专利名称：封装结构及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种封装结构，特别指一种封装结构，其具有一覆盖于焊接材料的覆盖金属材料。
背景技术：
普遍地,模块封装(例如四方平面无引脚封装(QFN ;Quad Flat No leads)、四方平面封装(QFP ;Quad Flat Package)、双列直插式封装(DIP ；Dual In LinePackage)、球门阵列封装(BGA ; Ba 11 Grid Array)以及平面闸格数组封装(LGA ; Land Grid Array))所使用的焊接材料主要包含锡(Sn)，例如SA，SAC以及Sn-Zn。然而，请参考图1A(锡电极2、焊接材料:锡3、焊接垫4、印刷电路板(PCB, printedcircuit board) 5),在第二次回焊制程中，模块封装中用来连接内部组件I至印刷电路板(PCB, printed circuit board)5的焊接材料(锡)3易重熔产生两相邻电极产生锡桥接，而导致产品失效。为了进一步详细描述锡桥接6，请参考图1B。在塑封压模制程中，封胶材料8通常为环氧塑封材料(EMC，EpoxyMoldingCompound)、树脂或是其它适合的材料。然而，封胶材料8无法有效填充组件I底部的空隙，而使得组件I下方有孔洞9形成。在第二次回焊制程中，焊接材料(锡)3会进入孔洞9而产生锡桥接6的现象。因此，为了增加产品质量，需要一方案解决在回焊制程中在封装结构内部的锡桥接问题。
发明内容
本发明的一目的提供一种封装结构及其制造方法，解决在回焊制程中在封装结构内部的锡桥接问题。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种封装结构，其特征在于，包含:一基板，包含在其上的一第一焊接垫和一第二焊接垫；一导电组件，配置在该基板上，其中该导电组件具有一上表面、一下表面、一第一侧表面和一第二侧表面，其中该导电组件包含一第一电极和一第二电极，其中该第一电极配置在从一第一部分的该下表面，经由一部分的该第一侧表面，到一第一部分的该上表面；该第二电极配置在从一第二部分的该下表面，经由一部分的该第二侧表面，到一第二部分的该上表面；一第一金属材料，分别电性连接该第一焊接垫和该第二焊接垫至该第一电极和该第二电极；以及一第二金属材料，覆盖该第一金属材料、该第一焊接垫、该第二焊接垫、该第一电极和该第二电极露出的复数个区域，其中该露出的复数个区域包含熔点比该第二金属材料低的金属材料。所述的封装结构，其中:该第二金属材料和该露出的复数个区域中每一个区域在该第二金属材料和该露出的复数个区域中每一个区域之间的界面结合而形成一合金相。所述的封装结构，其中:该露出的复数个区域包含该第一金属材料、该第一电极和该第二电极中每一个露出的区域。所述的封装结构，其中:该露出的复数个区域包含该第一金属材料、该第一焊接垫、该第二焊接垫、该第一电极和该第二电极中每一个露出的区域。所述的封装结构，其中:该第二金属材料和该每一个露出的区域在该第二金属材料和该每一个露出的区域之间的界面结合而形成一合金相。所述的封装结构，其中:进一步包含:—封胶材料，覆盖于该导电组件、该第一金属材料和该第二金属材料。所述的封装结构，其中:该第一金属材料由锡制成，以及该第二金属材料由铜制成。所述的封装结构，其中:该第一焊接垫、该第二焊接垫、该第一电极和该第二电极由锡制成。所述的封装结构，其中:该合金相包含Cu3Sn。所述的封装结构，其中:该基板为一印刷电路板。所述的封装结构，其中:该导电组件包含金属氧化层场效晶体管、绝缘阐双极晶体管、二极管、电阻、扼流线圈或电容其中至少一个。所述的封装结构，其中:进一步包含一位于该导电组件下方的空隙，其中该空隙由该封胶材料填满。所述的封装结构，其中:该第一金属材料由锡制成，该第二金属材料由铜制成，以及该合金相包含Cu3Sn。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:一种封装结构的制造方法，其特征在于，该方法包含了下列步骤:a.提供一基板，该基板包含在其上的一第一焊接垫和一第二焊接垫；b.配置一导电组件在该基板上，其中该导电组件具有一上表面、一下表面、一第一侧表面和一第二侧表面，其中该导电组件包含一第一电极和一第二电极，其中该第一电极配置在从一第一部分的该下表面，经由一部分的该第一侧表面，到一第一部分的该上表面；该第二电极配置在从一第二部分的该下表面，经由一部分的该第二侧表面，到一第二部分的该上表面；c.使用第一金属材料，用来分别电性连接该第一焊接垫和该第二焊接垫至该第一电极和该第二电极；以及d.