专利名称：微孔穴结构及工艺的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及电气和电子领域，并且更具体地涉及注模焊料。
背景技术：
注模焊料(injection molded solder, IMS)是主要应用于硅晶片凸起的被称为 C4NP的焊料工艺技术。互连要求朝向更精细的凸起尺寸和间距持续变化。特别地，随着三 维(3D)封装的发展，需要焊料互连向凸起间距为50微米或更小的微型尺度(micro-scale) 发展。对于该减小的尺寸和间距，由于多个问题，用于頂S的标准玻璃模子(glassmold)不 再满足。 例如，在现有方法中，对于标准的半球形孔穴(cavity),回流之后的焊料体 (solder volume)可能位于孔穴周边附近的任何地方，导致位置的不统一，这可能对转变率 (transfer yields)产生不利影响。如在其它现有方法中所看出的，这是由于焊料体的中心 与润湿焊盘(pad)的中心不对准造成的。 另外，如在一些现有方法中，减小孔穴的直径同时增加深度(这是以期望间距保 持给定体积所需要的)可以帮助保持回流后的焊料居中，但是不能使焊料从模子表面充分 突出以确保在焊盘上润湿。 同样地，需要一种新的微孔穴结构和制作该微孔穴结构的工艺以有效地使得IMS 能够被用于3D封装所需的期望的微凸起的应用。
发明内容
本发明的原理提供用于微孔穴结构和工艺的技术。如本文中所描述的，提供一种 微孔穴结构。该结构包括以下的孔穴布局，所述孔穴布局能够使回流后的焊料在一个或多 个互连位置中的每一互连位置处居中并使回流后的焊料从孔穴中充分突出以促进润湿。
还提供了用于产生微孔穴结构的技术，其中产生微孔穴结构包括产生以下的孔穴 布局，所述孔穴布局能够使回流后的焊料在一个或多个互连位置中的每一互连位置处居中 并使回流后的焊料从孔穴中充分突出以促进润湿。 此外，本文还提供了将注模焊料(IMS)用于微凸起的技术，该技术包括使用微孔 穴结构，其中该微孔穴结构包括以下的孔穴布局，所述孔穴布局能够使回流后的焊料在一 个或多个互连位置中的每一互连位置处居中并使回流后的焊料从孔穴中充分突出以促进 润湿。 另外，本文还提供了将注模焊料(IMS)用于三维(3D)封装的技术，该技术包括使 用微孔穴结构，其中该微孔穴结构包括以下的孔穴布局，所述孔穴布局能够使回流后的焊 料在一个或多个互连位置中的每一互连位置处居中并使回流后的焊料从孔穴中充分突出 以促进润湿。 通过结合附图阅读下面对本发明的说明性实施方式的详细描述，本发明的这些和 其它目的、特征和优点将变得显而易见。
图1是示出现有焊料处理的顶视图的图； 图2是示出现有焊料处理的顶视图的图； 图3是示出现有焊料处理的侧视图的图； 图4是示出根据本发明实施方式的孔穴布局的图； 图5是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的顶视图的图； 图6是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的侧视图的图； 图7是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的顶视图的图； 图8是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的顶视图的图； 图9是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的侧视图的图； 图10是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的顶视图和侧视图的图； 图11是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的顶视图和侧视图的图； 图12是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的顶视图和侧视图的图； 图13是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的顶视图和侧视图的图； 图14是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的图； 图15是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的图； 图16是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的图；以及 图17是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的图。
