TWI479967B - Solder precoating method - Google Patents
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Description
本發明係關於在欲組裝電子零件的電路基板之電極部上，將焊料施行預塗而成的焊料預塗基板、使用其之組裝基板及焊料預塗方法。
近年，隨電子機器、電子零件的小型化，電子電路基板的電極亦在狹窄範圍內，依極狹窄間隔形成多數電極，使電子電路基板的電極部(焊墊)排列間距呈細微化。例如在半導體封裝時，泛用具有利用絕緣膜(防焊膜，solder mask)被覆著依細微間距排列的佈線圖案、並將從絕緣膜露出的佈線圖案區域視為電極部之電路圖案的電子電路基板，藉由在此種電子電路基板的電極部預先形成焊料層(預塗焊料)，便可經由該焊料層將半導體晶片端子(電子零件)接合於基板。此處，當對電子電路基板之經細微間距化的電極部施行焊料預塗時，因為將頗難如習知般的利用網版印刷法等將焊料膏劑正確地施行印刷，因而一般均採取將焊料膏劑全面塗佈於電路基板上之後，經加熱，便將焊料預塗於各電極部表面上的方法。
但是，在電極部的排列間距越趨於細微化的演進中，於利用將焊料膏劑全面塗佈於基板上並施行加熱，而將焊料施行預塗的方法中，當將焊料預塗於基板電極部上之時，將因焊料表面張力、濕潤性等影響而發生各種問題。具體而言，將發生下述問題：1)如圖4所示，在各電極部3a、
3b間，所形成焊料4的最大突起部位置將不同的問題；2)如圖5所示，在單一電極部3內，焊料4的突起部將會形成複數個的問題；3)如圖6所示，對電極側面的焊料層形成將較優先，導致在電極部3上面所形成的焊料量將變少的問題。若有發生該等問題，各電極部間的焊料高度便將出現變動，導致與電子零件間將呈接合不良情形。
迴避上述1)~3)問題的手段之一，可考慮對電極部(焊墊)的形狀下工夫。例如截至目前便有提案使耦接導體圖案(電極部)由成為佈線的佈線圖案，以及在接合於電子零件所設置凸塊的位置處，所形成連續於佈線圖案的耦接焊墊而構成；且形成耦接焊墊寬度尺寸W1大於佈線圖案寬度尺寸W2之形狀的手段，換言之，電極部形狀係形成具有長邊方向其中一部分的寬度，較大於其他部分處之寬廣部形狀的手段(參照專利文獻1)。此外，亦有提案將焊墊(電極部)形成長度L與寬度W比為(L/W)<10之形狀的手段(參照專利文獻2)。
[專利文獻1]日本專利特開2000－77441號公報[專利文獻2]日本專利特開平5－226825號公報
然而，根據專利文獻1所記載的手段，因為在電極部中必需設置寬廣部，因而不利於排列間距之細微化，當今後更進一步要求電子機器、電子零件的小型化時，預測將頗難因應。另一方面，專利文獻2所記載的手段，因為電極
部形成特定形狀，且使用特定的焊料材料，因而有焊料材料受限制的缺點。
緣是，本發明之課題在於提供無關焊料材料，在依細微間距配置的複數電極部上，形成高度無變動的焊料層，能與電子零件間進行安定接合的焊料預塗基板，以及使用其所形成的組裝基板。
本發明者等為能解決上述課題經深入鑽研的結果，查明產生上述1)~3)問題的要因，將受電極部的上面形狀與電極部厚度二者的大幅影響。所以，發現藉由將電極部排列間距盡可能細微化的電極部上面形狀設為矩形，且將上面形狀中電極長度(L)對電極寬度(W)的比(L/W)設為特定範圍，並將電極部厚度設定在上述電極寬度以下，便可解決上述課題，遂完成本發明。
即，本發明的焊料預塗基板係在覆蓋基板主面的絕緣膜開口部內，依細微間距配置複數電極部，並在該電極部上施行焊料預塗的焊料預塗基板，其特徵在於：電極部形狀係滿足下述(i)與(ii)的形狀：(i)電極部上面係呈電極長度(L)對電極寬度(W)的比(L/W)為6.0以下的矩形(但，L≧W)；(ii)電極部厚度(t)係在電極寬度(W)以下。