使用第二金属材料，用来覆盖该第一金属材料、该第一焊接垫、该第二焊接垫、该第一电极和该第二电极露出的复数个区域，其中该露出的复数个区域包含熔点比该第二金属材料低的金属材料。所述的方法，其中:该第二金属材料和该露出的复数个区域中每一个区域在该第二金属材料和该露出的复数个区域中每一个区域之间的界面结合而形成一合金相。所述的方法，其中:该第二金属材料覆盖该露出的复数个区域中每一个区域凭借化学镀完成。所述的方法，其中:该合金相在一回焊制程中形成，以及该回焊制程的操作温度在该第一金属材料的熔点和该第二金属材料的熔点之间。所述的方法，其中:该方法进一步包含下列步骤:e.使用一封胶材料覆盖该导电组件、该第一金属材料和该第二金属材料。所述的方法，其中:步骤d进一步包含在该导电组件下方形成一空隙，以及步骤e进一步包含该空隙由该封胶材料填满。所述的方法，其中:该第一金属材料由锡制成，以及该第二金属材料由铜制成。与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是:焊接材料完全覆盖第一焊接垫、第二焊接垫、第一电极以及第二电极。在使用焊接材料将导电组件焊接于基板后，覆盖金属材料(例如铜)覆盖于焊接材料(例如锡)。接着，在第二次回焊制程中，一合金相形成在焊接材料和覆盖金属材料之间的界面。合金相的熔点大于焊接材料的熔点。在第二次回焊制程中，焊接材料不会流过覆盖金属材料，以可避免在电极间锡桥接的问题。
图1A为描述锡桥接问题的一个说明图示；图1B为描述锡桥接问题的另一个说明图示；图2描述具有一强化层的半导体封装结构；图3描述本发明封装结构的剖面示意图；图4A为进一步描述导电组件和电极的一个说明图示；图4B为进一步描述导电组件和电极的另一个说明图示；图5描述封装结构在封胶后的剖面示意图；图6为封装结构的制造流程图。附图标记说明:1-内部组件；2_锡电极；3_焊接材料；4_焊接垫；5_印刷电路板；6-锡桥接；8_封胶材料；9-孔洞；10集成电路芯片；11接合垫；13凸块；14强化层；20导线架；21引脚；50半导体封装结构；100封装结构；101基板；102焊接垫；103导电组件；104焊接材料；105覆盖金属材料；111第一侧表面；112第二侧表面；113第一区域；114第二区域；115第一电极；116第二电极；117导电组件上表面；118空缝；119导电组件下表面；120封胶材料；201-步骤；202_步骤；203_步骤；204_步骤。
具体实施例方式本发明的详细说明于随后描述，这里所描述的较佳实施例是作为说明和描述的用途，并非用来限定本发明的范围。此处说明一个典型的封装结构。请参考图2，图2说明具有一强化层14的半导体封装结构50。强化层用来增强集成电路(IC)芯片和导线架之间的凸块机械强度，以避免凸块在高温回焊制程中倒塌。半导体封装结构50包含一导线架20、一集成电路(IC)芯片
10、复数个凸块13和一强化层14。导线架20具有复数个引脚21，且复数个接合垫11配置在集成电路(IC)芯片10的表面。凸块13连接集成电路(IC)芯片10表面的接合垫11至导线架20的引脚21，其中凸块13的组成成分包含锡、铜、铅或银。强化层14覆盖于引脚21及凸块13。强化层14可以由金属制成，较佳来说，更可以是一连续的金属层，例如铜。强化层14的熔点大于凸块13的熔点。而强化层14可由电镀方式形成。
为了解决锡桥接问题，本发明揭示了一种封装结构，其具有一覆盖于焊接材料的覆盖金属材料。一焊接材料连接一导电组件至一基板，以及一覆盖金属材料主要覆盖于焊接材料的表面。导电组件可为金属氧化层场效晶体管、绝缘阐双极晶体管(IGBT)、二极管、电阻、扼流线圈(choke)或电容。导电组件的电极在此实施例可配置成:每个电极从一部分的导电组件下表面，经由一部分的导电组件侧表面，延伸至一部分的导电组件上表面，其中焊接材料覆盖于该部分的导电组件上表面、该部分的导电组件下表面和该部分的导电组件侧表面。基板具有复数个焊接垫，较佳来说，基板为一印刷电路板(PCB，printedcircuitboard)。然而，基板并不局限于印刷电路板(PCB, printed circuit board)。图3说明了本发明封装结构100的剖面示意图。结构100包含了一印刷电路板(PCB, printed circuit board) 101、复数个焊接垫102、一导电组件103、一焊接材料104和一覆盖金属材料105。印刷电路板(PCB, printed circuit board) 101具有的复数个焊接垫102在其上。焊接垫102可由任何适当的金属材料制成，例如锡、铅、锌、银或其结合。导电组件103凭借回焊制程的焊接配置在印刷电路板(PCB, printed circuit board) 101上。