专利名称：焊料球载带及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种焊料球载带及其制造方法。
随着半导体器件的高度集成化和小型化，半导体器件的IC封装的管脚数增大。所以在将IC封装安装于基片上时，技术上很难采用管脚型。为此，在许多情况下采用了利用焊料球连接IC芯片和安装基片的BGA(球栅阵列)型IC芯片代替管脚型。
在BGA型IC芯片的情况下，电极端子数大约在2000-3000之间。电极端子间的间距在0.24和0.25mm之间。设置在IC芯片的电极端子处的焊料球的直径约为0.15mm。
已知有各种方法在BGA型封装的电极上形成焊料突点。一般情况下，采用对准装置和焊料球吸附装置。对准装置为平板形，具有预定形状的凹形部分，用于与IC芯片的电极设置配合。焊料球吸附装置有多个设置成与凹形部分阵列配合的吸嘴。首先，将焊料球吸附到每个吸嘴上，然后将吸附的焊料球释放到对准装置的凹形部分。这样，单个焊料球便容纳于每个凹形部分中。然后，定位IC芯片的电极和焊料球，使它们彼此对准，并相互接触。之后，将焊料球熔化，以便将之转移到电极上作为焊料突点。
按另一方法，焊膏填充在对准装置的每个凹形部分中。然后，加热焊膏，使膏成分蒸发。同时，焊料成分熔化，在每个凹形部分中形成球形焊料突点。然后，使带有焊料突点的对准装置与IC芯片彼此面对，并相对于电极位置和焊料突点位置定位。然后，向对准装置和IC芯片加压，贴合，然后加热。于是，焊料突点转移到IC芯片的电极上。
假定利用形成焊料突点的上述常规方法，在尺寸为13mm×13mm且具有3000个管脚的最新IC芯片上形成焊料突点。这种情况下，必需用各吸嘴同时吸附3000个焊料球，每个球的直径约为0.12mm，然后将焊料球提供到对准装置中设置成具有约0.24mm间距的各凹形部分中。
然而，在利用形成焊料突点的常规方法在具有众多管脚的IC芯片上形成微小焊料球时，存在以下问题。即，同时将众多微小焊料球提供到形成为具有小间距的凹形部分中的工作需要丰富的经验、熟炼的技能和强度很大的劳动。所以生产率极低。例如，存在着焊料未被吸附到吸嘴上的情况。另外，在从吸嘴向对准装置的凹形部分滴落所吸附的焊料球时，还存在着焊料球不能准确提供到目标凹形部分的情况，或从对准装置中滚出的情况。这种情况下，必需在通过显微镜观察焊料球的同时，人工再将焊料球放置于预定的凹形部分中。因此，正确的工作需要大量的劳动和时间。
另外，即使按填充焊料膏的方法，也很难将焊膏精确地填充到排列成具有小间距的微小的凹形部分中。此外，存在着过量或不完全填充焊膏的问题。
本发明旨在解决上述问题。因此，本发明的目的是提供一种焊料球载带，利用其可以容易且精确地形成焊料突点。
本发明另一目的是提供一种制造上述焊料球载带的方法。
为了实现本发明的方案，一种焊料球载带包括载带，其表面上提供有一组凹形部分，用作电子部件的电极焊料接点(land)；多个焊料球，每个用于该组凹形部分中的一个。
载带最好由焊料浸润性低于所说电极焊料接点，且在焊料的熔点具有耐热性的材料构成。载带可由用焊料浸润性低于所说电极焊料接点，且在所说焊料的熔点具有耐热性的材料构成的多个塑料膜形成。另外，载带还可以包括塑料膜之间的金属膜。这种情况下，用于每个凹形部分的那部分金属膜最好露出，焊料球与金属膜的露出部分耦连。
载带可以包括一凹口区，凹形部分组设置于其中。
另外，每个凹形部分可以具有向着载带表面渐大的直径。
而且，载带最好是包括沿纵向设置于两侧的定位孔。
此外，要求多组凹形部分形成于载带的表面上。
为了实现本发明的另一方面，制造焊料球载带的方法包括以下步骤在载带上形成凹形部分阵列，凹形部分阵列对应于电子部件的电极焊料接点阵列；将焊膏滴到阵列的每个凹形部分中；及在非氧化气氛中加热并熔化焊膏滴，以形成焊料球。
