焊球和包括焊球的电路板的制作方法
【专利说明】焊球和包括焊球的电路板
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2014年3月10日提交至韩国知识产权局的韩国专利申请序列号10-2014-0027745的外国优先权，通过引用将其全部并入本申请。
技术领域
[0003]本发明的实施方式涉及焊球(solder ball)和包括焊球的电路板。
【背景技术】
[0004]根据诸如智能电话、平板PC、和笔记本电脑的各种电子产品的小型化、瘦身、轻量化的趋势，安装在此类电子产品内的各种电子组件，包括诸如电路板、CPU、通讯芯片、以及存储器件的组件也应当变得更小。同时，根据电子组件的高性能趋势，设备或者配线的密度日益增加。
[0005]同时，对于用于将诸如封装组件的电子组件耦接至电路板或者将电路板彼此耦接的凸块成型工艺(bump-forming process,凸面成型工艺)，也需要新的范式技术。
[0006]在常规的半导体倒装芯片PCB的凸块成型工艺中，主要使用利用焊膏(SP)的印刷方法。该常规的印刷方法使用包含其中混合小的金属微粒和有机物质的焊剂的糊式SP。
[0007]然而，根据凸块间距的小型化的趋势，在印刷SP时存在由于焊剂的涂抹导致诸如产生凸块桥接等的问题。
[0008]为了克服这些问题，提出微球安装方法。该微球安装方法对于微细凸块间距的实现是有利的并且具有凸块的尺寸和高度均一性高的优势。
[0009]同时，该微球由具有诸如Sn-Ag-Cu和Sn-Cu的组合物的材料制成。这些材料被广泛地用于实现SP或者焊球。
[0010]然而，当诸如易受应力损害的硅片等电子组件被耦接至由上述材料制成的常规的焊球时，诸如硅片的电子组件可能破裂。
[0011]因此，对有效缓冲在耦接过程中产生的应力的装置的需求不断增加。
【发明内容】
[0012]本发明的一方面是解决上述问题并且提供可以有效缓冲在耦接过程(couplingprocess)中产生的应力的焊球。
[0013]本发明的另一方面是提供即使在经历使用焊球的耦接过程之后，可以降低由于破裂导致的次品率的电路板。
[0014]本发明的益处不限于解决上述问题；通过以下描述，本领域技术人员将清楚地理解上文没有描述的其他技术方面。
[0015]根据本发明的一个方面，提供一种焊球，该焊球包括:核心，由在约20°C至约110°c保持液态的材料制成；中间层，由在低于约270°c的温度下保持固态的材料制成；以及表面层，由具有约230°C至约270°C的熔化温度的材料制成。
[0016]此时，形成中间层的材料可以是在约20°C至约270°C的温度条件下没有与形成核心的材料形成金属间化合物的金属。
[0017]此外，形成中间层的材料可以是在约20°C至约270°C的温度条件下没有与形成表面层的材料形成金属间化合物的金属。
[0018]此外，形成核心的材料可以包括选自Ga和Cs的至少一种材料。
[0019]此外，形成核心的材料可以包括选自Ga-Al、Ga-B1、Ga_In、Ga-Sn> Ga-Zn>Ga-Zn-Sn, B1-Pb-Sn, B1-Pb-Sn-Cd, B1-Pb-1n-Sn-Cd 及 B1-Pb-1n-Sn-Cd-Ti 中的至少一种材料。
[0020]此外，形成核心的材料可以包括选自Ga、Cs、Ga-Al.Ga-Bi, Ga-1n, Ga-Sn, Ga-Zn,Ga-Zn-Sn、B1-Pb-Sn、B1-Pb-Sn-Cd、B1-Pb-1n-Sn-Cd、以及 B1-Pb-1n-Sn-Cd-Ti 的至少一种材料，和形成中间层的材料可以包括选自Al、Zn、以及Pb的至少一种材料。
[0021]此外，形成表面层的材料可以包括Sn。
[0022]根据本发明的另一方面，提供一种电路板，该电路板包括:设置在电路板的至少一个表面上的根据上述方面的焊球；和导电图案。
[0023]此外，选自有源器件、无源器件、印刷电路板、以及半导体封装件的至少一个可以耦接至焊球。
[0024]根据本发明的另一方面，提供一种焊球，该焊球包括:核心，由第一金属制成；中间层，由第二金属制成；以及表面层，由第三金属制成，其中，第一金属和第二金属可以是在约20°C至约270°C的温度条件下没有形成金属间化合物的材料。
[0025]此时，核心可以由在约20°C至约110°C保持液态的材料制成，中间层可以由在低于约270°C的温度下保持固态的材料制成，和表面层可以由具有约230°C至约270°C的熔化温度的材料制成。
[0026]此外，中间层可被设置为覆盖核心的外侧，和表面层可以被设置为覆盖中间层。
[0027]此外，形成核心的材料可以包括选自Ga、Cs、Ga-Al.Ga-Bi, Ga-1n, Ga-Sn, Ga-Zn,Ga-Zn-Sn、B1-Pb-Sn、B1-Pb-Sn-Cd、B1-Pb-1n-Sn-Cd、以及 B1-Pb-1n-Sn-Cd-Ti 的至少一种材料，和形成中间层的材料可以包括选自Al、Zn、以及Pb的至少一种材料。
[0028]此外，形成表面层的材料可以包括Sn。
[0029]根据本发明的另一方面，焊球包括核心、中间层、以及表面层。中间层具有比表面层和核心的熔点高的熔点。
[0030]其他方面和/或优点将部分地在接下来说明中阐述，部分将从说明书中显而易见，或者通过本发明的实践可以获悉。
【附图说明】
[0031]从下列实施方式的描述并且结合附图，本发明的总体发明构思的这些和/或其他方面以及优点将变得显而易见且更容易理解，在附图中:
[0032]图1是示意性地示出了根据本发明的实施方式的焊球的截面图；
[0033]图2A是示出根据本发明的实施方式的在焊球上进行回流处理之前的材料状态的示图；
[0034]图2B是示出根据本发明的实施方式的在焊球上进行回流处理时的材料状态的示图；
[0035]图3A是示意性地示出了根据本发明的实施方式的电路板的截面图；
[0036]图3B是示意性地示出了根据本发明的另一个实施方式的电路板的截面图；
[0037]图4A是示意性地示出取决于Ga和Al的比率与温度的状态的金属相图；
[0038]图4B是示意性地示出取决于Ga和Bi的比率与温度的状态的金属相图；
[0039]图4C是示意性地示出取决于Ga和In的比率与温度的状态的金属相图；
[0040]图4D是示意性地示出取决于Ga和Sn的比率与温度的状态的金属相图；
[0041]图4E是示意性地示出取决于Ga和Zn的比率与温度的状态的金属相图；
[0042]图5A是示意性地示出取决于Cs和Sn的比率与温度的状态的金属相图；
[0043]图5B是示意性地示出取决于Bi和Cs的比率与温度的状态的金属相图；和
[0044]图5C是示意性地示出取决于In和Cs的比率与温度的状态的金属相图。
【具体实施方式】
[0045]通过参考以下结合附图详细描述的实施方式，本发明的优点和特征以及实现本发明的方法将是显而易见的。然而，本发明并不局限于以下公开的实施方式且可以以各种不同的形式实现。提供实施方式仅是为了完善本发明的公开内容和为了向本领域技术人员充分表现本发明的范围。通篇说明书，相同的附图标记指代相同的元件。
[0046]本文中使用的术语是用来解释实施方式，而不是限制本发明。在整个说明书中，除非上下文另有明确的指示，否则单数形式也包括复数形式。本文中使用的术语“包括”和/或“包含”除了上面提及的组件、步骤、操作和/或器件之外，并不排除另一种组件、步骤、操作和/或器件的存在和附加。
[0047]为了说明的简便和清晰，附图示出了构造的一般形式，并且可以省略已知的特征和技术的描述和细节，以避免不必要地使本发明的描述的实施方式的讨论变得晦涩。此外，在附图中的元件不一定按比率绘制。例如，在附图中的一些元件的尺寸可相对于其他元件放大，以帮助提高对本发明的实施方式的理解。不同附图中的相同附图标记表示相同的元件。
[0048]在说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果有的话)是用于区分相似的元件，并且不一定用于描述描述特定的顺序或时间顺序。应当理解，在合适的情况下，如此使用的术语可互换，因此，例如，本文中描述的本发明的实施方式能够按本文中示出的或另外描述的那些顺序之外的顺序来操作。类似地，如果在本文中方法被描述为包括一系列步骤，如本文中呈现的这些步骤的顺序不一定是可以执行这些步骤的唯一的顺序，并且某些所述步骤可以被省略和/或本文中未描述的某些其他步骤可被添加至该方法。此外，术语“包含”、“包括”、“具有”和其任何变形，旨在涵盖非排他性的包括，因此，包含一组元件的工艺、方法、物品或设备不一定限于那些元件，而是可包括未明确列出的或对这些工艺、方法、物品或设备所固有的其他元件。
[0049]在本说明书和权利要求书中的术语“左”、“右”、“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“上”、
“下”等(如果有的话)是用于描述的目的，并且不一定用于描述永久的相对位置。应当理解，在合适的情况下，如此使用的术语可互换，因此，例如，本文中描述的本发明的实施方式能够按本文中示出的或另外描述的那些方位之外的方位来操作。如本文中使用的术语“耦接”被定义为以电的或非电的方式直接地或间接地连接。本文中被描述为彼此“邻近”的对象可以是彼此物理接触、彼此之间非常接近或在相同的一般区域或作为彼此的范围中，视使用短语的上下文情况而定。本文中短语“在一个实施方式中”的出现不一定都指相同的实施方式。
[0050]在下文中，将参照附图详细地描述本发明的实施方式的配置和操作效果。
[0051]图1是示意性地示出了根据本发明的实施方式的焊球100的截面图。
[0052]参考图1，根据本发明的实施方式的焊球100可以包括核心110、中间层120、以及表面层130。
[0053]此时，核心110可以被设置在焊球100的中心，中间层120可以形成为覆盖核心110的外表面,和表面层130可以形成为覆盖中间层120。
[0054]即，在实施方式中，焊球100可以被实现为由核心110-中间层120-表面层130组成的三层结构。
[0055]此外，核心110、中间层120、以及表面层130中的至少一个可以具有大致的球形或者椭圆形状。
[0056]同时，核心110可以由在室温下保持液态的材料制成。
[0057]以及中间层120可以由甚至在相对高温的环境中保持固态的材料制成。
[0058]此外，表面层130可以由在室温下保持固态和在预定温度之上的高温环境中变成液态的材料制成。
[0059]在实施方式中，核心110可以由在20至110°C保持液态的材料制成，中间层120可以由在低于270°C的温度下保持固态的材料制成，和表面层130可以由具有230至270°C的熔化温度的材料制成。
[0060]在使用焊球100的耦接过程中可以进行回流处理。此时，当回流处理被执行时，可以向耦接部提供热风以将焊球100加热至230至2