导电组件103可为金属氧化层场效晶体管、绝缘阐双极晶体管(IGBT)、二极管、电阻、扼流线圈(choke)或电容。导电组件103具有至少两个电极。图4A进一步说明了导电组件103和电极115、116的透视图。在一个实施例中，导电组件103具有至少两个电极:一第一电极115，包含一第一侧表面111和一邻近第一侧表面111的第一区域113 ;—第二电极116，包含一第二侧表面112和一邻近第二侧表面112的第二区域114。第一电极115可配置在导电组件103的一部分第一侧表面111和一部分第一区域113，以及第二电极116可配置在导电组件103的一部分第二侧表面112和一部分第二区域114。图4B进一步说明了导电组件103和电极115、116的另一个透视图。在一个实施例中，导电组件103具有两个电极:一第一电极115，包含一部分的第一侧表面111和一部分邻近第一侧表面111的第一区域113 ;—第二电极116，包含一部分的第二侧表面112和一部分邻近第二侧表面112的第二区域114。请再次参考图4A和图4B，一部分的第一电极115和一部分的第二电极116配置在导电组件103相对的侧表面上。换句话说，第一电极配置在从一第一部分的下表面，经由一部分的第一侧表面，到一第一部分的上表面；以及第二电极配置在从一第二部分的下表面，经由一部分的第二侧表面，到一第二部分的上表面。在一个实施例中，电极115、116使用的材料为锡。请返回参考图3，一焊接材料104电性连接电极115、116至焊接垫102。在一个较佳实施例中，焊接材料104完全覆盖电极115、116和焊接垫102。焊接材料104覆盖一部分的第一侧表面111、第一区域113、一部分的第二侧表面112以及第二区域114。换句话说，焊接材料104进一步覆盖一部分导电组件103上表面117和一部分导电组件103下表面119。焊接材料104可为任何适当的金属材料，例如锡、铅、锌、银或其结合。较佳来说，焊接材料104为锡。焊接材料104可以不完全覆盖电极115、116和焊接垫102。在一个较佳实施例中，覆盖金属材料105可覆盖电极115、116和焊接材料104露出的复数个区域，其中该露出的复数个区域包含熔点比覆盖金属材料105低的金属材料。覆盖金属材料105和被覆盖复数个部分104、115、116中每一个在其之间的界面结合而形成一合金相。合金相为一保护层，在回焊制程中，合金相可避免被覆盖复数个部分104、115、116中每一个流过覆盖金属材料105。此合金相的熔点高于被覆盖复数个部分104、115、116中每一个的熔点。在一个实施例中，覆盖金属材料105可覆盖于电极115、116，焊接垫102和焊接材料104露出的复数个区域，其中该露出的复数个区域包含熔点比覆盖金属材料105低的金属材料。覆盖金属材料105和被覆盖复数个部分102、104、115、116中每一个在其之间的界面结合而形成一合金相。合金相为一保护层，在回焊制程中，合金相可避免被覆盖复数个部分102、104、115、116中每一个流过覆盖金属材料105。此合金相的熔点高于被覆盖复数个部分102、104、115、116中每一个的熔点。在一个实施例中，焊接材料104由锡制成，以及覆盖金属材料105由铜制成。在一个实施例中，焊接材料104由锡制成；以及覆盖金属材料105由铜制成；第一焊接垫102、第二焊接垫102、第一电极115、和第二电极116也由锡制成。在一个较佳实施例中，焊接材料104完全覆盖电极115、116和焊接垫102，以及覆盖金属材料105完全覆盖焊接材料104的表面。覆盖金属材料105的熔点高于焊接材料104的熔点，以及焊接材料104和覆盖金属材料105在其之间的界面结合(共晶eutectic)而形成一合金相。在一个较佳实施例中，焊接材料104由锡制成，覆盖金属材料105由铜制成，以及合金相为铜合金，例如Cu3Sn。合金相的熔点高于焊接材料104的熔点。在一个实施例中，初始合金相Cu6Sn5先出现；接着，在更多的铜扩散至初始合金相Cu6Sn5后，最后合金相Cu3Sn出现。合金相为一保护层，在第二次回焊制程中，合金相可避免焊接材料(锡)104流过覆盖金属材料(铜)105，其中第二次回焊制程的操作温度在焊接材料(锡)104的熔点和覆盖金属材料(铜)105熔点之间，以避免在电极115、116之间发生焊接材料(锡)104桥接的问题。图5说明了本发明封装结构100在封胶(molding)后的剖面示意图。在封胶的前，一薄空缝118 (见图3)存在于封装结构100的内部且位于导电组件103的下方。空缝118填满了封胶材料120，例如树脂(resin)。封胶材料120也覆盖导电组件103、焊接材料104和覆盖金属材料105。