā)明者小詹姆斯P·萊特曼, 老雷金納德K·阿舍, 雷金納德K·阿舍，Ii 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司