本發明的組裝基板之特徵係利用在上述本發明焊料預塗基板上所預塗的焊料，將電子零件熱壓接。
本發明的焊料預塗方法係使用在覆蓋基板主面的絕緣
膜開口部內，依細微間距配置複數電極部的基板，在該基板的電極部上施行焊料膏劑塗佈後，經加熱，而在該電極部上施行焊料預塗的方法，其特徵在於：將上述電極部的形狀設定為滿足下述(i)與(ii)的形狀：(i)電極部上面係呈電極長度(L)對電極寬度(W)的比(L/W)為6.0以下的矩形(但，L≧W)；(ii)電極部厚度(t)係在電極寬度(W)以下。
根據本發明，在基板上依細微間距配置的複數電極部上所形成的焊料層，將不會發生諸如：最大突起部位置在各電極間不同、或在單一電極部內將會形成複數個突起部、或電極側面的焊料層形成較優先導致電極部上面所形成的焊料量減少等問題；因為將成為並無高度變動的良好焊料層，因而可獲得能與電子零件間形成安定接合的效果。此外，根據本發明，焊料層形成時所使用的焊料材料並無限制，且電極部的排列間距亦可較習知更細微化。
本發明的焊料預塗基板係例如圖1所示，在覆蓋基板1主面的絕緣膜2開口部內2’，依細微間距配置複數電極部3，在具有特定形狀的該電極部3上施行焊料(未圖示)的預塗。
另外，圖1中，(a)所示係基板的概略俯視圖，(b)所示係上述(a)中，依x－x線切剖時的剖面示意圖，(c)所示係上述(a)中，依y－y線切剖時的剖面示意圖。
本發明的焊料預塗基板之電極部3，係形成同時滿足下述(i)與(ii)的形狀：(i)電極部3上面係呈現電極長度(L)對電極寬度(W)的比(L/W)為6.0以下的矩形(但，L≧W)；(ii)電極部3的厚度(t)係電極寬度(W)以下。
依此的話，本發明的電極部3藉由設定為其上面的電極長度(L)對電極寬度(W)的比(L/W)在6.0以下，且厚度(t)在電極寬度(W)以下，便可在其表面(上面)形成無高度變動的良好焊料。最好，上述(i)的(L/W)值係5.0以下。此外，本發明的電極部3係藉由其上面呈矩形，便亦可因應電極部3的排列間距細微化(特別係各電極部3間的間距在後述範圍內的情況)。
本發明的焊料預塗基板中，電極長度(L)具體來說最好係30~250 μm，尤以70~150 μm為佳。若電極長度(L)過小，當在絕緣膜2中設置開口部2’時，便將有良率變差、焊料預塗基板的生產性降低之可能性。反之，若電極長度(L)過長，便有在電極部3上所形成焊料4最大突起部分的位置，在各電極部3a、3b間呈不同(參照圖4)、單一個電極部3內容易形成複數個焊料4的突起部(參照圖5)、以及較難在此種高度變動較大的焊料部上接合半導體晶片的傾向。
另外，相關電極寬度(W)的具體範圍，只要配合上述電極長度(L)，適當設定為滿足上述(i)的話便可，相關電極部的厚度(t)之具體範圍，則只要配合上述電極寬度(W)，
適當設定為滿足上述(ii)的話便可。
本發明的焊料預塗基板中，各電極部3間的間距具體來說係最好在150μm以下，尤以100μm以下為佳。一般，電極部3的排列間距越小，電極部3上所形成的焊料量將越少，焊料高度變動對組裝性的影響將有越大之傾向，根據本發明，因為將可有效地抑制該高度的變動發生，因而即使如上述範圍內的細微間距亦可因應。
本發明的焊料預塗基板，係使用如圖1所示電子電路基板，即在覆蓋基板1主面的絕緣膜2開口部內2’，依細微間距複數設置滿足上述(i)與(ii)之特定形狀電極部3的基板，根據在該基板1的電極部3上施行焊料膏劑塗佈後、經加熱而在基板1的電極部3將熔融焊料施行預塗的本發明預塗方法便可獲得。