具体实施例方式
将参照说明性和/或示例性实施方式描述本发明。为此，可以对这些实施方式进 行多种修改并且结果仍然在本发明的范围内。不意图或不应该推断，关于本文所描述的特 定实施方式进行限制。 本发明的原理包括改进的微孔穴结构和工艺。本发明的一种或多种实施方式包括 所产生的微孔穴，其确保回流后的焊料在每个互连位置处一致地居中。这改进了微型凸起 尺度下的转变率(transfer yield)。此外，本发明的一种或多种实施方式包括确保回流后 的焊料从孔穴中充分突出以促进良好润湿的微孔穴结构的截面。 在本文中在多个实施方式中描述了这些说明性的方面，其克服了对于孔穴设计的
现有方法的问题，并且因此有利于使MS能够用于微凸起和3D封装应用。 图1是示出表示回流后的焊料102和孔穴104的现有焊料处理的顶视图的图。如
本文中所指出的，在回流之后，焊料可能不均匀地分布在孔穴周边附近，这降低了对于在给
定的间距处具有一致的中心的焊盘的转变率。此外，图2是示出表示模子孔穴202、衬底润
湿焊盘204和回流后的焊料206的现有焊料处理的顶视图的图。图3是示出表示回流后的
焊料302的现有焊料处理的侧视图的图。 图4是示出根据本发明实施方式的孔穴布局的图。图4通过图解方式示出孔穴布 局的顶视图402和孔穴布局的侧视图404。如图4中所示，存在多个能够使回流后的焊料居 中的孔穴布局。这些中的一些具有附加的垂直截面特征以改进使回流后的焊料从孔穴中充 分突出从而在转变(transfer)期间能够使焊盘可靠润湿的能力。
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图5是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的顶视图的图。图5通过图解的方
式示出回流后的焊料502。图5示出上述孔穴布局中的第一种。在该情况下，孔穴是改进的
十字图案，十字臂与X和Y孔穴阵列对齐(in line with)。该顶视图示出在孔穴中一致地
居中的回流后的焊料，这是由于表面张力使焊料定位在十字中心而导致的。 图6是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的侧视图的图。图6通过图解的方
式示出回流后的焊料602。图6示出由于回流后的焊料的表面张力迫使焊料体位于十字顶
部而导致的一致的凸起。图7是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的顶视图的图。图
7通过图解的方式示出回流后的焊料702。图7示出另一种孔穴布局，在该孔穴布局中由于
孔穴臂以相对于X和Y阵列的对角方向定位而允许孔穴间距更接近。在所述附图中示出的
孔穴布局中，回流后的焊料表现为回流后的焊料体一致地居中并且从孔穴中明显突出，从
而在转变期间实现对于焊盘的可靠润湿。 图8是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的顶视图的图。图8通过图解的方 式示出回流后的焊料802。此外，图9是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的侧视图的 图。图9通过图解的方式示出回流后的焊料902。图8和图9示出另一种孔穴布局，所述孔 穴布局通过不同的技术同样实现了回流后的焊料体的一致居中并且从孔穴中明显突出，从 而在转变期间实现对于焊盘的可靠润湿。在图8和图9所示的情况中，通过圆形孔穴内的 十字图案产生焊料凸起。 图10是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的顶视图1002和侧视图1004的 图。此外，如图10中所示，"支座(standoff)"特征可具有各种配置(例如，图10中示出了 一种配置)。 图11、图12和图13还进一步详细示出微孔穴实施方式。图ll是示出根据本发明 实施方式的微孔穴结构的顶视图1102和侧视图1104的图。图ll示出朝向边缘的支座，它 使焊料在较窄较深的孔穴配置中突出。