其上具有磁层的表面安装部件以及形成该部件的方法

专利名称：其上具有磁层的表面安装部件以及形成该部件的方法
技术领域：
本发明的实施例涉及电子组件，更具体来说，涉及防翻转/防偏移/防竖立(anti-tombstoning)结构及关联制造方法。
技术背景将部件安装在衬底上的传统方'式之一称作表面安装技术(SMT)。 SMT部件具有直接焊接到衬底表面的端子或引线(一般称作"电气触 点"、"凸块(bump)"或"垫片(pad)" )。 SMT部件由于其紧凑尺寸和 安装简单而得到广泛使用。SMT部件的电气触点耦合到衬底表面上的 对应导电安装片或焊接垫片(又称作"接线区")，以便建立部件与村 底之间安全的物理和电气连接。为了以更高密度来制造PCB,已知的 是表面安装某些小无源部件，例如电容器、电阻器和电感器。所得电 子系统能以更低成本并且以更紧凑尺寸来制造，因此更具有商业吸引 力。在SMT部件安装到衬底之前,，采用对应的焊料沉淀物(deposite) 来有选择地涂敷衬底垫片。随后,-在衬底上小心地设置或"对齐 (register)"部件，使得其电气端子与对应的衬底垫片对齐。最后，在称 作"焊接"的操作中，部件端子和PCB垫片通过焊料沉淀物的凝固而 在电气和机械上结合在一起。焊接方法的一个实例包括回流焊接，即 一个过程，在这个过程中，.将部件端子和PCB垫片首先加热到熔化焊 料沉淀的温度，以及在这个过程中，然后允许该组合物冷却，以便使 焊料凝固成凝固焊料，并且因而使得端子和垫片进行正确的电气和物 理连接。例如在图la和图lb中看到，村底10通常具有垫片对12, SMT部件、如管芯侧电容器即DSC 16的端子14可安装到垫片对12上。 阻焊膜15布置在两个垫片12之间。由于焊接期间垫片12上的焊料沉 淀物22的不平坦表面张力而引起的不对称横向表面张力，可能如图 la中看到的使DSC16偏移或者如图lb中看到的引起元件竖立。图la 说明已经偏离村底垫片12其中之一而覆盖相邻衬底垫片的DSC 16的 顶视图，而图lb则说明已经发生元件竖立的DSC16的侧视图。SMT 部件的翻转、偏移和/或竖立在本文中称作SMT部件缺陷或SMTC缺 陷。竖立效应^皮认为是SMT部件的安装中的常见焊接缺陷，并且由焊 料的表面张力、SMT部件的重量以及焊接条件共同引起。产生SMTC 缺陷的另 一个因素可包括在焊接期间传输SMT部件的传送带的振动。 特别是近来相对于DSC在装配点上已经观察到SMTC缺陷，DSC的 尺寸和重量从0805(这个术语表示具有8密耳长度和5密耳宽度的部件) 和0402减小到0201。由于0402和0201部件的较小尺寸和重量，表 面张力的复杂平衡可能更易于受到部件的可焊性的变化或者受到部件 各端的焊膏开始熔化的时间差干扰。现有技术已经尝试通过调整焊膏印刷过程、回流焊接过程或焊膏 配方设计，来解决在安装过程中引起的SMTC缺陷。调整焊膏印刷过 程通常包括重新设计焊盘的印刷蜡纸，以便改变回流的焊料印刷参数。 另一方面，调整回流过程通常包括延长预热时间和均热(soaking)时间， 以便实现部件端子上的表面张力之间的预期平衡。更慢的预热速率已 经表明减小SMTC缺陷率。调整焊膏配方设计的步骤包括采用包含锡 /铅/银的焊料合金，以便提供更广的凝固范围以及实现无铅小部件两侧 的表面张力之间的平衡。扩大的凝固范围延长了焊料沉淀物中的焊膏 的更高的粘糊阶段，因而平衡部件端子上的表面张力，并且又减小元 件竖立频率。.现有技术中用来减小SMTC缺陷的出现率的 一个备选措施考虑在 如图所示的预安装组合1的焊接期间采用结合剂来使电容器保持到 位。在这种方法中，如图8中看到，其中相同的部件采用与前述的图la和图lb中相同的参考标号，如图所示，在两个衬底垫片12之间的 阻焊膜15上施加结合剂。结合剂用于在焊接期间使电容器保持到位， 以力图减小SMTC缺陷。但不利的是，当SMT部件大小收缩时，如 以上部分所述，在结合剂方法其中还要求准确布置结合剂以及准确施 加结合剂(这在涉及通常需要对结合剂施加机进行微调的小空间/剂量 的情况下变得更为困难)的意义上，采用结合方法变得不适于防止 SMTC缺陷。由于上述原因，以及由于通过阅读和了解本说明、本领 域的技术人员非常清楚的以下所述的其它原因，本领域极大地需要以 适当的生产成本提供较高密度和较高质量互连、用于将部件安装到衬 底的方法。