这种情况下，可以在载带上形成具有对应于凹形部分的开口的掩模，对载带进行湿法腐蚀，并去掉掩模，从而形成凹形部分阵列。这种情况下，载带具有膜层叠结构，一种膜是金属膜，凹形部分是通过对载带进行湿法腐蚀直到露出部分金属膜形成的。
为了实现本发明的再一方面，制造焊料球载带的设备包括凹形部分形成单元，载带运输机构，分配器部分和回流炉。凹形部分形成单元在载带上形成凹形部分阵列，载带运输机构逐步移动带有凹形部分阵列的载带。分配器部分至少包括一个焊膏分配器，用于在载带移动停止时将焊膏滴在每个凹形部分中。回流炉在非氧化气氛中加热并熔化焊膏滴，以便由熔化的焊膏滴形成焊料球。
分配器部分最好包括分别为阵列的一行凹形部分设置的多个焊膏分配器。
为了实现本发明又一方面，在电子部件上形成焊料突点的方法包括以下步骤逐步移动带有凹形部分阵列的载带，焊料滴将设置在每个凹形部分中；使电子部件的电极焊料接点分别与各焊料球接触；在非氧化气氛中加热并熔化焊料球，以便形成焊料突点，并将之转移到电极焊料接点上。
为了实现本发明再一方面，在电子部件上形成焊料突点的方法包括以下步骤在载带上形成凹形部分阵列；逐步移动带有凹形部分阵列的载带，焊料滴将设置在每个凹形部分中；使电子部件的电极焊料接点分别与各焊料球接触；在非氧化气氛中加热并熔化焊料球，以便形成焊料突点，并将之转移到电子部件的电极焊料接点上。
图1是本发明第一实施例的焊料球载带的平面图；图2是沿图1的箭头方向Ⅰ-Ⅰ取的焊料球载带的凹形部分的剖面图；图3A-3D是展示在载带上制造凹形部分的方法的焊料球载带的剖面图；图4A是展示按第一实施例制造焊料球载带的设备的主要结构的透视图；图4B是沿图4A的线Ⅱ-Ⅱ取的剖面图，用于展示焊料球的形成；图5是展示在回流炉设置于分配器之后时制造焊料球载带的设备结构的示图；图6是利用焊料球载带在IC芯片上形成焊料突点的焊料突点形成设备结构的示图；图7是展示形成于IC芯片的电极焊料接点上的焊料突点的示图；图8是本发明第二实施例焊料载带的凹形部分的剖面图；图9是本发明第三实施例焊料载带的凹形部分的剖面图；图10是本发明第四实施例焊料载带的凹形部分的剖面图；图11A是本发明第五实施例焊料球载带的透视图；图11B是沿图11A的线Ⅲ-Ⅲ取的凹形部分的剖面图。
下面结合各附图具体说明本发明的焊料球载带。
首先，说明本发明第一实施例的焊料球载带。图1是第一实施例的焊料球载带的平面图。图2是沿图1的箭头方向Ⅰ-Ⅰ取的第一实施例的焊料球载带的凹形部分的剖面图。
焊料球载带10用于在如IC芯片等电子部件和安装基片或基板的电极焊料接点上形成焊料突点。
焊料球载带10具有其上形成有凹形部分组16的载带12。每个凹形部分组都由多个排列成阵列的凹形部分14构成。焊料球载带10还包括数个焊料球18的组20，每个焊料球容纳于一个凹形部分14中。焊料球载带10还具有纵向设置于其两侧的定位孔22，用于馈送载带10的膜12。凹形部分组16按顺序设置于两定位孔22之间。
载带12是焊料浸润性低的塑料构成的带。例如，载带12由具有焊料浸润性低于电极焊料接点的材料构成。所以，在焊料球熔化时，焊料球容易转移到电极焊料接点上。另外，载带12在等于或高于焊料熔点的温度具有耐热性。例如载带12由聚酰亚胺树脂构成。应注意，该载带12由单层膜构成。然而，本发明不限于此。载带12可以是层叠有多层塑料膜的层叠膜。
凹形部分14设置于载带12的表面上，其数量与行方向上IC芯片的电极焊料接点的数目相同，并与列方向上IC芯片的电极焊料接点数目相同。例如，在图1所示的第一实施例中，载带12形成为每组16具有11行9列的凹形部分14。这样，凹形部分14排列成具有与IC芯片的电极焊料接点相同间距的阵列。凹形部分组16沿载带12的纵向以预定间隔排列，用于对IC芯片形成焊料突点。
凹形部分14是通过利用以后所述的湿法腐蚀法腐蚀载带12而在载带12的预定位置形成的，其纵向剖面形状为开口的直径向着开口端扩大，如图2所示。如图3所示，单个焊料球18容纳于单个凹形部分14中。
