专利名称：用于电子元件的中间支架和用于钎焊这种中间支架的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电子元件的中间支架，它具有一个由塑料制成的支架体，在其上表面上分别一体地形成接触凸起，上表面分别至少局部地设有可钎焊的金属层，该金属层与支架的至少一个导体带导电连接。此外本发明还涉及一种用于钎焊这种中间支架的方法。
例如由EP 0 971 405 A2已知这种形式的中间支架。这种也称为PSGA(Polymer Stud Grid Array)的中间支架例如用于半导体芯片在电路板上的接触接通。但是这种应用不局限于半导体元件，而是也可以用于接通具有这种中间支架的其它电子元件。如同在EP 0 971 405A2中所描述的那样，这种中间支架本身通常通过注塑加工，其中接触凸起一起成形，但是这些接触凸起也可以通过其它方法构成，如通过薄膜热压，其中可以使用所有种类的塑料、热塑性塑料、热固性塑料、也包括环氧树脂。中间支架上的接触凸起不仅可以用于半导体芯片或其它元件在中间支架上的接通而且可以用于中间支架在电路板上的接通。
对于越来越高的元件排列密度要求，越来越微型化的钎焊连接受到精度的限制，要通过这种精度将钎焊膏放到电路板或元件的各接触位置上。为了防止钎焊点之间短路，目前必需将这些连接点在连接衬底上通过钎焊止挡相互分开。但是这个钎焊止挡只能以有限的精度安放，因此通过这种方法不仅限制了微型化而且限制了生产效率。电路的几何形状、钎焊止挡和钎焊膏必需非常精确地相互对准，但是对于这三个部分的不可避免的误差产生累加。尤其是将钎焊膏放到精确定义的位置上是非常困难的。而且，如果在元件接通时短路一次，则这个错误就不再能够消除，因为元件不再可能与连接衬底分离。
因此本发明的目的是，提出一个上述形式的中间支架和用于钎焊这种中间支架的方法，其中对于涂覆焊剂的要求低于目前的方法并且尽管如此也能够实现防止短路的更高可靠性的钎焊连接。
按照本发明，这个目的通过上述形式的中间支架由此实现，所述接触凸起具有一个从其尖部到其根部的、良好浸润的、导流液体焊剂的导带并在接触凸起的根部分别构成具有吸收作用的钎焊容纳区，它们相对于相邻的接触凸起具有一个防浸润止挡。
通过按照本发明的中间支架结构，这个中间支架由于接触凸起和其周围的相应几何结构和表面覆层获得附加的功能，通过这个功能能够从本来的接触位置吸出多余的焊剂。通过接触凸起外表面的良好浸润性使流到这个接触凸起根部的多余焊剂被导出和吸出，在那里将钎焊保留在适当设置的容纳区里面，因此不会造成有害的短路作用。这意味着，焊剂涂覆远没有象传统要求和方法那样严格，因为多余的焊剂不可能造成对相邻接触的短路，而是被吸到无危险的部位。这也意味着，焊剂不必再只能点形地以高精度涂覆到接触面或接触元件，而是以非常简单的方法可以将焊剂平面地分布到所有的接触点上，因为对于倒流钎焊接触点之间的表面本来就被吸空。当然必需根据接触凸起上焊剂容纳区的容纳量确定平面涂覆的焊剂量。
因此通过按照本发明的中间支架也可以在接触点之间实现更微小的间距，因此可以从总体上提高排列密度。另一优点是，通过适当吸出焊剂也可以使接触凸起相对于电路载体产生附加的自对准，因此通过这种方法也提高元件布置的精度，这例如对于光学元件的导通正好显示出很大的优点。
按照本发明的一个有利设计方案，位于接触凸起上的焊剂容纳区在接触凸起的根部由支架上表面里的凹下构成。在此凹下可以按照完全或局部封闭的环槽形状或多或少远离地包围接触凸起的根部。但是凹下也可以分别不对称地离开一个接触凸起的根部延伸。因此，如果相邻的接触凸起的焊剂容纳区设置在相反的方向，则接触凸起之间的距离可以特别小。本发明优选地用于半导体元件的倒装芯片装配。
在本发明的另一有利设计方案中焊剂容纳区也可以是在接触凸起里面的毛细通道本身。因此例如可以在接触凸起纵向上形成缝隙形或十字形的槽作为毛细通道，或者它们本身已经用来作为焊剂容纳区，或者通过其毛细作用使多余的焊剂导引到一个附加地设置在支架表面里的凹下里面。
