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CN1499593A - 电路布线板及其制造方法 - Google Patents

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CN1499593A
CN1499593A CNA2003101029649A CN200310102964A CN1499593A CN 1499593 A CN1499593 A CN 1499593A CN A2003101029649 A CNA2003101029649 A CN A2003101029649A CN 200310102964 A CN200310102964 A CN 200310102964A CN 1499593 A CN1499593 A CN 1499593A
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electrode
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potting resin
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CNA2003101029649A
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槇田贞夫
细田邦康
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

本发明公开一种电路布线板及其制造方法。第一电极和第一电路元件的焊接，第二电极(12)和第二电路元件(20)的焊接，以及封装树脂(18)的硬化，通过使用具有高于预热温度且等于或低于主加热温度的硬化加速温度的封装树脂，来同时执行。

Description

电路布线板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种例如半导体器件的电路布线板及其制造方法，其通过使用面朝下的结构并且用树脂封装间隙来将电路元件安装在布线板上而获得。
背景技术
按照惯例，电路布线板的安装要求高密度。面朝下的结构，例如，倒装片安装方法已知对减小安装面积并且增加电极数目是有效的。
在这种安装方法中，具有不同热膨胀系数的布线板和电路元件彼此相对，并且通过突出的电极来连接。因此，应力集中在突出的电极上，并且这经常降低连接可靠性。为了防止这一点，集中在突出的电极上的应力通过用树脂封装电路元件和布线板之间的间隙来分散，从而提高连接可靠性。
上面所描述的电路布线板如下来获得。首先，焊膏涂敷在布线板上，并且小片(chip)元件例如电阻器或电容器通过焊膏来安装，并且通过预热，回流加热，和冷却来连接。随后，电路元件例如半导体元件通过在电路元件的突出电极上涂敷焊剂安装在布线板上。该电路元件通过加热来连接，并且焊剂被冲洗掉。然后，封装树脂组合物从电路元件的侧面提供并且通过利用毛细管现象注入到电路元件和布线板之间的空隙中。最后，封装树脂组合物通过加热来硬化。
最近，提出一种技术，通过该技术具有焊剂功能的封装树脂组合物用作上述封装树脂组合物。例如，具有焊剂功能的该封装树脂组合物如在日本专利申请公开2002-261118号中所描述的来使用。也就是，在小片元件连接之后，具有焊剂功能的封装树脂组合物涂敷在布线板上电路元件将要安装的位置，然后安装电路元件。然后，通过加热的连接和热固化可以同时执行。这使得封装树脂组合物的注入变得容易，并且使焊剂冲洗成为不必要的。另外，因为减少了一个加热步骤，制造过程可以简化。
当要使用具有焊剂功能的封装树脂组合物时，在第一电路元件例如小片元件安装之后，执行预热和加热以将第一电路元件连接到第一电极上，并且充分执行自然冷却或强制冷却。然后，封装树脂涂敷到布线板上第二电路元件例如半导体元件或组件将形成的位置。在第二电路元件这样安装之后，执行加热。
遗憾地是，当温度升高时，具有焊剂功能的封装树脂组合物逐渐地热固化，所以必须充分执行冷却，即使在小片元件连接之后。因此，要求进一步简化制造过程。
发明内容
本发明考虑到上面的情况而做出，并且其目的在于提供一种焊接技术，该技术能够进一步简化使用具有焊剂功能的封装树脂组合物来制造电路布线板的过程。
根据本发明的第一方面，提供一种制造电路布线板的方法，包括：