接着，结合图3A-3D及图4A和4B说明本实施例制造焊料球载带10的方法。图3A-3D是展示在载带12上制造凹形部分14的焊料球载带10的剖面图。该方法在载带形成单元中进行。图4A是展示按本实施例制造焊料球载带10的载带制造设备的主要结构的透视图。图4B是沿图4A的线Ⅱ-Ⅱ取的剖面图，用于展示焊料球的形成。
首先，如图3A所示，在载带12上形成光刻胶膜24。然后，如图3B所示，对光刻胶膜24进行光刻和腐蚀工艺，形成掩模28。这样，在掩模28的预定位置形成开口图形26，使它们具有按预定间距的预定尺寸。然后，如图3C所示，通过利用强碱作腐蚀剂的湿法腐蚀法，腐蚀掩模28下的载带12。于是，形成凹形部分14。接着，去掉掩模28。结果，形成具有凹形部分14的载带12，如图3D所示。
接着，利用机加工法在载带12的两侧端部钻出定位孔16。应注意，可以在形成凹形部分14之前，在载带12上钻出定位孔16。
接着，利用图4A和4B所示的载带制造设备30在载带12上形成焊料球。
载带制造设备30具有载带馈送器32、分配器部分34和加热器36，如图4A和4B所示。
载带馈送器32由驱动链轮38和导向链轮40构成。驱动链轮38利用载带12的定位孔16馈送载带12。导向链轮40位于驱动链轮38的前一级，用于引导载带12。载带馈送器32按预定间隔在箭头方向逐步连续馈送载带12。
分配器部分34是多喷嘴型分配器，具有按与垂直于载带12的馈送方向排列的凹形部分14相同间距和相同数目排列的注射器35。那么，在为各注射器35设置的流量调节器(未示出)的控制下，分配器34从注射器35向凹形部分14滴预定量的焊膏。
加热器36是平板式电阻加热器。加热器36熔化滴到凹形部分14中的焊膏，以便如除焊料成分外的焊膏成分等成分蒸发，使焊料成分聚集。熔化的焊膏冷却形成焊料球。可以在载带12的馈送方向中在分配器34的后一级设置回流炉41，代替在载带12下部设置的加热器36，如图5所示。
为了利用载带制造设备30将焊膏滴到载带12的凹形部分14中，首先利用载带馈送器32，一步一步按预定速度馈送载带12。
首先，一个凹形部分组16的第一行凹形部分14到达分配器34的注射器35的正下方，然后，载带12在预定的短时间内暂时停在该位置处。焊膏从注射器35以预定量滴到凹形部分14中。然后，再开始载带12的馈送操作。
在该凹形部分组16的第二行凹形部分14到达注射器35的正下方时，载带12又停止。此时，焊膏以预定量从注射器35滴到凹形部分14中。此后，再重复该过程。
即，每次凹形部分14到达注射器35正下方时，载带12在预定的短时间内停在该位置。然后，由设置于载带12下的加热器36加热并熔化凹形部分14中的焊膏。因此，除焊料成分外的诸如焊膏等成分蒸发，于是焊料成分聚集，形成焊料球。
该实施例中的焊料球载带10可通过上述工艺形成。
下面，说明利用该实施例中焊料球载带10形成第一焊料突点的方法在IC芯片的电极焊料接点上形成焊料突点的过程。图6是解释载带和IC芯片在回流炉中的状态的剖面图。图7是形成于IC芯片的电极焊料接点上的焊料突点的示图。
首先，在IC芯片的电极焊料接点44上涂敷助焊剂，以提高电极焊料接点44的焊料浸润性。此后，如图6所示，使电极焊料接点44面对地，并使IC芯片42在回流炉46中保持此状态。IC芯片42定位成在载带10的暂停时间内每个电极焊料接点44位于载带10的所容纳焊料球18的正上方。
接着，IC芯片42向下移动，以便使电极焊料接点44与焊料球18接触。利用回流炉46加热并熔化焊料球18。结果，焊料球18与载带10分离，贴到电极焊料接点44上。随后，焊料球18冷却，被形成为焊料突点48，如图7所示。
然后，说明本发明第二实施例的焊料球载带。图8是该实施例的焊料球载带10的凹形部分14的剖面图。
除以下方面外，与第一实施例的载带10类似地形成焊料球载带50。
