专利名称：露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法
技术领域：
本发明是关于一种半导体封装技术，特别是有关于一种露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法。
露垫型半导体装置为一种以露垫方式封装的半导体封装单元，其特点在于其中所采用的导线架(leadframe)的置晶垫(die pad)的背面外露于封装胶体的底部外面。于采用表面耦接技术来将露垫型半导体装置耦接至印刷电路板上时，其即可将外露的置晶垫直接焊结至印刷电路板上的一接地面(ground plane)上，藉以使得其中所包覆的半导体芯片具有更佳的接地效果。以下即配合所附图
式的第1A至1E图，以图解方式简述一种已有的露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法。
请首先参阅第1A图和第1B图，此已有的露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法是用以将一露垫型半导体装置10，例如为一四方形平面无导脚式(Quad Flat Non-leaded，QFN)式半导体装置，耦接至一印刷电路板20。
此露垫型半导体装置10的内部结构包含(i)一导线架11，其具有一置晶垫12及一组导脚13；(ii)一半导体芯片14，其安置于置晶垫12的正面12a上，并藉由一组焊线15而电性连接至导脚13的正面13a上；以及(iii)一封装胶体16，其用以包覆半导体芯片14及导线架11，但使得置晶垫12的背面12b及导脚13的背面13b外露于封装胶体16的底部外面。
由于此露垫型半导体装置10的置晶垫12外露于封装胶体16的底部外面，因此其亦习称为″露垫型″(exposed-pad type)封装单元；且由于露垫型半导体装置10的导脚13的实体部分整个包覆于封装胶体16之中，仅其背面13b外露于封装胶体16的底部外面，因此其亦称为″无导脚式″(non-leaded，或leadless)封装单元。
印刷电路板20包括一基板21、一绝缘保护层22、一接地面(groundplane)23、以及多个导电指(electrically-conductive fingers)24。接地面23用以作为露垫型半导体装置10的外露置晶垫12的安置区域，且其面积大致等于外露置晶垫12的面积；而导电指24则为印刷电路板20上的电性连接点，其面积大致等于露垫型半导体装置10上的各个导脚13的外露表面13b的面积。因此接地面23的黏焊面积远大于各个导电指24的黏焊面积。
请接着参阅第1C图，下一个步骤为进行一涂焊程序(solder-pasting process)，藉以将一焊料涂布于接地面23和各个导电指24的表面上。由于接地面23的黏焊面积远大于各个导电指24的黏焊面积，因此会于接地面23上形成一大面积的焊块31，而于各个导电指24上则形成一小面积的焊块32。此涂焊程序完成后，所形成的大面积焊块31的上表面大致平齐于各个小面积焊块32的上表面。
请接着参阅第1D图，下一个步骤为进行一表面耦接程序，其中首先将露垫型半导体装置10安置于印刷电路板20上，并使得外露置晶垫12对齐至接地面23，并使得各个导脚13分别对齐至对应的导电指24(亦即将外露置晶垫12安置于大面积焊块31上，并将各个导脚13分别安置于各个小面积焊块32上)。
接着进行一回焊程序(solder-reflow process)，藉以将大面积焊块31回焊于接地面23与外露置晶垫12之间，并同时将小面积焊块32回焊于各个导脚13与对应的导电指24之间。此即可将外露置晶垫12藉由回焊后的大面积焊块31而焊结至接地面23，并同时将各个导脚13藉由回焊后的小面积焊块32而焊结至导电指24。此即完成露垫型半导体装置10至印刷电路板20的耦接程序。
然而由于回焊程序中，熔化的焊料会向中心聚缩，因此会使得回焊后的焊块的厚度会略为向上隆起；且面积愈大的焊块，其向上隆起的程度也就愈大。
因此如第1E图所示，回焊后的大面积焊块31的隆起高度会大于回焊后的小面积焊块32的隆起高度，致使露垫型半导体装置10中焊结于接地面23上的部分被向上推挤，产生所谓的浮焊现象。但由于回焊后的小面积焊块32的隆起高度并不大，因此上述的浮焊现象将导致导脚13被向上拉升，因而可能致使导脚13未能有效地焊结至导电指24上的焊块32，而形成虚焊或断焊状态(如第1E图中的标号40所指的部位即为成断焊状态的导脚)，使得露垫型半导体装置10与印刷电路板20所组合而成的电路模块具有不佳的焊结品质性及可靠度。