图6为封装结构100的制造流程图。在步骤201中，提供一基板101，基板包含在其上的一第一焊接垫102和一第二焊接垫102。较佳来说,基板101为一印刷电路板(PCB, printed circuit board)。在步骤202中，配置一导电组件103在基板101上，其中导电组件包含一第一电极115和一第二电极116。第一电极115和第二电极116的配置已在图4A和图4B描述。在步骤203中，使用一焊接材料104用来分别电性连接第一焊接垫102和第二焊接垫102至第一电极115和第二电极116。步骤203在第一次回焊制程中执行。在步骤204中，使用一覆盖金属材料105用来覆盖焊接材料104、第一焊接垫102、第二焊接垫102、第一电极115和第二电极116露出的复数个区域，其中该露出的复数个区域包含包含熔点比覆盖金属材料105低的金属材料。覆盖金属材料105和被覆盖复数个部分102、104、115、116中每一个在其之间的界面结合而形成一合金相。合金相为一保护层，在回焊制程中，合金相可避免被覆盖复数个部分102、104、115、116中每一个流过覆盖金属材料105。在一个较佳实施例中，焊接材料104完全覆盖电极115、116和焊接垫102，以及覆盖金属材料105完全覆盖焊接材料104的表面。焊接材料104和覆盖金属材料105在其之间的界面结合而形成一合金相。合金相为一保护层，可避免焊接材料104流过覆盖金属材料 105。步骤204可由已知的技术达成，例如电镀或化学镀(无电极电镀)，较佳为化学镀(无电极镀)。因为化学镀所使用的溶液易流进封装结构100内部的薄空缝118中，因此反应均匀度易于控制。在一个实施例中，在化学镀的前，可先移除焊接材料104、第一焊接垫102、第二焊接垫102、第一电极115和第二电极116露出的复数个区域上的氧化层，如此可增进化学镀(无电极电镀)的效果，例如覆盖金属材料105和露出的复数个区域之间具有较强的附着力、避免在覆盖金属材料105和露出的复数个区域之间的界面产生孔洞等等。接着，利用一封胶材料120覆盖导电组件103、焊接材料104和覆盖金属材料105。在第二次回焊制程中，焊接材料104和覆盖金属材料105在其之间结合(共晶eutectic)而形成一合金相。在一个实施例中，第二次回焊制程的操作温度介于焊接材料104的熔点和覆盖金属材料105的熔点之间。因为覆盖金属材料105的熔点高于焊接材料104的熔点，因此该合金相的熔点比焊接材料104高。在一个较佳实施例中，焊接材料104由锡制成，覆盖金属材料105由铜制成，以及合金相为铜合金，例如Cu3Sn。在一个实施例中，初始合金相Cu6Sn5先出现；接着，在更多的铜扩散至初始合金相Cu6Sn5后,最后合金相Cu3Sn出现。合金相为一保护层，在第二次回焊制程中，合金相可避免焊接材料(锡)104流过覆盖金属材料(铜)105(回焊温度小于300oC)。因此，可避免焊接材料(锡)104桥接的问题。从上述实施例描述而知本发明的结构和制造方法可以提供一个方案避免锡桥接问题，而可以确保产品的质量。虽然本发明以前述的较佳实施例揭示如上，然其并非用来限定本发明，任何熟习相像技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的专利保护范围须视本说明书所附的申请专利范围所界定者为准。
权利要求
1.一种封装结构，其特征在于，包含: 一基板，包含在其上的一第一焊接垫和一第二焊接垫； 一导电组件，配置在该基板上，其中该导电组件具有一上表面、一下表面、一第一侧表面和一第二侧表面，其中该导电组件包含一第一电极和一第二电极，其中该第一电极配置在从一第一部分的该下表面，经由一部分的该第一侧表面，到一第一部分的该上表面；该第二电极配置在从一第二部分的该下表面，经由一部分的该第二侧表面，到一第二部分的该上表面； 一第一金属材料，分别电性连接该第一焊接垫和该第二焊接垫至该第一电极和该第二电极；以及 一第二金属材料，覆盖该第一金属材料、该第一焊接垫、该第二焊接垫、该第一电极和该第二电极露出的复数个区域，其中该露出的复数个区域包含熔点比该第二金属材料低的金属材料。
2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于:该第二金属材料和该露出的复数个区域中每一个区域在该第二金属材料和该露出的复数个区域中每一个区域之间的界面结合而形成一合金相。
3.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于:该露出的复数个区域包含该第一金属材料、该第一电极和该第二电极中每一个露出的区域。