图12是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的 顶视图1202和侧视图1204的图。图12示出同样在较窄较深的孔穴配置中的位于孔穴底 部中央的正方形底座，其用于实现焊料凸起。 图13是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的顶视图1302和侧视图1304的 图。图13示出具有径向取向辐条的花状孔穴，在较宽较浅的孔穴配置中，当该孔穴中的焊 料回流时，该花状孔穴产生居中的凸起。 如本文的说明书和附图所说明的，许多不同的孔穴形状和配置也是可以的，并且 所包括的例子仅示出多种类型，而并不意味着对范围的限制。同样地，本文中所描述的技术 包括新颖的微孔穴阵列，该微孔穴阵列克服了例如由用于标准的C4NP晶片凸起的按比例 縮小的孔穴形状引起的局限性。 图14是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的图。图14通过图解的方式示出 不同特定深度的孔穴1402、 1404、 1406、 1408、 1410和1412。此外，图15是示出根据本发明 实施方式的微孔穴结构的图。图15通过图解的方式示出各自具有特定尺寸和深度的孔穴 1502、 1504、 1506、 1508和1510。图14和图15示出由激光烧蚀加工以及用模塑填充工具填 充的不规则孔穴形状。 图16是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的图。图16通过图解的方式示出 焊料到一侧成球的普通孔穴1602和焊料在孔穴中居中的三角形孔穴1604。此外，图17是示出根据本发明实施方式的微孔穴结构的图。图17示出焊料到一侧成球的普通孔穴1702。 此外，图17还示出了包括带有过多焊料的深长三角形的部分1704，其中一些焊料在孔穴中 成球，一些焊料滚到一侧。此外，图17示出包括带有过多焊料的深十字的部分1706，其中一 些焊料在孔穴中成球，一些焊料滚到一侧。 如本文中所述的，本发明的一种或多种实施方式包括微孔穴结构和用于产生该微 孔穴结构的技术，其中所述微孔穴结构包括以下的孔穴布局，所述孔穴布局能够使回流后 的焊料在互连位置处居中(例如，一致地居中)并且使回流后的焊料从孔穴中充分突出以 促进润湿(例如，在转变期间实现对于焊盘的可靠润湿)。 如本文中所描述的，在回流步骤之后，孔穴布局使焊料体从最初注入并固化的形 状重新分布为居中并突出的新形状，其中回流步骤使焊料表面张力产生该新形状。如上所 述，孔穴布局可以包括垂直截面特征以促进回流后的焊料从孔穴中充分突出，以及改进的 十字图案，其中十字臂与X孔穴阵列和Y孔穴阵列对齐。 此外，孔穴布局可以包括以X孔穴阵列和Y孔穴阵列的对角方向定位的孔穴臂，以 及圆形孔穴内的十字图案。孔穴布局还可以包括支座特征(例如，使焊料在孔穴配置(例 如，较窄较深的孔穴配置)中突出的朝向边缘的支座)。"支座"可以包括本文中所描述的用 于重新分布回流后的焊料体的特征的一部分。"支座"通过焊料表面张力"抬高"回流后的 焊料体。此外，孔穴布局可以包括正方形底座，其中所述正方形底座位于孔穴底部中央(例 如，用于促进在例如较窄较深孔穴配置中的焊料凸起)。 另外，如本文中所描述的，孔穴布局可以包括具有径向取向辐条的花状孔穴。例
如，当孔穴中的焊料在例如较宽较浅的孔穴配置中回流时，这种花状布局可以促进居中和
凸起。孔穴布局还可以包括由激光烧蚀加工成的一种或多种不规则的孔穴形状。 本发明的一个或多个实施方式包括将注模焊料(IMS)用于微凸起和/或三维(3D)
封装，其包括使用微孔穴结构，其中所述微孔穴结构包括以下的孔穴布局，所述孔穴布局能
够使回流后的焊料在一个或多个互连位置中的每一互连位置处居中并且使回流后的焊料
从孔穴中充分突出以促进润湿。 本发明的至少一个实施方式可以提供一个或多个有益效果，例如，确保回流后的 焊料在每个互连位置处一致地居中。 将认识到并应理解，上述本发明的典型实施方式可以通多种不同方式来实现。利 用在此所提供的本发明的教导，相关领域的普通技术人员将能够想到本发明的其它实施方 式。 尽管在此已经参考附图描述了本发明的说明性实施方式，但是应该理解本发明不 局限于这些确切的实施方式，并且在不偏离本发明的范围或精神的情况下，本领域的技术 人员可以进行其它各种变化和修改。
权利要求