将电路元件安装结构预热到预热温度，该电路元件安装结构包括具有第一和第二电极的布线板，安装在第一电极上的第一电路元件，通过突出电极安装在第二电极上的第二电路元件，以及具有焊剂功能的封装树脂组合物，该封装树脂组合物涂敷在第二电路元件和面向第二电路元件的布线板之间的间隙中，并且具有高于预热温度但不高于加热温度的硬化加速温度，并且
将电路元件安装结构从预热温度加热到加热温度，以便与具有焊剂功能的封装树脂组合物的硬化同时地，执行第一电极和第一电路元件的焊接以及第二电极和第二电路元件的焊接。
根据本发明的第二方面，提供一种电路布线板，其包括具有第一和第二电极的布线板，安装在第一电极上的第一电路元件，通过突出电极安装在第二电极上的第二电路元件，以及封装树脂层，其中电路布线板通过下面的方法来获得，即电路元件安装结构在预热温度下预热，该电路元件安装结构安装有第一和第二电路元件并且包括封装树脂组合物，该封装树脂组合物具有焊剂功能和高于预热温度但不高于加热温度的硬化加速温度并且涂敷在第二电路元件和面向第二电路元件的布线板之间的间隙中，并且电路元件安装结构通过将温度从预热温度升高到加热温度来加热，以便与具有焊剂功能的封装树脂组合物的硬化同时地，执行第一电极和第一电路元件的焊接以及第二电极和第二电路元件的焊接。
本发明另外的目的和优点将在随后的描述中阐述，并且部分地将从描述中显而易见，或者可以通过本发明的实践来了解。本发明的目的和优点可以通过特别地在下文指出的手段和组合来实现和获得。
附图说明
包含在说明书中并构成说明书一部分的附随附图说明本发明的当前实施方案，并且与上面给出的一般描述和下面给出的优选实施方案详述一起，用来说明本发明的原理。
图1是显示本发明中焊接和热固化的温度分布图的一种实施例的曲线图；
图2是显示可以用于本发明的加热装置的一种实施方案的视图；
图3是显示本发明中焊接和热固化的温度分布图的另一种实施例的曲线图；
图4是显示可以用于本发明的加热装置的一种实施方案的视图；
图5是显示本发明电路布线板制造步骤的一种实施方案的视图；
图6是显示本发明电路布线板制造步骤的一种实施方案的视图；
图7是显示本发明电路布线板制造步骤的一种实施方案的视图；
图8是显示本发明电路布线板制造步骤的一种实施方案的视图；
图9是显示本发明电路布线板制造步骤的一种实施方案的流程图；
图10是显示本发明电路布线板制造步骤的一种实施方案的流程图；
图11是显示本发明电路布线板制造步骤的一种实施方案的视图；以及
图12是显示本发明电路布线板制造步骤的一种实施方案的视图。
具体实施方式
根据本发明第一方面的电路布线板制造方法是这样一种方法：通过焊膏层将第一电路元件连接到具有第一电极和第二电极的布线板的第一电极上，通过焊锡突出电极将第二电路元件连接到第二电极上，以及使用具有焊剂功能的封装树脂组合物在第二电路元件和面向第二电路元件的布线板之间的间隙中形成封装树脂层。在该方法中，第一电路元件安装到焊膏层上之后，布线板上第二电路元件将要连接到的位置可以用具有焊剂功能的封装树脂组合物来涂敷，而不执行任何焊接。然后，第二电路元件可以通过焊锡突出电极来安装以形成电路元件安装结构。该电路元件安装结构在预热温度下预热，并且通过将温度从预热温度升高到加热温度来加热，从而与具有焊剂功能的封装树脂组合物的硬化同时地，执行第一电极和第一电路元件的焊接以及第二电极和第二电路元件的焊接。可选地，第一电路元件安装到焊膏层上之后，第二电路元件可以通过焊锡突出电极来安装以形成电路元件安装结构。然后具有焊剂功能的封装树脂组合物可以注入到第二电路元件和面向第二电路元件的布线板之间的间隙中，以形成封装树脂层从而形成电路元件安装结构。
根据本发明第二方面的电路布线板通过根据本发明第一方面的方法来获得。
封装树脂组合物可以应用于本发明，并且具有焊剂功能和高于预热温度并且等于或低于加热温度的硬化加速温度。
因此，即使使用预热在预先确定的温度下执行，然后加热通过升高温度来执行的温度分布图，封装树脂组合物的热固化也不会在预热过程中推进。这使得可以同时执行第一电极和第一电路元件的焊接，第二电极和第二电路元件的焊接，以及具有焊剂功能的封装树脂组合物的硬化。因为这避免对重复加热的需要，制造成本可以大大地减少。
并且，当重复加热步骤时，热应力施加到已经连接的第一电路元件上，这缩短元件的寿命或损坏元件。但是，本发明消除了该问题，因为加热不被重复。因此，由本发明的方法获得的电路布线板不仅在成本上是优越的而且在寿命可靠性上也是优越的。