通过附图、作为实例而不是限制来说明本发明的实施例，附图中， 相同的参考标号表示相同的元件，附图包括图la是按照现有技术的DSC和衬底组合的顶视图，其中的DSC 已经偏移到衬底垫片其中之一；图lb是按照现有技术的DSC和衬底组合的侧立视图，其中的DSC 已经竖立；图2a和图2b分别是在回流之前和期间、根据一个实施例的预装配组合的侧立视图；图3a-3c是根据本发明的磁层的三个不同实施例的顶视图；图4a是包括DSC的表面安装部件的透视图；图4b是表面安装到衬底上、图4a的DSC的侧立视图；图5是根据一个实施例的微电子组件的侧立视图；图6是包括根据一个实施例的微电子组件、如图5的组件的系统的示意性表示；以及图7是按照现有技术的DSC和衬底组合的侧立视图，其中的结合剂用于在焊接期间使DSC保持到位。
具体实施方式
本文公开了其上包括磁层的表面安装部件、形成表面安装部件的 方法、包括表面安装部件的电子组件以及包括电子组件的电子系统。工作主旨的的术语来描述解释性实施例的各个方面。然而，本领域的 技术人员非常清楚，仅通过所述方面的一部分也可实施本发明。为了 便于说明，阐述了具体数量、材料和配置，以便透彻地理解这些解释 性实施例。但是，本领域的技术人员非常清楚，即使没有这些具体细 节也可实施本发明。在其它情况下，公知的特征被省略或简化，以免 影响理解这些解释性实施例。各种操作将以 一种最有助于理解本发明的方式依次描述为多个分 立操作，但是，描迷的顺序不应被理解为意味着这些操作一定是顺序 相关的。具体来说，这些操作不需要按照所述的顺序来执行。词语"一个实施例"被反复使用。但是，该词语一般不表示同一 个实施例，但它也可能表示同一个实施例。术语"包含"、"具有" 和"包括，，是同义词，除非在上下文中另有说明。参照图2a和图2b，分别示出在回流之前和期间的预安装组合100。 所示的组合包括村底110,其中的结合表面113上具有结合垫片112 并且其上包含阻焊膜115。所示结合垫片112可包括ENIG结合垫片。 如本领域公知的那样,ENIG结合垫片可通过采用本领域的技术人员公 知的方法提供铜垫片来制作。然后可将铜结合垫片放入适当的含镍槽 中经过预定的时间长度，以便通过电化学方式沉积特定范围的镍厚度。 在适当的漂洗之后，则可将结合垫片放入含金电化学槽，其中，金原 子自发地取代表面镍原子，直到整个镍表面区域^皮^r覆盖为止。以上 公知的过程的结果是产生结合垫片、如结合垫片112,它包括铜层112，、 其上的镍层112"以及覆盖镍层的金层112，"。金由于其低电阻率以及 对腐蚀物质侵蚀的惰性而长期以来在电子工业中用作接触表面的金属。所示的组合100还包括表面安装部件，例如具有端子114的DSC 116。 DSC 116包括设置在其管芯侧表面120上的磁层118。如在图2a中看到的，DSC 116表示为正处于在衬底110上对齐、 使得端子114与结合垫片112上的焊料沉淀物122对齐的过程。在DSC 已经在村底上对齐时的回流之前，磁层118和ENIG结合垫片中的镍 层112，，(它具有铁磁属性)相互作用，以便建立DSC 116与衬底110之 间的磁力MF,该磁力MF还有利地使DSC保持在衬底上，以便允许 DSC在回流之前保持为在村底垫片上对齐。