通过具有相应良好浸润材料的金属化可以构成接触凸起上导引焊剂的带。而且浸润或毛细作用可以通过表面或设置在接触凸起内部的沟槽或通道强化，如上所述那样。例如也可以设想在接触凸起的外圆周上形成完全或局部围绕的接触凸起沟槽。
一种按照本发明的用于将中间支架钎焊到电路载体上的方法，电路载体具有设置在其表面上的平面元件，该方法具有下列步骤-将电路载体表面上的接触元件通过连续的焊剂层覆盖；-将中间支架这样安置到电路载体上，使其接触凸起分别通过相应的接触元件顶靠到焊剂层上并-将焊剂层通过加热液化，其中分别在一个接触元件与一个接触凸起之间形成钎焊连接并且将来自接触元件之间部位的多余焊剂通过接触凸起吸到焊剂容纳区里面。
下面借助于附图中的实施例详细描述本发明。附图中
图1为一个中间支架在一个用于准备进行钎焊连接的半导体元件上的布置，图2示出在钎焊期间图1中的布置，图3示出钎焊过程之后图1中的中间支架和元件，图4示出图1中IV-IV的截面图，图5示出另一种中间支架实施例对应图4的截面图，图6至8以对应于图1至3的范围示出相对于图1改变的中间支架，图9示出图8的IX-IX截面图，图10示出按照图1的中间支架的立体截面图。
在图1至3中示出的中间支架1由塑料制成并在其底面具有一体成形的接触凸起2用于与电路载体、在所示实施例中为半导体芯片4的平面接触部件3接通。在这里涉及所谓未封装的半导体的倒装芯片装配。只以一个截面图示出的中间支架1在与半导体4连接之后例如在另一电路载体、如电路板接通。例如可以通过未示出的连接元件、例如常见的连接元件或者也可以是另一接触凸起实现该中间支架的接通，其中这些另一接触凸起或者可以位于半导体元件4旁边的相同一侧或者可以以未示出的方式位于中间支架对面一侧。
中间支架1的详细结构在图10中的立体截面图中示意出。在此接触凸起2分别被环形凹下11所包围，当焊剂由于其对于接触凸起根部2c的表面应力到达尖部2a上和可良好浸润的接触凸起圆周面2b上时，所述凹下对于液体焊剂产生一个吸出作用。所述接触凸起完全或局部地设有金属覆层12，它在进入各凹下11的圆周表面上和凹下对着导体带13的外边缘上在中间支架1的上表面上延伸。通过这种方式使接触凸起与所期望的中间支架的导体带电连接。凹下11的外边缘分别起到防浸润止挡或毛细止挡的作用，因此使在凹下中吸出的焊剂不会通过边缘挤出并且首先不会通过各接触凸起之间的绝缘中间空间14产生短路。在图10中所示的导体带13只示例性地表示。当然也可以通过任意的方式构成电连接。尤其是未示出的导电连接也可以通过中间支架的边缘区或通过对于对置表面的开孔和设置到那里的导体带或元件实现。
图4中的放大截面图以俯视图示出两个以定位间距d1相邻的接触凸起，它们分别由圆环形凹下11包围。图5示出对此的一个变型，其中代替圆环形凹下的是单侧向相反方向扩展的凹下16。通过这种方式可以以更小的定位间距d2设置接触凸起2使其相互更靠近。
借助于图1至3可以实现接通工艺。在图1的视图，电路载体4在连接元件3处被一个连续的焊剂层5覆盖，焊剂层连续地在所有接触元件3上延伸。然后安放所述中间支架1并通过对准凸起6定位，其中定位销7嵌入电路载体4的定位孔8里面。当然定位销与定位孔也可以相互颠倒地设置在对面的部件上。
按照图2，焊剂5液化，使得接触凸起2尖部2a浸入到液体焊剂层里面。在此通过接触凸起的表面传导和浸润使各接触元件3之间的多余焊剂被吸到各接触凸起的根部2c并寄存在凹下11里面。即，在接触凸起2之间和在接触元件之间没有多余的焊剂，因此也不存在短路危险。按照图3在焊剂固化时也仅有接触凸起2与接触元件3连接，而多余焊剂位于接触凸起的圆周面上和凹下11里面。