作为第一电路元件，小片元件例如电阻器或电容器可以使用。
该小片元件可以在焊膏层印刷到布线板上之后安装到布线板上，并且可以通过执行预热然后通过升高温度执行加热来连接。
焊膏可以通过均匀混合焊锡粉和包含溶剂的膏状焊剂来形成。
因为焊膏具有粘性，它可以在元件通过加热来连接之前将安装的第一电路元件固定到某种程度。
作为第二电路元件，相对大的电路元件例如半导体元件或组件可以使用。在本发明的一种实施方案中，焊锡突出电极可以在第二电路元件的表面上形成并且放置在第二电极上。
第二电路元件被安装之前，布线板表面上第二电路元件将要安装到的位置可以用具有焊剂功能的封装树脂组合物来涂敷。
本发明中所使用的具有焊剂功能的封装树脂组合物的硬化加速温度高于预热温度并且等于或低于加热温度。该封装树脂组合物的热固化在焊锡突出电极的焊接完成之后加速。如果封装树脂组合物的热固化在焊锡突出电极的焊接完成之前完成，焊锡突出电极的焊接被妨碍，这易于降低连接可靠性。
硬化加速温度是封装树脂组合物的热固化推进以对焊锡突出电极的焊接产生影响的温度。
本发明一些实施方案中的封装树脂组合物可以具有室温下1～30Pa·S的粘性。
如果室温下的粘性低于1Pa·S，树脂易于具有太高的吸湿度并且涂敷量太多。如果粘性超过30Pa·S，空气被夹住，这易于产生空隙。
作为本发明一些实施方案中的封装树脂组合物，可能使用在从预热温度(包括在内)到硬化加速温度(包括在内)的温度下具有大于10Pa·S并且30Pa·S或更小的粘性的封装树脂组合物。
一般地，焊膏的焊接和焊锡突出电极的焊接具有不同的焊接温度分布图。
在焊膏的焊接中，不是执行短时间内的快速加热。而是，执行预热例如烘干，然后执行用于熔化焊膏的加热。
另一方面，当焊锡突出电极的焊接和封装树脂组合物的热固化将在同一加热步骤中执行时，温度分布图通常与焊膏的温度分布图不同。即，预热短，并且设置加热温度使得焊锡突出电极的焊接和封装树脂组合物的热固化充分执行。
在本发明中，预热执行之后，温度进一步升高以在不仅焊膏的焊接而且焊锡突出电极的焊接和封装树脂组合物的热固化都充分执行的温度下执行加热。
图1显示根据本发明一种实施方案的焊接和热固化的温度分布图的实施例。
在图1中，参考符号T1表示预热温度；T2表示回流加热温度；t1表示预热时间；并且t2表示加热时间。并且，阴影部分21指示封装树脂组合物的热固化区域，并且Tr指示封装树脂组合物的热固化加速下限温度。图1中的对角阴影区域22显示焊膏熔化温度和焊锡突出电极熔化温度的温度范围。
图2显示可以用于焊接和热固化的加热装置的一种实施方案。如该图中所示，加热装置28包括加热器23，24，25，26，和27，待加热的电路元件安装结构可以通过以恒定的速度在由箭头所示的方向上移动来加热。加热器23用于使电路元件安装结构的温度升高到T1。加热器24，25用于使电路元件安装结构的温度保持在T1。加热器26用于使电路元件安装结构的温度升高到T2并保持。加热器27用于使电路元件安装结构的温度逐渐冷却下来。在图1中，预热时间t1对应于电路元件安装结构穿过加热器23～25的时间，并且加热时间t2对应于电路元件安装结构穿过加热器26，27的时间。
如图1中所示，在本发明的一种实施方案中，封装树脂组合物的硬化不会加速即使当预热执行时。这使得可以同时执行具有不同温度分布图的焊膏焊接，焊锡突出电极焊接，和封装树脂组合物热固化。
当具有183℃熔化温度的基于Sn和Pb的焊接合金用于焊膏和焊锡突出电极中时，本发明本实施方案的加热过程在200℃～230℃下执行例如20～60秒。
执行预热过程以减小对电路元件的热冲击，并且通过蒸发作用清除焊膏中的大部分挥发性物质，从而烘干焊锡并将焊锡粉和待焊接的金属表面清洗到某种程度。该预热过程在比加热过程的温度低例如50～80℃的温度下执行预先确定的时间，例如60～90秒。预热过程可以防止小片元件直立现象例如曼哈顿(墓碑，tombstone)现象，以及焊锡毛细管现象例如吸液。
预热时间可以通过控制允许升高到接近预热温度的温度的封装树脂组合物的化学活性温度来进一步减少。
图3显示这种情况下焊接和热固化的温度分布图的实施例。
在该温度分布图中，预热时间进一步减少。温度分布图类似于图1的温度分布图，除预热时间t1是40秒以外。
图4显示可以用于按照该温度分布图的焊接和热固化的加热装置的一种实施方案。