如在图2b中看到的，当组合100正经历回流时，DSC各侧上的 结合垫片112之间的不平坦表面张力STF可能在DSC 116上产生扭矩， 它可通过ENIG结合垫片112中存在的磁层118与镍层112"之间起作 用的磁力MF引起的磁矩来抵消。这种抵消对于实质上防止诸如翻转、 偏移或竖立之类的SMTC缺陷是有效的，如图la和图lb中部分所示 的。磁层可经过选择，使得MF大亍STF，从而在回流之前和期间增 加DSC与下面衬底之间的保持力，以便例如对于0402和/或0201 DSC 带来减少的SMTC缺陷。要注意，如当前描述中所使用的，"保持"的含义表示使SMT部 件保持在村底上，使得在回流之前，SMT部件保持在村底上对齐，以 及在回流期间，SMT部件不翻转、偏移或发生竖立。根据一个实施例，在DSC制造期间，磁层118例如可采用传统的 印刷方法布置在DSC上。根据实施例，将磁层选择成提供磁力MF,扭矩更大的扭矩，而同时对衬底上或,者SMT部件上的电路性能具有最 小影响。优选地，选择具有略高于焊料的回流峰值温度范围的居里温 度的磁性材料来经过回流。例如，所选磁性材料的居里温度可能处于 比焊料的回流峰值温度范围高大约IO摄氏度至大约20摄氏度之间。 在使用含铅焊料的这样一种情况下，峰值回流温度范围处于大约210 摄氏度与大约220摄氏度之间，在这种情况下，对于实施例合乎要求的居里温度范围处于大约220摄氏度与大约240摄氏度之间。另外， 在使用无铅焊料的情况下，峰值回流温度范围处于大约240摄氏度与 大约250摄氏度之间，在这种情况下，对于实施例合乎要求的居里温 度范围处于大约260摄氏度与大约270摄氏度之间。具有低于回流峰 值温度范围的居里温度的磁性材料在回流期间可能基本上失去其磁 性，因而不利地引起SMT部件、如DSC 116与下面衬底之间的抵消 磁力MF的实际消失。更优选地，选择呈现适于对SMT部件中或衬底 中的电路性能具有最小影响的剩磁的磁性材料。在具有较高频率、如 等于或高于大约2 GHz的电路的情况下，例如在CPU的情况下，基于 剩磁及其对电路性能的影响的磁性材料的选择变得极为重要。另 一方 面，根据实施例的磁性材料呈现剩磁，所述剩磁仍然提供必要的抵消 以便抵消衬底结合垫片上的焊料沉淀物之间的不相等表面张力在 SMT部件上的扭矩。可用作根据一个优选实施例的磁层的一部分的磁 性材料的实例可包括镍或镍铁合金这两者中的任一个。在镍铁合金的 情况下，它们的成分可通过公知的方式来设计，以便获得根据应用需 要的特定剩磁。本领域的技术人员已知的是，采用诸如才莫拟等的技术，考虑例如 包括终端尺寸的SMT部件的尺寸、SMT部件的重量以及还有来自焊 料沉淀物其中之一的SMT部件上的表面张力扭矩，以便达到平衡焊料 扭矩从而基本上防止SMTC缺陷所需的磁力扭矩。这样找到的磁力扭 矩，可将磁层选择成在回流期间产生这种磁矩。 一般来说，采用诸如 以上部分提供的准则，可选择提供实现DSC的预期平衡所需的最小磁 力的磁性材料层。这种磁层可具有任何厚度，并根据评估的特定组合 的磁矩要求来定义任何图案(pattem)。例如，根据一实施例的磁层可能 具有范围与ENIG垫片中的镍层的厚度相同的厚度，即大约1微米与 大约5微米之间。要注意，本文所使用的"磁层"表示磁性材料的连续以及不连续 层。因此，作为实例参照图3a、图3b和图3c，根据实施例的磁层可包括如图3a的顶视图所示的连续层或者如图3b和图3c的顶视图所示 的具有不连续配置的、例如定义图案的层。根据一个实施例，磁层可 包括定义适合于使来自磁层的磁场对于SMT电路的影响为最小的图 案的子层。例如，如图3b的实施例中看到，磁层可包括子层，所述子 层定义顶视图中与村底垫片的图案对应的图案。因此，如具体在图3b 中看到的，其中的SMT端子定义如图la-2b所示的图案，磁层218可 包括两个子层218，和218"，它们各配置成设置在村底垫片对应的一个 上。