即，该实施例的焊料球载带50由层叠膜作为载带52。层叠膜52具有第一层聚酰亚胺树脂膜54、铜箔层56和第二层聚酰亚胺树脂58。部分铜箔56从形成于载带52上的凹形部分14的底部露出。焊料球18和铜箔56彼此耦合，如图8所示。因此，即使焊料球载带50移动，也不怕焊料球18从凹形部分移动到外部。
接着，说明本发明第三实施例的焊料球载带。图9是该实施例的焊料球载带的凹形部分的剖面图。
该实施例的焊料球载带60制造成具有与第一实施例的载带10类似的结构。然而，载带62由层叠膜载带构成，其中层叠了聚酰亚胺树脂膜。另外，凹形部分的形状与第一实施例的凹形部分14不同。
载带62形成为由四层聚酰亚胺树脂膜66A-66D构成的层叠膜，如图9所示。凹形部分64通过在膜66A上层叠三层具有各自的开口的膜66B-66D形成。三层膜具有彼此不同的开口直径，它们基本上同心层叠，使开口的直径逐渐扩大。单个焊料球18容纳于单个凹形部分64中。
接着，说明本发明第四实施例的焊料球载带。图10是该实施例的焊料球载带70的剖面图。
在该实施例的载带70中，铜膜72设置于第一层膜66A和第二层膜66B之间，如图10所示。部分铜膜72从形成于载带62上的凹形部分64的底部露出，焊料球18(未示出)与铜膜72耦连，与第二实施例一样。除以上所述之外，焊料球载带70具有与第三实施例的载带60相同的结构。
下面说明本发明第五实施例的焊料球载带。图11A是第五实施例的焊料球载带的透视图。图11B是沿图11A的线Ⅲ-Ⅲ取的凹形部分的剖面图。
如图11A所示，在该实施例的焊料球载带80中，载带12在载带的纵向具有用于每个IC芯片的凹口区84，其高度低于外围载带表面82。凹形部分组形成于凹口区84中，用于在凹形部分14中容纳焊料球18。除以上所述之外，焊料球载带80具有与第一实施例的相同的结构。例如，第三和第四实施例中，第五实施例中的焊料球载带80可以通过将塑料膜66D的开口部分扩大到凹口区84来实现。
因此，如图11B所示，可以容易地使每个容纳于凹形部分14中的焊料球18与IC芯片42的相应电极焊料接点44接触。
接着，说明利用其上设置有焊膏的焊料球载带在IC芯片的电极焊料接点上形成焊料突点的另一方法。该实施例是第二焊料突点形成方法的实例。该实施例利用图4所示的载带制造设备30的载带馈送器32和分配器34及图6所示的回流炉46。
首先，在载带12上形成凹形部分14，如图2所示，与第一实施例的制造载带10的方法类似。然后，与第一实施例类似，利用载带制造设备30的载带馈送器32和分配器34将焊膏填充到一步一步馈送的载带12的凹形部分14中。然后，再馈送载带12。
在凹形部分14到达在回流炉46中电极焊料接点44面向下的IC芯片42的正下方时，载带12的馈送操作暂停。IC芯片42定位成使每个电极焊料接点44在载带12的暂停期间位于填充于对应的凹形部分14中的焊膏的正上方。然后，IC芯片42向下移动，使电极焊料接点44与焊膏接触。然后，用回流炉46加热并熔化焊膏。
因此，膏成分蒸发。焊料成分熔化并聚集，然后与载带12的凹形部分14分离，进而形成于电极焊料接点44上。在焊料成分冷却时，其变成焊料突点48，如图7所示。此时，可以在电极焊料接点44上涂敷助焊剂，以提高电极焊料接点44的焊料浸润性能。
根据本发明的焊料球载带，焊料球容纳于一组凹形部分的每一个中。凹形部分排列于载带表面上，具有与IC芯片电极焊料接点相同的阵列排列形式。另外，开口直径向着开口端扩大。于是，焊料球载带可以容易地制造，并且可以可靠地将焊料球转移到电极焊料接点上形成焊料突点的形式。所以，该制造焊料球载带的方法可容易地制造本发明的焊料球载带。
本发明形成焊料突点的方法可以使用本发明的焊料球载带。按该方法，焊料球可以转移到电极焊料接点上，且不会导致操作失误和焊料突点的形成失误。因此，在形成焊料突点时，基本上不需要进行任何后续的调整。因此，本发明形成焊料突点的方法可高生产率地在IC芯片等的电极焊料接点上形成焊料突点。