如该图中所示，加热装置33包括加热器29，30，31，和32，待加热的电路元件安装结构可以通过以恒定的速度在由箭头所示的方向上移动来加热。加热器29用于使电路元件安装结构的温度升高到T1。加热器30用于使电路元件安装结构的温度保持在T1。加热器31用于使电路元件安装结构的温度升高到T2并保持。加热器32用于使电路元件安装结构的温度逐渐冷却下来。在图3中，预热时间t1对应于电路元件安装结构穿过加热器29和30的时间，并且加热时间t2对应于电路元件安装结构穿过加热器31，32的时间。
焊锡突出电极的焊接温度低于封装树脂组合物的硬化加速温度的上限，即热固化完成温度。该焊接温度可以高于硬化加速温度的下限。但是，焊接温度优选地等于或低于硬化加速温度。
焊膏的焊接温度优选地低于封装树脂组合物的热固化完成温度，并且等于或低于硬化加速温度。而且，焊膏的焊接温度可以基本上等于焊锡突出电极的焊接温度，虽然前者也可以高于或低于后者。
本发明某些实施方案中可以使用的焊接合金的实例是基于Sn和Pb的合金，基于Sn和Ag的合金，基于Sn、Ag和Cu的合金，以及基于Sn和Ze的合金。
本发明实施例中使用的具有焊剂功能的封装树脂组合物可以由热固化树脂组成物制成，在本发明的一种实施方案中，它可以包含热固化树脂和焊剂成分。
所使用的热固化树脂的实例是环氧树脂，硅树脂，氨基甲酸酯树脂，以及苯氧基树脂。环氧树脂在耐热性，加工性能，和粘附力方面是有利的。
环氧树脂的实例是双酚A环氧树脂，双酚F环氧树脂，联二苯环氧树脂，o-甲酚酚醛环氧树脂，三苯甲烷环氧树脂，双环戊二烯环氧树脂，以及萜烯环氧树脂。
焊剂成分的实例是酸基焊剂，树脂基焊剂，和有机羧酸化合物。对于热固化树脂的100重量份，焊剂成分的含量可以是0.5～30wt％。
硬化剂可以添加到对本发明中使用的具有焊剂功能的封装树脂组合物来说必需的地方。该硬化剂的实例是苯酚芳烷基树脂，苯酚酚醛基树脂，酚醛树脂，酸酐例如六氢化甲基邻苯二甲酸酐，和胺基硬化剂例如二氰胺。
在一些实施方案中，硬化剂可以具有还原作用并且可以包含羟基等。对于热固化树脂的100重量份，如果硬化剂是固体，该硬化剂的含量可以是5～20重量份，以及如果硬化剂是液体，则为10～50重量份，。
硬化加速温度可以通过改变上述热固化树脂组成物的配料来适当地调节。
例如，当具有183℃熔化温度的基于Sn和Pb的合金焊锡用于焊膏和焊锡突出电极中时，硬化加速温度可以设置为190℃～220℃。
在本发明一种实施方案中使用的电路元件安装结构的形成过程包括，在第一电极上印刷焊膏层的第一步骤，在焊膏层上安装第一电路元件的第二步骤，将封装树脂组合物涂敷到布线板上第二电路元件将要安装的位置的第三步骤，以及按压焊锡突出电极以接触第二电极，并且通过封装树脂组合物在布线板上安装第二电路元件的第四步骤。
涂敷封装树脂组合物的第三步骤可以在安装第一电路元件的步骤之前执行。
图5～8是显示根据本发明电路布线板制造过程的部分的视图。
图9是显示本发明的电路布线板制造方法的实施例的流程图。
本发明的一种实施方案将参考图5～9来详细描述。
准备具有第一电极11和第二电极12的布线板10，如图5～8中所示。
首先，如图5中所示，焊膏例如具有183℃熔化温度的Sn-Pb合金焊膏印刷到第一电极11上，以形成焊膏层13。(步骤1)
其次，如图6中所示，第一电路元件例如电阻器15和电容器16通过使用零件安装器等定位它们来安装到焊膏层13上。步骤2)
而且，如图7中所示，布线板10的表面上第二电路元件将要形成的位置用包含焊剂成分的环氧基封装树脂组合物18来涂敷。环氧基封装树脂组合物18具有例如180℃或更高的、高于预热温度的硬化加速温度，并且可以在大约230℃的、高于由具有183℃熔化温度的Sn-Pb合金组成的焊膏层和焊锡突出电极的熔化温度的硬化完成温度下完全硬化。(步骤3)
该封装树脂涂敷步骤可以在第一电路元件安装步骤之前执行。
然后，如图8中所示，包括焊锡突出电极19的半导体元件20作为第二电路元件与布线板相对，并且通过定位焊锡突出电极19和第二电极12来安装。(步骤4)
最后，类似于图1中所示的温度分布图，预热在例如150℃下执行60秒，然后温度升高以在183℃或更高例如210～220℃下执行加热40秒，从而同时执行焊膏层13和焊锡突出电极19的回流以及包含焊剂成分的环氧基封装树脂组合物18的热固化。(步骤5)
从图9显然可以看出，本发明可以通过执行预热和加热步骤一次，而没有更多的加热步骤或冷却步骤来格外减少制造成本。
封装树脂涂敷步骤也可以在第二电路元件安装步骤之后执行。