一种微孔穴结构，其中所述结构包括以下的孔穴布局，所述孔穴布局能够使回流后的焊料在一个或多个互连位置中的每一互连位置处居中并且使回流后的焊料从孔穴中充分突出以促进润湿。
2. 根据权利要求1所述的微孔穴结构，其中在回流步骤之后所述孔穴布局使焊料体从 最初注入并固化的形状重新分布为居中并突出的新形状，其中所述回流步骤使得焊料表面 张力能够产生该新形状。
3. 根据权利要求1所述的微孔穴结构，其中所述孔穴布局包括一个或多个垂直截面特 征，以促进回流后的焊料从所述孔穴中充分突出。
4. 根据权利要求1所述的微孔穴结构，其中所述孔穴布局包括改进的十字图案，其中 十字臂与X孔穴阵列和Y孔穴阵列对齐。
5. 根据权利要求1所述的微孔穴结构，其中所述孔穴布局包括以X孔穴阵列和Y孔穴 阵列的对角方向定位的一个或多个孔穴臂。
6. 根据权利要求1所述的微孔穴结构，其中所述孔穴布局包括在圆形孔穴内的十字图案。
7. 根据权利要求1所述的微孔穴结构，其中所述孔穴布局包括一个或多个支座特征。
8. 根据权利要求7所述的微孔穴结构，其中所述孔穴布局包括一个或多个朝向边缘的 支座，其中所述一个或多个朝向边缘的支座使焊料在孔穴配置中突出。
9. 根据权利要求1所述的微孔穴结构，其中所述孔穴布局包括正方形底座，其中所述 正方形底座位于孔穴底部中央。
10. 根据权利要求1所述的微孔穴结构，其中所述孔穴布局包括具有一个或多个径向 取向辐条的花状孔穴。
11. 根据权利要求1所述的微孔穴结构，其中所述孔穴布局包括由激光烧蚀加工成的 一个或多个不规则的孔穴形状。
12. —种产生微孔穴结构的方法，包括产生以下的孔穴布局，所述孔穴布局能够使回流 后的焊料在一个或多个互连位置中的每一互连位置处居中并且使回流后的焊料从孔穴中 充分突出以促进润湿。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中在回流步骤之后所述孔穴布局使焊料体从最初 注入并固化的形状重新分布为居中并突出的新形状，其中所述回流步骤使得焊料表面张力 能够产生该新形状。
14. 根据权利要求12所述的方法，其中所述孔穴布局包括一个或多个垂直截面特征， 以促进回流后的焊料从所述孔穴中充分突出。
15. 根据权利要求12所述的方法，其中所述孔穴布局包括改进的十字图案，其中十字 臂与X孔穴阵列和Y孔穴阵列对齐。
16. 根据权利要求12所述的方法，其中所述孔穴布局包括以X孔穴阵列和Y孔穴阵列 的对角方向定位的一个或多个孔穴臂。
17. 根据权利要求12所述的方法，其中所述孔穴布局包括在圆形孔穴内的十字图案。
18. 根据权利要求12所述的方法，其中所述孔穴布局包括一个或多个支座特征。
19. 根据权利要求18所述的方法，其中所述孔穴布局包括一个或多个朝向边缘的支 座，其中所述一个或多个朝向边缘的支座使焊料在孔穴配置中突出。
20. 根据权利要求12所述的方法，其中所述孔穴布局包括正方形底座，其中所述正方 形底座位于孔穴底部中央。
21. 根据权利要求12所述的方法，其中所述孔穴布局包括具有一个或多个径向取向辐 条的花状孔穴。
22. 根据权利要求12所述的方法，其中所述孔穴布局包括由激光烧蚀加工成的一个或 多个不规则的孔穴形状。
23. —种将注模焊料(IMS)用于微凸起的方法，包括将一种微孔穴结构用于微凸起，其 中所述微孔穴结构包括以下的孔穴布局，所述孔穴布局能够使回流后的焊料在一个或多个 互连位置中的每一互连位置处居中并且使回流后的焊料从孔穴中充分突出以促进润湿。
24. —种将注模焊料(IMS)用于三维(3D)封装的方法，包括将一种微孔穴结构用于3D 封装，其中所述微孔穴结构包括以下的孔穴布局，所述孔穴布局能够使回流后的焊料在一 个或多个互连位置中的每一互连位置处居中并且使回流后的焊料从孔穴中充分突出以促 进润湿。
全文摘要
本发明涉及微孔穴结构及工艺。提供了一种微孔穴结构。该结构包括以下的孔穴布局，所述孔穴布局能够使回流后的焊料在一个或多个互连位置中的每一互连位置处居中并且使回流后的焊料从孔穴中充分突出以促进润湿。还提供了用于产生微孔穴结构、将注模焊料(IMS)用于微凸起以及将注模焊料(IMS)用于三维(3D)封装的技术。
文档编号H01L21/60GK101714515SQ20091020444
公开日2010年5月26日 申请日期2009年9月29日 优先权日2008年10月2日
发明者P·A·格鲁伯, R·A·巴德, R·莱维尼, W·S·格拉汉姆, 党兵, 史达元 申请人:国际商业机器公司