如作为实例在图3c的实施例中看到的，磁层218可包括子层218' 和218",它们各定义如图所示的图案P。要注意，图3a-3c仅示出磁 层配置的实例，而其它配置也属于本发明的实施例的范围。对于村底垫片，要注意，根据实施例，垫片不一定是ENIG垫片。 本发明的实施例在其范围内包含除了 ENIG垫片之外的衬底垫片，只 要衬底垫片在其中包含铁磁材料，所述铁磁材料适合与如上所述的磁 层配合以便建立抵消焊料沉淀物的不相等表面张力的磁力。实例对于根据实施例的适当磁厚的选择，提供以下计算作为针对0402 DSC、具体参照图4a和图4b的图解说明的一个实例。因此，根据一 个实施例，DSC 116可能是0402 DSC,在这种情况下，它的尺寸和属 性如下p-5.85x10'ag/mm3V - L x W x H - 1x 0.5 x 0.5 - 0.25瞧3 BxW =0,2x0.5-0.1幽3M-pxV-1,4625 x10^g W-pxVxg-1.4625 x10'2N将Eutectic(共晶)SN63/Pb37用作焊料，表面张力为S=464 mN/mm。因此，DSC端子侧的表面张力为F尸5xW-232 mN，以及表 面张力扭矩为T尸(F^H)/cose-164xl(T6 NM。另一方面，重力扭矩为DSC比重 DSC体积 DSC垫片尺寸: DSC质量 DSC重量T2=(WxL)/(cosex2)=9.9xl(r6 Nm。从上面看到，！\〉>12，它引起DSC 的竖立。假定薄膜的磁力比电容器的重量大十倍，则 F3=F4=10W=14.625xl0-2N，磁矩为T3=(F3xL)/cose=206.9><10-6 Nm,以 及 T4=F4xO=0 。 因此，DSC 上的顺时针总扭矩 TCLT=T2+T3+T4=216.8uxl(T6 Nm ,而DSC上的逆时针总扭矩 TCOT^T尸164x10—6 Nm。由于TCLT/TCOT=216.8/164>1，所以DSC 不会出现竖立。有利的是，本发明的实施例提供在回流之前和期间将SMT部件保 持在衬底上的简单、节省成本并且有效的配置。具体来说，与通过设 计和监测焊膏配方设计以及相关印刷和回流过程来使SMTC缺陷为最 小的传统方法相比，本发明的实施例利用衬底垫片的铁磁属性、例如 衬底上的ENIG垫片中的镍层的自然铁磁属性，以便在回流之前和期 间使SMT部件保持在村底上。另外，有利的是，根据本发明的实施例， SMT部件与村底之间的稳定和保持力是SMT部件上的磁层的磁场的 函数，与如上所述使SMTC缺陷为最小的传统方法相比并且还与其它 SCAM过程参数相比，将它设置在SMT部件上更易于控制。另外，有 利的是，本发明的实施例提供使SMTC缺陷为最小的通用方法，而无 需在SMT部件的大小改变时开发独立的材料和/或过程。在SMT部件 周围的小型化趋势、例如从0805 DSC过渡到远远更小的0201 DSC的 方面，以上所述更为有利。另外，特别是对于DSC,在DSC的主要功 能是在与DSC相关联的装置加电和断电期间提供稳定电压的意义上， 与逻辑/存储相反，根据实施例的D3C上的磁层的设置有利地基本上 不影响DSC的运行。另外，根据实施例，所有上述优点都是可能的， 而无需对用于将SMTC安装到村底上的安装/装配设备进行任何改变。 以上优点允许稳定和高电容器连接产量(attach yield),并且改进用于焊 接的过程窗口，而基本上不影响安装设备。接下来参照图5，根据本发明的微电子组件的一个实施例表示为 组件200。如图5所示，组件200表示回流之后的图2a和图2b的组合100,以及随后DSC 116到衬底110的连接。如图5中看到，组件200 将DSC116表示为已经通过凝固焊料123连接或结合、即电气和机械 结合到衬底110的ENIG垫片112。 DSC 116包括布置在其上的磁层 118,如上所述，它在回流之前和期间使DSC稳定在衬底上。