表面镀层和包括该表面镀层的半导体封装件的制作方法

本申请是2015年6月17日提交的申请号为201510337419.0的发明专利申请的分案申请。

发明构思的示例性实施例涉及半导体封装领域，具体地讲，涉及一种表面镀层、一种包括该表面镀层的半导体封装件以及一种制造包括该表面镀层的半导体封装件的方法。

背景技术：

通常，集成电路(ic)芯片与印刷电路板(pcb)的接合技术可以分为通孔插装技术(tht)和表面贴装技术(smt)。随着电子装置向小型化和轻薄化发展，电子器件变得高度集成，能够节省pcb空间的smt逐渐发展成为主要的封装技术。

图1示出根据现有技术利用smt将球栅阵列(bga)封装件接合到pcb而形成的封装结构。参照图1，封装结构包括bga封装件1和pcb2。bga封装件1包括：基底10；裸片置盘20，设置在基底10上；裸片30，通过粘附剂31附于裸片置盘20；引线40，将裸片30电连接到基底10；以及密封剂50，覆盖在裸片30上方以密封整个bga封装件。bga封装件1通过设置在基底10下表面上的多个焊点3结合到pcb2。

在pcb2的与焊料连接的表面上，覆盖有一些表面镀层。这些表面镀层可以防止印刷电路板的布线图案发生氧化，以提高焊料与印刷电路板之间焊接结合的牢固性和可靠性。

图2示出根据现有技术的用于印刷电路板的表面镀层。如图2所示，pcb3的铜(cu)布线图案的表面镀覆有镍(ni)和金(au)，其中，ni层31和au层32顺序地覆盖在cu布线30上方。在这种情况下，ni/au表面镀层在热循环(thermalcycle)环境下的焊接可靠性较好，但由于使用了价格昂贵的au导致成本较高。

图3示出根据现有技术的用于另一个印刷电路板的表面镀层。如图3所示，pcb4的cu布线图案的表面涂覆有机保焊剂(osp)，osp层41直接覆盖在cu布线40上方。在这种情况下，虽然使用osp表面镀层的成本比使用ni/au表面镀层的成本低，但是热循环可靠性差。

在该背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对本发明构思的背景的理解，因此，以上信息可能包含不形成对于本领域技术人员来说在该国家已经知晓的现有技术的信息。

技术实现要素：

发明构思的示例性实施例提供一种能够同时实现低成本和改善的热循环可靠性的包括铜和有机保焊剂的表面镀层、一种包括该表面镀层的半导体封装件以及一种制造包括该表面镀层的半导体封装件的方法。

发明构思的一方面，提供一种表面镀层。所述表面镀层包括：第一金属镀覆层，覆盖在被保护的材料上；第二金属镀覆层，形成在所述第一金属镀覆层上；以及有机保焊剂层，形成在所述第二金属镀覆层上，其中，所述第二金属镀覆层包括铜。

根据示例性实施例，所述第二金属镀覆层中的铜可以在焊接时完全熔入到焊料中。

根据示例性实施例，所述被保护的材料可以为设置在印刷电路板上并将与焊料连接的布线图案。

根据示例性实施例，所述第二金属镀覆层的厚度可以在0.05μm至2μm的范围内。

根据示例性实施例，所述第二金属镀覆层的厚度可以在0.15μm至0.95μm的范围内。

根据示例性实施例，所述第一金属镀覆层可以包括镍。

根据示例性实施例，包括在所述第一金属镀覆层中的镍在焊接结束后与焊料结合。

根据示例性实施例，所述第一金属镀覆层的厚度可以在1μm至20μm的范围内。

根据示例性实施例，所述有机保焊剂层的厚度可以在0.05μm至2μm的范围内。

根据示例性实施例，所述有机保焊剂层的厚度可以在0.1μm至0.5μm的范围内。

发明构思的另一方面，提供一种半导体封装件。所述半导体封装件包括基板、设置在所述基板上的布线图案、形成在所述布线图案上的表面镀层以及通过所述表面镀层焊接到所述布线图案上的半导体器件，其中，所述表面镀层包括：第一金属镀覆层，覆盖在所述布线图案上；第二金属镀覆层，形成在所述第一金属镀覆层上；以及有机保焊剂层，形成在所述第二金属镀覆层上，其中，所述第二金属镀覆层包括铜，所述第二金属镀覆层中的铜在焊接时完全熔入到焊料中。

发明构思的又一方面，提供一种制造半导体封装件的方法。所述制造半导体封装件的方法包括：制备基板，所述基板包括布线图案；在所述布线图案上形成表面镀层；将半导体器件放置在所述基板上，从而使所述半导体器件通过设置在所述半导体器件和所述布线图案之间的焊料来与所述布线图案接触；以及通过焊接使所述半导体器件连接到所述基板，其中，在所述布线图案上形成表面镀层的步骤包括在所述布线图案上顺序地形成第一金属镀覆层、第二金属镀覆层以及有机保焊剂层，所述第二金属镀覆层包括铜，所述第二金属镀覆层中的铜在焊接时完全熔入到焊料中。