在图6至9中借助于另一种中间支架21描述相同的过程。这个中间支架21具有接触凸起22，它们分别具有在其长度上延伸的十字形缝隙23。其它的部分，中间支架21与中间支架1一样。它也以相同的方式安放在一个电路载体4上并与电路载体钎焊。这个过程以与图1至3所述的相同方式实现。不同之处仅在于，多余的焊剂不是通过接触凸起的外表面吸到中间支架的附加凹下里面，而是将这些多余的焊剂直接吸入作为焊剂容纳区的十字形缝隙23。当然在这种情况下也可以在中间支架21里设置凹下。
权利要求
1.一种用于电子元件的中间支架，它具有一个由塑料制成的支架体(1；21)，在支架体上表面上分别一体地形成接触凸起(2；22)，上表面分别至少局部地设有可钎焊的金属层，该金属层与支架体(1；21)的至少一个导体带(12)导电连接，其特征在于，所述接触凸起(2；22)具有一个从其尖部(2a)到其根部(2c)的、良好浸润的、导流液体焊剂(5)的导带并在接触凸起(2；22)的根部分别构成具有吸收作用的焊剂容纳区(11；23)，它们相对于相邻的接触凸起具有一个防浸润止挡(14)。
2.如权利要求1所述的中间支架，其特征在于，所述焊剂容纳区分别在接触凸起(2)的根部由支架体(1)上表面里的凹下(11)构成。
3.如权利要求1或2所述的中间支架，其特征在于，所述凹下(11)在接触凸起(2)的根部按照环槽的形状完全或部分地包围接触凸起(2)。
4.如权利要求2或3所述的中间支架，其特征在于，所述凹下(16)分别不对称地离开接触凸起(2)根部地延伸。
5.如权利要求1所述的中间支架，其特征在于，所述焊剂容纳区由接触凸起(22)里的毛细通道(23)构成。
6.如权利要求1至5中任一项所述的中间支架，其特征在于，所述焊剂通过接触凸起上表面的可良好浸润的金属化层(12)构成接触凸起(2)上的导电带。
7.如权利要求1至6中任一项所述的中间支架，其特征在于，所述焊剂通过接触凸起(22)上表面或内部的毛细通道(23)构成导带。
8.如权利要求7所述的中间支架，其特征在于，所述接触凸起至少在其圆周表面的一部分上设有沟槽。
9.一种用于将按照权利要求1至8中任一项所述的中间支架钎焊到电路载体(4)上的方法，电路载体具有设置在其表面上的平面接触元件(3)，该方法具有下列步骤-将电路载体(4)表面上的接触元件(3)通过连续的焊剂层(5)覆盖；-将中间支架(1；21)这样安置到电路载体(4)上，使其接触凸起(2；22)分别通过相应的接触元件(3)顶靠到焊剂层(5)上；并-将焊剂层通过加热液化，其中分别在接触元件(3)与接触凸起(2；22)之间形成钎焊连接并且将来自接触元件(3)之间部位的多余焊剂通过接触凸起(2；22)吸到焊剂容纳区(11；23)里面。
10.如权利要求9所述的方法，其中通过将定位销(7)插入定位孔(8)实现中间支架(1；21)在电路载体(4)上的对准。
11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，使用一个半导体元件。
12.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，使用一个电路板作为电路载体。
全文摘要
一种用于电子元件、例如半导体元件的中间支架，它具有一个由塑料制成的支架体，具有一体形成的接触凸起(2)，它配有金属层，该金属层与支架体(1)的至少一个导体带导电连接。所述接触凸起(2)具有一个从其尖部到其根部的、良好浸润的导带，它分别在接触凸起(2)的根部构成具有吸收作用的焊剂容纳区(11)。通过这种方法可以在钎焊接触凸起时将多余焊剂吸出，因此在不使用焊剂阻挡的情况下也可以防止短路。因此对于中间支架的钎焊连接可以将焊剂大面积地涂覆到电路板上，其中在倒流钎焊时将焊剂从接触位置之间的中间空间里吸出。
文档编号H01L23/12GK1555572SQ02817959
公开日2004年12月15日 申请日期2002年9月13日 优先权日2001年9月14日
发明者J·范普伊姆布罗克, M·赫尔曼, J 范普伊姆布罗克 申请人:西门子迪美蒂克股份公司