现在参照图6，图解说明了在其中可采用本发明的实施例的许多 可能的系统90其中之一。微电子组件IOOO可能分别与以上在图5中 所示的微电子组件200相似。在一个.实施例中，电子组件1000可包括 微处理器。在一个备选实施例中，电子组件1000可包括专用IC(ASIC)。 存在于芯片组(例如图形、声音和控制芯片组)中的集成电路也可根据 本发明的实施例来进行封装。对于图6所示的实施例，系统900还可包括如图所示通过总线1010 相互耦合的主存储器1002、图形处理器1004、海量存储设备1006和/ 或输入/输出才莫块1008。存储器.1002的实例包括但不限于静态随机存 取存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DRAM)。海量存储装置1006 的实例包括但不限于硬盘驱动器、光盘驱动器(CD)、数字多功能光盘 驱动器(DVD)等。输入/输出模块1008的实例包括但不限于键盘、光标 控制装置、显示器、网络接口等。总线1010的实例包括但不限于外部 控制接口(PCI)总线和工业标准体系结构(ISA)总线等。在各种实施例 中，系统90可能是无线移动电话、个人数字助理、袖珍PC、平板PC、 笔记本PC、台式计算机、.,机顶盒、々某体中心PC、 DVD播放器以及服 务器。虽然本文为了描述优选实施例已经说明和描述了具体实施例，但 是，本领域的技术人员会理解，适合实现相同目的的大量备选和/或等 效实现可取代所示和所述的具体实施例，而不会背离本发明的范围。 本领域的技术人员易于理解，本发明可通过大量实施例来实现。本申 请意在涵盖本文所述的实施例的任何修改或变更。因""此，发明显然仅 由权利要求及其等效内容来限定。
权利要求
1.一种微电子组件，包括衬底，具有布置在其安装表面上的结合垫片，所述结合垫片在其中包含铁磁材料；布置在所述结合垫片上的凝固焊料；表面安装部件，通过凝固焊料结合到所述衬底并且包括布置在衬底侧面上的磁层，所述磁层适于与所述结合垫片中的铁磁材料配合，以便产生足量的磁力，从而在焊接之前和期间将所述表面安装部件保持在所述衬底上。
2. 如权利要求l所述的组件，其特征在于，所述表面安装部件是 电容器。
3. 如权利要求l所述的组件，其特征在于，所述村底上的所述结 合垫片包括ENIG垫片，以及所述结合垫片中的所述铁磁材料包含镍。
4. 如权利要求l所述的组件，其特征在于，焊接包括回流过程， 以及所述磁层包含具有高于所述焊料的峰值回流温度范围的居里温度 的石兹性材料。
5. 如权利要求l所述的组件，其特征在于，所述磁层包含磁性材能具有最小影响的剩磁。
6. 如权利要求l所述的组件，其特征在于，所述磁层包含磁性材 料，所述磁性材料包括镍和镍铁合金这两者中的至少 一个。
7. 如权利要求l所述的组件，其特征在于，所述磁层具有大约1 微米与大约5微米之间的厚度。
8. 如权利要求l所述的组件，其特征在于，所述磁层是连续层和 不连续层这两者中的一个。
9. 如权利要求8所述的组件，其特征在于，所述磁层包括子层， 所述子层定义适于使来自所述磁.层的磁场对于所述表面安装部件的电路的影响为最小的图案。
10. 如权利要求8所述的组件，其特征在于，所述磁层包括子层，所述子层定义与所述衬底上的结合垫片的图案相对应的图案。
11. 一种形成表面安装部件的方法，包括提供表面安装部件，并且具有适于通过凝固焊料结合到村底的结 合垫片的衬底侧面；提供磁层，所述磁层适于与所述衬底的结合垫片中的铁磁材料配 合，以便建立在焊接之前和期间将所述表面安装部件保持在所述衬底 上的足量的磁力。
12. 如权利要求11所述的方法，其特征在于，提供磁层的步骤包 括将磁性材料印刷到所述表面安装部件的衬底侧面。
13. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面安装部件 是电容器。