4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于:该露出的复数个区域包含该第一金属材料、该第一焊接垫、该第二焊接垫、该第一电极和该第二电极中每一个露出的区域。
5.根据权利要求3所述的封装结构，其特征在于:该第二金属材料和该每一个露出的区域在该第二金属材料和该每一个露出的区域之间的界面结合而形成一合金相。
6.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，进一步包含: 一封胶材料，覆盖于该导电组件、该第一金属材料和该第二金属材料。
7.根据权利要求2所述的封装结构，其特征在于:该第一金属材料由锡制成，以及该第二金属材料由铜制成。
8.根据权利要求7所述的封装结构，其特征在于:该第一焊接垫、该第二焊接垫、该第一电极和该第二电极由锡制成。
9.根据权利要求8所述的封装结构,其特征在于:该合金相包含Cu3Sn。
10.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于:该基板为一印刷电路板。
11.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于:该导电组件包含金属氧化层场效晶体管、绝缘阐双极晶体管、二极管、电阻、扼流线圈或电容其中至少一个。
12.根据权利要求6所述的封装结构，其特征在于:进一步包含一位于该导电组件下方的空隙，其中该空隙由该封胶材料填满。
13.根据权利要求10所述的封装结构，其特征在于:该第一金属材料由锡制成，该第二金属材料由铜制成，以及该合金相包含Cu3Sn。
14.一种封装结构的制造方法，其特征在于，该方法包含了下列步骤: a.提供一基板，该基板包含在其上的一第一焊接垫和一第二焊接垫； b.配置一导电组件在该基板上，其中该导电组件具有一上表面、一下表面、一第一侧表面和一第二侧表面，其中该导电组件包含一第一电极和一第二电极，其中该第一电极配置在从一第一部分的该下表面，经由一部分的该第一侧表面，到一第一部分的该上表面；该第二电极配置在从一第二部分的该下表面，经由一部分的该第二侧表面，到一第二部分的该上表面； C.使用第一金属材料，用来分别电性连接该第一焊接垫和该第二焊接垫至该第一电极和该第二电极；以及 d.使用第二金属材料，用来覆盖该第一金属材料、该第一焊接垫、该第二焊接垫、该第一电极和该第二电极露出的复数个区域，其中该露出的复数个区域包含熔点比该第二金属材料低的金属材料。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于:该第二金属材料和该露出的复数个区域中每一个区域在该第二金属材料和该露出的复数个区域中每一个区域之间的界面结合而形成一合金相。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于:该第二金属材料覆盖该露出的复数个区域中每一个区域凭借化学镀完成。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于:该合金相在一回焊制程中形成，以及该回焊制程的操作温度在该第一金属材料的熔点和该第二金属材料的熔点之间。
18.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，该方法进一步包含下列步骤: e.使用一封胶材料覆盖该导电组件、该第一金属材料和该第二金属材料。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于:步骤d进一步包含在该导电组件下方形成一空隙，以及步骤e 进一步包含该空隙由该封胶材料填满。
20.根据权利要求14所述的方法，其特征在于:该第一金属材料由锡制成，以及该第二金属材料由铜制成。
全文摘要
本发明揭示了一种封装结构及其制造方法，其具有一覆盖于焊接材料的覆盖金属材料。一基板包含在其上的一第一焊接垫和一第二焊接垫。一在基板上的导电组件包含在其上的第一电极和第二电极。一焊接材料分别电性连接该第一焊接垫和该第二焊接垫至该第一电极和该第二电极。一覆盖金属材料覆盖该焊接材料、该第一焊接垫、该第二焊接垫、该第一电极和该第二电极露出的复数个区域，其中该露出的复数个区域包含熔点比该覆盖金属材料低的金属材料。
文档编号H01L23/498GK103165558SQ20121053577
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月12日 优先权日2011年12月13日
发明者陈大容, 廖玟雄, 胡竣富 申请人:乾坤科技股份有限公司