附图说明

通过下面结合附图详细描述发明构思的示例性实施例，发明构思的以上和其他方面的特征及优点将变得明了。在附图中，同样的附图标记将始终指示同样的元件。

图1示出根据现有技术利用smt将bga封装件接合到印刷电路板而形成的封装结构。

图2示出根据现有技术的用于印刷电路板的表面镀层。

图3示出根据现有技术的用于另一个印刷电路板的表面镀层。

图4示出根据本发明构思的示例性实施例的包括铜和有机保焊剂的表面镀层。

具体实施方式

在下文中，将参照其中示出一些实施例的附图来更充分地描述本发明构思的各种实施例。然而，本发明构思可以以许多不同的形式实施，并且不应该被解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得该描述将是彻底的和完整的，并且这些实施例将把本发明构思的范围传达给本领域技术人员。在附图中，为了清楚起见，可能夸大层和区域的尺寸。

为了易于描述，可以在这里使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“下面的”、“在……上方”、“上面的”等的空间相对术语来描述如附图中示出的一个元件与其他元件的关系。将理解的是，除了附图中绘出的方位之外，空间相对术语还意图包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为“在”其他元件“下方”或“之下”的元件随后将被定向为“在”所述其他元件“上方”。因此，术语“在……下方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。可以将装置另外定向(旋转90度或在其他方位)，并相应地解释在这里使用的空间相对描述语。

图4示出根据本发明构思的示例性实施例的包括铜和有机保焊剂的表面镀层。如图4所示，根据示例性实施例的表面镀层100包括：第一金属镀覆层110，覆盖在被保护的材料140上；第二金属镀覆层120，形成在所述第一金属镀覆层110上；以及有机保焊剂层130，形成在所述第二金属镀覆层120上，其中，所述第二金属镀覆层120包括铜。

在一个示例性实施例中，其上覆盖有表面镀层100的被保护的材料140可以是设置在印刷电路板(pcb)上并将与焊料连接的布线图案。例如，这里所述的pcb可以包括由环氧树脂膜、聚酰亚胺膜或聚醚酰亚胺膜等绝缘材料形成的基板。pcb可以根据实际应用而具有各种形状，例如，pcb可以是具有刚性的薄板形状的基板，也可以是柔性基板或透明基板。虽然图4中示出的表面镀层100形成在被保护的材料140的上表面上，但是本发明构思不限于此，表面镀层可以形成在被保护的材料的下表面上，也可以同时形成在被保护的材料的上表面和下表面上。例如，表面镀层100可以形成在pcb的下表面上，以覆盖形成在pcb的下表面上的布线图案。

具体地，布线图案可以由诸如铜(cu)的导电材料形成。在pcb的制备工艺中，可以通过沉积或电镀工艺在pcb的整个表面上形成铜层，再使用掩模通过诸如干蚀刻或湿蚀刻的蚀刻工艺对铜薄层进行图案化，从而形成布线图案。然而，发明构思不限于此，布线图案可以是包括例如银(ag)、铝(al)或锡(sn)的任何导电金属材料。除了pcb之外，表面镀层还可以覆盖在各种电子元器件或半导体封装件的将要经历焊接工艺的表面上。

在本示例性实施例中，表面镀覆层100包括覆盖在被保护的材料140上的第一金属镀覆层110。具体地，第一金属镀覆层110可以覆盖在pcb的布线图案上。更具体地，pcb的布线图案可以由cu形成，第一金属镀覆层110可以直接覆盖在cu布线图案上并与cu接触。另外，第一金属镀覆层110的厚度可以在1μm至20μm的范围内。

作为表面镀层100的最底层材料，第一金属镀覆层110可以包括各种金属导电材料。例如，第一金属镀覆层110可以包括镍(ni)。ni可以在焊接工艺期间与焊料形成金属间化合物，并在焊接结束后与焊料结合，从而产生牢固的焊点。另外，ni几乎不熔入焊料中，不会影响焊料的性能。

当第一金属镀覆层由ni制成时，由于ni的化学性质活泼，因此ni暴露于空气会被氧化，导致焊料在接触表面的润湿性降低。在这种情况下，如果将有机保焊剂(osp)覆盖在由ni制成第一金属镀覆层上，则osp将与ni发生化学反应，使得osp的化学性质改变。

为了解决上述问题，根据发明构思的示例性实施例，第一金属镀覆层上形成有第二金属镀覆层并且第二金属镀覆层包括cu。

具体地，如图4中所示，由cu制成的第二金属层120可以形成在由ni制成的第一金属镀覆层110上。cu会在焊接时熔入焊料中。在回流焊或波峰焊的过程中，如果熔入焊料中的cu的含量大于焊料的0.5wt％，则可能产生粒状焊点(grittyjoints)，导致焊接效果劣化。因此，形成根据本发明构思的表面镀层的关键步骤在于控制包括cu的第二金属镀覆层的厚度，以确保cu可以在回流焊或波峰焊期间完全熔入到焊料中，并且熔入到焊料中的cu的含量不会对焊料的可靠性造成负面影响。