，
14. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，焊接包括回流过程， 以及所述磁层包含具有高于所述焊料的峰值回流温度范围的居里温度 的磁性材料。
15. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁层包含磁性性能具有最小影响的剩磁。
16. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁层包含磁性 材料，所述磁性材料包括镍和镍铁合金这两者中的至少一个。
17. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述磁层具有大约l 微米与大约5微米之间的厚度。
18. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磁层是连续层 和不连续层这两者中的一个。
19. 一种表面安装部件，适于通过凝固焊料结合到衬底的结合垫 片，所述表面安装部件包括布置在衬底侧面上的磁层，所述磁层适于 与所述结合垫片中的铁磁材料配合，以便产生足量的磁力，从而在焊接之前和期间将所述表面安装部件保持在所述村底上。
20. 如权利要求19所述的表面安装部件，其特征在于，所述表面安装部件是电容器。'
21. 如权利要求19所述的表面安装部件，其特征在于，焊接包括 回流过程，以及所述磁层包含具有高于所述焊料的峰值回流温度范围 的居里温度的磁性材料。
22. 如权利要求19所述的表面安装部件，其特征在于，所述磁层 包^^磁性材料，所述磁性材料具有适于对所述SMT部件中或所述衬底 中的电路性能具有最小影响的剩磁。
23. 如权利要求19所述的表面安装部件，其特征在于，所述磁层 包^s磁性材料，所述磁性材料包括镍和镍铁合金这两者中的至少一个。
24. 如权利要求19所述的表面安装部件，其特征在于，所述磁层 具有大约1微米与大约5微米之间的厚度。
25. 如权利要求19所述的表面安装部件，其特征在于，所述磁层 是连续层和不连续层这两者中的一个。
26. 如权利要求25所述的表面安装部件，其特征在于，所述磁层 包括子层，所述子层定义适于使来自所述磁层的磁场对于所述表面安 装部件的电路的影响为最小的图案。
27. 如权利要求25所述的表面安装部件，其特征在于，所述磁层 包括子层，所述子层定义与所述村底上的结合垫片的图案相对应的图 案。
28. —种系统，包括: 微电子组件，包括衬底，具有布置在其安装表面上的结合垫片，所述结合垫片在其 中包含铁磁材料；布置在所述结合垫片上的凝固焊料；表面安装部件，通过凝固焊料结合到所述衬底并且包括布置在衬 底侧面上的磁层，所述磁层适于与所述结合垫片中的铁磁材料配合，以便产生足量的磁力，从而在焊接之前和期间将所述表面安装部件保持在所述衬底上；以及耦合到所述微电子組件的主存储器。
29. 如权利要求28所述的系统，其特征在于，所述表面安装部件是电容器o
30. 如权利要求28所述的系统，其特征在于，所述衬底上的所述 结合垫片包括ENIG垫片，以及所述结合垫片中的所述铁磁材料包含 镍。
全文摘要
一种微电子组件、表面安装部件以及提供表面安装部件的方法。组件包括衬底，具有布置在其安装表面上的结合垫片，结合垫片在其中包含铁磁材料；布置在结合垫片上的凝固焊料；以及表面安装部件，通过凝固焊料与衬底结合，并且包括布置在衬底侧面上的磁层，磁层适于与结合垫片中的铁磁材料配合，以便产生足量的磁力，从而在焊接之前和期间将表面安装部件保持在衬底上。
文档编号H01L23/48GK101238762SQ200580051333
公开日2008年8月6日 申请日期2005年8月19日 优先权日2005年8月19日
发明者H·孙 申请人:英特尔公司