在基板1的電極部3上施行焊料膏劑塗佈之際，例如並非使用在基板1上依每個電極部3形成開口的網狀遮罩(screen mask)，而是使用在涵蓋複數電極部3的廣範圍內形成開口之網狀遮罩，並利用網版印刷等方式，在涵蓋依細微間距排列的多數電極部3在內之廣範圍內，無視各個電極部3的位置或形狀，概略地將焊料膏劑施行全面塗佈便可。
將已塗佈焊料膏劑的基板加熱並無特別的限制，例如依150~200℃左右施行預熱，並依最高溫度170~280℃左右施行圓滑熱處理(reflow)便可。對基板上的塗佈與圓滑熱處理，係可在大氣中實施，亦可在N2
、Ar、He等非活性
環境中實施。
本發明的焊料預塗基板中，就焊料層形成時所使用的焊料材料並無特別的限制，上述焊料膏劑係可使用例如習知周知含有焊料粉末與助焊劑的焊料膏劑，亦可使用習知周知含有析出型焊料材料與助焊劑的析出型焊料膏劑。
依此所形成的本發明焊料預塗基板之焊料，就高度(最大突起部的高度)通常係10~20 μm左右，各電極部3間的焊料高度變動較少。具體而言，在電極部3上所預塗焊料高度(即最大突起部的高度)的標準差(n＝20)，通常最好是1~2.5，尤以1~2為佳。另外，本發明的焊料預塗基板上所形成的焊料，係如圖2與圖3所示，並不會有上述1)~3)的問題，在單一個電極部上將形成一個突起部，且電極部上面所形成的焊料量將較多於側面。
本發明的組裝基板係利用在前述本發明的焊料預塗基板上所預塗之焊料，將在電子電路基板上所搭載的電子零件進行熱壓接。
特別係本發明的組裝基板，最好利用在焊料預塗基板主面的電極部上所預塗的焊料，將焊料預塗基板的主面、與電子零件的主面(詳言之，在基板主面的電極部、與電子零件主面上所設置的電極(凸塊))施行覆晶耦接，惟並不僅侷限於此。
當屬於覆晶耦接的組裝基板時，最好呈現在焊料預塗基板與電子零件之間填充著填底膠樹脂(underfi11 resin)的態樣。即，一般若考慮填底膠樹脂的填充性，則基板上
的電極長度(L)越長將越有利，但是另一方面，若電極長度(L)過長，則所形成的焊料將成為如圖4或圖5所示形狀，導致容易發生高度變動情形。相對於此，本發明中，為能充分確保填底膠樹脂的填充性，即使將電極長度(L)設定為較長，仍可藉由將電極部形成滿足上述(i)與(ii)的形狀，便可依良好的形狀形成無高度變動的焊料層。
以下，舉實施例就本發明進行詳細說明，惟本發明並不僅侷限於以下的實施例。
首先，將WW級妥爾松香(Tall Rosin)70重量份、己基卡必醇(hexyl carbitol)(溶劑)20重量份、及氫化蓖麻油(ricinus)(搖變劑)10重量份進行混合，並依120℃施行加熱熔融，經冷卻至室溫，便調製得具黏性的助焊劑。
將下述(a)~(d)所示焊料粉末(均為平均粒徑5 μm)任一種35重量份、與依上述所調製之助焊劑65重量份，利用調質攪拌機(THINKY(股)製「AWATORI RENTARO」)施行混練，分別調製表1所示4種金屬組成的焊料膏劑。
(a)Ag含有量3.5重量%的Sn－Ag系焊料合金粉末(Sn3.5Ag)
(b)Ag含有量3.0重量%、Cu含有量0.5重量%的Sn－Ag－Cu系焊料合金粉末(Sn3Ag0.5Cu)
(c)Sn含有量100重量%的Sn系焊料合金粉末(Sn)
(d)Sn含有量63重量%、Pb含有量37重量%的Sn－Pb系
焊料合金粉末(63Sn37Pb)