在一个示例性实施例中，第二金属镀覆层的厚度可以在0.05μm至2μm的范围内。在另一个示例性实施例中，第二金属镀覆层的厚度可以在0.15μm至0.95μm的范围内。然而，发明构思不限于此，第二金属镀覆层的厚度还可以是落入上述范围内的任何特定数值或特定范围。

另外，可以通过利用诸如电镀、化学镀、物理气相沉积(pvd)或化学气相沉积(cvd)的任何已知的方法来在被保护的材料上形成第一金属镀覆层和第二金属镀覆层。

有机保焊剂(osp)层形成在第二金属镀覆层上。具体地，如图4中所示，osp层130可以形成在包括cu的第二金属镀覆层120上，第二金属镀覆层120形成在第一金属镀覆层110上，并且第一金属镀覆层110覆盖在被保护的材料140上。更具体地，第一金属镀覆层110可以由ni制成，被保护的材料140可以是设置在pcb上的由cu形成的布线图案。

作为表面镀覆层100的最上层材料，osp层130可以在焊接时被助焊剂去除。osp是通过化学方法在裸露的cu表面形成一层约0.2mm～0.5mm的憎水性有机保护膜。这层有机膜保护cu的表面，使其避免氧化。osp能与多种助焊剂互熔，并能承受多次260℃以上的热冲击，有利于确保诸如印刷电路板的基板在封装前焊点的平整度与板面的翘曲度。

根据示例性实施例，osp层可由松香类、活性树脂类(activeresin)和唑类(azole)等有机材料形成。例如，可以将其上形成有第一金属镀覆层110和包括cu的第二金属镀覆层120的被保护的材料140浸入osp溶液，待浸没2至3秒后，将被保护的材料140取出，osp就会自然地覆盖在包括cu的第二金属镀覆层120上，从而形成osp层130。根据示例性实施例，osp层的厚度可以在0.05μm至2μm的范围内。根据另一示例性实施例，osp层的厚度可以在0.1μm至0.5μm的范围内。

发明构思的示例性实施例还提供一种半导体封装件。所述半导体封装件包括基板、设置在基板上的布线图案、形成在布线图案上的表面镀层以及通过表面镀层焊接到布线图案上的半导体器件，其中，表面镀层包括：第一金属镀覆层，覆盖在所述布线图案上；第二金属镀覆层，形成在所述第一金属镀覆层上；以及有机保焊剂层，形成在所述第二金属镀覆层上，其中，所述第二金属镀覆层包括铜，所述第二金属镀覆层中的铜在焊接时完全熔入到焊料中。

在一个示例性实施例中，基板可以为印刷电路板，设置在基板上的布线图案可以由铜形成。通过表面镀层焊接到布线图案上的半导体器件可以是诸如球栅阵列(bga)封装件的任何半导体器件。在本示例性实施例中，由于形成在布线图案上的表面镀层可以与前面所述的多个实施例中的每个实施例的表面镀层相同，因此省略对其的重复描述。

下面，将参照图4描述根据发明构思的示例性实施例的制造半导体封装件的方法。

参照图4，制造半导体封装件的方法包括：制备基板，基板包括由cu形成的布线图案140。接下来，在布线图案140上顺序地形成第一金属镀覆层110、包括cu的第二金属镀覆层120以及osp层130，以形成覆盖在布线图案140上的表面镀层100。

然后，把将要被焊接的半导体器件放置在基板上，从而使半导体器件通过设置在半导体器件和布线图案140之间的焊料来与布线图案接触。

然后，通过焊接使半导体器件连接到基板。例如，在焊接开始时，osp层130首先被助焊剂去除，以暴露包括cu的第二金属镀覆层120的新鲜洁净的表面。在这种情况下，被高温融熔的焊料可以与第二金属镀覆层120的新鲜洁净的cu表面接触并且在cu表面上良好地润湿。在焊接结束之后，第二金属镀覆层120中的cu可以完全熔入到焊料中，并且不会使焊料的焊接性质劣化，从而焊料与第一金属镀覆层110最终形成牢固的界面结合。

根据本发明构思的表面镀层具有与现有技术的cu-ni-au镀层相同的高温循环可靠性，但生产成本不超过cu-ni-au镀层的10％，可以应用于诸如pcb或其他需要焊接的电子元器件的表面。

虽然已经在此示出和描述了发明构思的实施例，但本领域技术人员将清楚的是，在不脱离由权利要求限定的发明构思的精神和范围的情况下，可以做出各种修改和变化。