权利要求
1．一种焊料球载带，包括载带，其表面上具有一组凹形部分，用于电子部件的电极焊料接点；及多个焊料球，每个焊料球提供给所说组中的一个所说凹形部分。
2．如权利要求1的焊料球载带，其特征在于所说载带由焊料浸润性低于所说电极焊料接点，且在所说焊料的熔点具有耐热性的材料构成。
3．如权利要求1的焊料球载带，其特征在于所说载带由多层塑料膜构成，所说塑料膜由焊料浸润性低于所说电极焊料接点，且在所说焊料的熔点具有耐热性的材料构成。
4．如权利要求3的焊料球载带，其特征在于所说载带还包括所说塑料膜之间的金属膜，并且用于每个所说凹形部分的部分所说金属膜露出，所说焊料球与所说金属膜的所说露出部分耦连。
5．如权利要求1-4中任一项所述的焊料球载带，其特征在于所说载带包括凹口区，在所说凹口区中提供所说的一组凹形部分。
6．如权利要求1-4中任一项所述的焊料球载带，其特征在于每个所说凹形部分具有向着所说载带表面渐大的直径。
7．如权利要求1-4中任一项所述的焊料球载带，其特征在于所说载带包括沿纵向设置于两侧的定位孔。
8．如权利要求1-4中任一项所述的焊料球载带，其特征在于所说多组凹形部分形成于所说载带的表面上。
9．一种制造焊料球载带的方法，包括以下步骤在载带上形成凹形部分阵列，所说凹形部分阵列对应于电子部件的电极焊料接点阵列；将焊膏滴到所说阵列的每个所说凹形部分中；及在非氧化气氛中加热并熔化所说焊膏滴，以形成焊料球。
10．如权利要求9的方法，其中所说形成步骤包括在所说载带上形成具有对应于所说凹形部分的开口部分的掩模；对所说载带进行湿法腐蚀；及去掉所说掩模。
11．如权利要求10的方法，其中所说载带具有膜层叠结构，其中一种膜是金属膜，且所说进行湿法腐蚀步骤包括对所说载带进行湿法腐蚀，直到部分所说金属膜露出为止。
12．如权利要求9-11中任一项所述的方法，还包括沿纵向在所说载带的两侧形成定位孔。
13．如权利要求9-11中任一项的方法，还包括在所说载带上形成凹口区的步骤，所说凹口区中形成有所说凹形部分阵列。
14．如权利要求9-11中任一项所述的方法，其中所说形成步骤包括在所说载带上形成所说凹形部分阵列，使每个所说凹形部分具有向着所说载带表面渐大的直径。
15．一种制造焊料球载带的设备，包括凹形部分形成单元，用于在载带上形成凹形部分阵列；载带运输机构，用于逐步移动具有所说凹形部分阵列的所说载带；分配器部分，其至少包括一个焊膏分配器，用于在所说载带移动停止时将焊膏滴在每个所说凹形部分中；及回流炉，用于在非氧化气氛中加热并熔化所说焊膏滴，以便由所说熔化的焊膏滴形成焊料球。
16．如权利要求15的设备，其特征在于所说分配器部分包括分别为所说阵列的一行所说凹形部分设置的多个所说焊膏分配器。
17．一种在电子部件上形成焊料突点的方法，包括以下步骤逐步移动带有凹形部分阵列的载带，焊料球将设置在每个凹形部分中；使电子部件的电极焊料接点分别与所说焊料球接触；在非氧化气氛中加热并熔化所说焊料球，以便形成焊料突点，并将之转移到所说电极焊料接点上。
18．一种在电子部件上形成焊料突点的方法，包括以下步骤在载带上形成凹形部分阵列；逐步移动带有凹形部分阵列的所说载带，焊料球将设置在每个所说凹形部分中；使电子部件的电极焊料接点分别与所说焊料球接触；在非氧化气氛中加热并熔化所说焊料球，以便形成焊料突点，并将之转移到所说电极焊料接点上。
全文摘要
一种焊料球载带,包括载带和多个焊料球。在载带表面上提供用于电子部件的电极焊料接点的一组凹形部分。每个焊料球提供到组中的一个凹形部分上。
文档编号H01L21/60GK1234604SQ9910071
公开日1999年11月10日 申请日期1999年2月10日 优先权日1998年2月17日
发明者田尾哲也 申请人:日本电气株式会社