將主面利用具有開口部的絕緣膜施行覆蓋，在該開口部內依100μm間距配置各部尺寸(電極長度(L)、電極寬度(W)、電極部厚度(t))如表1所示的電極，而製得各種半導體封裝基板。在該基板上，將表1所示金屬組成的焊料膏劑利用網版印刷依全面狀塗佈呈100μm厚，使用最高溫度260℃的圓滑熱處理曲線(環境：氧濃度300ppm以下)施行加熱後，浸漬於已裝入60℃丁基卡必醇(butyl carbitol)溶液的超音波洗淨機中，而將助焊劑除去，便獲得焊料預塗基板。
針對依上述所獲得的各焊料預塗基板，施行下述評估。
結果如表2所示。
使用顯微鏡觀察焊料預塗基板上所形成的焊料層，針對焊料層最大突起部的位置偏移、突起部有無複數產生、及電極側面的焊料層形成狀態進行確認，並依以下的基準施行評估。
(1)關於最大突起部的位置偏移、突起部有無複數產生：○：最大突起部位於距電極部中心C朝電極長邊方向在電極長度(L)±10%以內的範圍內，且突起部並無二以上存在的情況(參照圖2)×：非屬上述「○」的情況
(2)關於對電極側面的焊料層形成狀態：○：相關電極部上所形成焊料的最大突起部所在部位，將電極部上面的垂直方向之焊料層厚度(焊料高度)設為h，將距電極側面的垂直方向之焊料層厚度(左右側面屬厚度不同的情況，便指從厚度較大之側面的厚度)設為d時，屬於h>d的情況(參照圖3)×：上述h與d係h≦d的情況
使用焦點深度儀(KEYENCE(股)製)，就焊料預塗基板的各電極部上所形成焊料層高度，就每一基板施行20處測定(測定位置係電極部中心)，並計算出其平均值(平均焊料高度)、與其標準差(焊料高度的標準差)。
以上，針對本發明的焊料預塗基板、組裝基板及焊料預塗方法進行詳細說明，惟本發明的範圍並不僅侷限於該等之說明，在不損及本發明主旨的範疇內，可進行適當變更或改善。
1‧‧‧基板
2‧‧‧絕緣膜
2’‧‧‧開口部
3‧‧‧電極部
3a、3b‧‧‧電極部
4‧‧‧焊料
圖1為本發明焊料預塗基板一實施形態，除所預塗焊料之外的示意圖，其中，(a)係概略俯視圖，(b)係其x－x線剖視圖，(c)係其y－y線剖視圖。
圖2為實施例的焊料預塗基板之焊料形狀評估基準說明圖，將電極部沿長邊方向切剖時(從電極部側面側觀看時)的焊料概略剖視圖。
圖3為實施例中，焊料預塗基板的焊料形狀評估基準說明圖，就在電極部上所形成焊料的最大突起部所在部位，朝電極部長邊方向進行垂直切剖時的焊料概略剖視圖。
圖4為焊料4的最大突起部位置，在各電極部3a、3b間呈不同的習知問題點說明圖，將2個電極部3a、3b沿長邊方向切剖時的焊料4概略剖視圖(a)、(b)。
圖5為在單一個電極部3內將複數個形成焊料4之突起部的習知問題點說明圖，將電極部3沿長邊方向切剖時的焊料4概略剖視圖。
圖6為對電極側面的焊料層形成較優先，導致電極部3上面所形成焊料量變少的習知問題點說明圖，將電極部3朝長邊方向垂直切剖時的焊料4概略剖視圖。
1‧‧‧基板
2‧‧‧絕緣膜
2’‧‧‧開口部
3‧‧‧電極部
Claims (3)
- 一種焊料預塗方法，係使用在覆蓋基板主面的絕緣膜開口部內，依細微間距配置複數電極部的基板，在該基板的電極部上全面塗佈焊料膏劑後，經加熱而在該電極部上施行焊料預塗的方法，其特徵在於：將上述電極部的形狀設定為滿足下述(i)至(iii)的形狀：(i)電極部上面係呈電極長度(L)對電極寬度(W)的比(L/W)為6.0以下的矩形(但，L≧W)；(ii)電極部厚度(t)係在電極寬度(W)以下；(iii)電極長度(L)係30~250μm。
- 如申請專利範圍第1項之焊料預塗方法，其中，上述(i)中，電極長度(L)對電極寬度(W)的比(L/W)係5.0以下。
- 如申請專利範圍第1項之焊料預塗方法，其中，各電極部間的間距係150μm以下。
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