图10是显示当封装树脂在第二电路元件安装之后涂敷时，本发明的电路布线板制造方法的实施例的流程图。
图11和12是显示根据本发明的电路布线板制造过程的部分的视图。
如图11中所示，包括焊锡突出电极19的半导体元件20作为第二电路元件与布线板相对，并且通过定位焊锡突出电极19和第二电极12来安装。(步骤3’)
然后，如图12中所示，封装树脂通过使用毛细管现象注入到电路元件和布线板之间的空隙。(步骤4’)
最后，类似于图1中所示的温度分布图，预热在例如150℃下执行60秒，然后温度升高以在183℃或更高例如210～220℃下执行加热40秒，从而同时执行焊膏层13和焊锡突出电极19的回流以及包含焊剂成分的环氧基封装树脂组合物18的热固化。(步骤5’)
焊膏层和焊锡突出电极的焊锡成分并不规定为Sn-Pb合金。其他焊锡成分例如具有220℃熔化温度的基于Sn、Ag和Cu的合金可以使用来代替Sn-Pb合金。当Sn-Ag-Cu合金作为焊膏层和焊锡突出电极的焊锡成分时，预热温度设置为150℃，加热温度和硬化加速温度可以设置为230～240℃。
另外的优点和修改将容易被本领域技术人员想到。因此，本发明在其更广阔的方面并不局限于这里所显示和描述的具体细节和典型实施方案。因此，可以不背离于由附加权利要求书及其等价物所定义的一般发明概念的本质和范围而做各种修改。

Claims (11)

1.一种制造电路布线板的方法，其特征在于包括：
将电路元件安装结构预热到预热温度，该电路元件安装结构包括具有第一和第二电极(11，12)的布线板(10)，安装在第一电极(11)上的第一电路元件(15，16)，通过突出电极(19)安装在第二电极(12)上的第二电路元件(20)，以及具有焊剂功能的封装树脂组合物(18)，该封装树脂组合物(18)形成在第二电路元件(20)和面向第二电路元件(20)的布线板(10)之间的间隙中，并且具有高于预热温度但不高于加热温度的硬化加速温度，并且
将电路元件安装结构从预热温度加热到加热温度，以便与具有焊剂功能的封装树脂组合物的硬化同时地，执行第一电极(11)和第一电路元件(15，16)的焊接以及第二电极(12)和第二电路元件(20)的焊接。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于该结构在不低于120℃且低于220℃的温度下预热。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于该结构在210℃～240℃的温度下加热。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于硬化加速温度为不低于190℃到低于230℃。
5.一种电路布线板，其包括具有第一和第二电极(11，12)的布线板，安装在第一电极(11)上的第一电路元件(15，16)，以及通过突出电极(19)安装在第二电极(12)上的第二电路元件(20)，其中电路布线板通过下面的方法来获得，即一结构在预热温度下预热，该结构安装有第一和第二电路元件(15，16，20)并且包括封装树脂组合物(18)，该封装树脂组合物(18)具有焊剂功能和高于预热温度但不高于加热温度的硬化加速温度并且形成在第二电路元件(20)和面向第二电路元件(20)的布线板(10)之间的间隙中，并且该结构通过将温度从预热温度升高到加热温度来加热，以便与具有焊剂功能的封装树脂组合物(18)的硬化同时地，执行第一电极(11)和第一电路元件(15，16)的焊接以及第二电极(12)和第二电路元件(20)的焊接。
6.根据权利要求5的电路布线板，其特征在于封装树脂组合物(18)包含环氧基热固化树脂，焊剂成分，和硬化剂。
7.根据权利要求6的电路布线板，其特征在于硬化剂是选自包含OH基的酚基、酸酐基、和胺基硬化剂中的一种成分，并且对于热固化树脂组成物的100重量份，如果硬化剂是固体，以5～20重量份的量来添加，以及如果硬化剂是液体，则以10～50重量份的量来添加。
8.根据权利要求5的电路布线板，其特征在于封装树脂具有室温下1～30Pa·S的粘性。
9.根据权利要求5的电路布线板，其特征在于预热温度不低于120℃且低于220℃。
10.根据权利要求5的电路布线板，其特征在于加热温度为210℃～240℃。
11.根据权利要求5的电路布线板，其特征在于硬化加速温度为不低于190℃到低于230℃。
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