相关的专利技术例如包括有日本专利JP60210858A2″FLATPACKAGE LSI″。此专利技术揭露了一种无导脚式的半导体封装结构，其特点在于形成定位插梢(positional pins)于封装单元的底部，藉此而使得封装单元可牢固地安置于印刷电路板的定位上。然而，此专利技术的一项缺点在于定位插梢的制作较为困难，使得整体制程较为不便且不符合成本效益。
鉴于以上所述已有技术的缺点，本发明的主要目的便是在于提供一种新的露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法，其可防止前述的浮焊问题。
本发明的另一目的在于提供一种新的露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法，其可不必使用定位插梢来使得露垫型半导体装置牢固地安置于印刷电路板的定位上。
本发明的另一目的在于提供一种新的露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法，其可使得露垫型半导体装置与印刷电路板之间的耦接具有更佳的品质性及可靠度。
根据以上所述的目的，本发明即提供了一种新的露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法。
一种露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法，其适用于将一露垫型半导体装置耦接至一印刷电路板上；该露垫型半导体装置具有一外露的置晶垫，且该印刷电路板具有一上表面和一下表面；此露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法包含以下步骤1)于该印刷电路板的上表面上预先定义出一置垫区；2)形成多个黏焊性通孔于该印刷电路板的置垫区上；其中各个黏焊性通孔具有一顶端和一底端，其中顶端位于该印刷电路板的上表面上，而底端则位于该印刷电路板的下表面上；且各个黏焊性通孔的内壁上形成有一黏焊层；3)将一焊料涂布于各个黏焊性通孔的底端；4)将该露垫型半导体装置安置于该印刷电路板的上表面上，使得该露垫型半导体装置的外露置晶垫对齐及压置于该印刷电路板的置垫区上；以及
5)进行一回焊程序，藉此而回焊涂布于各个黏焊性通孔的底端的焊料，致使该焊料因熔化而自行回焊至该黏焊层的所有表面上，使得熔化的焊料因此可自行流至各个黏焊性通孔的顶端，进而黏焊至该露垫型半导体装置的外露置晶垫，藉此而使得该露垫型半导体装置被焊结至该印刷电路板上。
一种四方形平面无导脚式(QFN)式半导体装置至印刷电路板耦接方法，其适用于将一QFN式半导体装置耦接至一印刷电路板上；该QFN式半导体装置具有一外露的置晶垫，且该印刷电路板具有一上表面和一下表面；此QFN式半导体装置至印刷电路板耦接方法包含以下步骤1)于该印刷电路板的上表面上预先定义出一置垫区；2)形成多个黏焊性通孔于该印刷电路板的置垫区上；其中各个黏焊性通孔具有一顶端和一底端，其中顶端位于该印刷电路板的上表面上，而底端则位于该印刷电路板的下表面上；且各个黏焊性通孔的内壁上形成有一黏焊层；3)将一焊料涂布于各个黏焊性通孔的底端；4)将该QFN式半导体装置安置于该印刷电路板的上表面上，使得该QFN式半导体装置的外露置晶垫对齐及压置于该印刷电路板的置垫区上；以及5)进行一回焊程序，藉此而回焊涂布于各个黏焊性通孔的底端的焊料，致使该焊料因熔化而自行回焊至该黏焊层的所有表面上，使得熔化的焊料因此可自行流至各个黏焊性通孔的顶端，进而黏焊至该QFN式半导体装置的外露置晶垫，藉此而使得该QFN式半导体装置被焊结至该印刷电路板上。
一种露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法，其适用于将一露垫型半导体装置耦接至一印刷电路板上；该露垫型半导体装置具有一外露的置晶垫，且该印刷电路板具有一上表面和一下表面；此露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法包含以下步骤1)于该印刷电路板的上表面上预先定义出一置垫区；
2)形成多个黏焊性通孔于该印刷电路板的置垫区上；其中各个黏焊性通孔具有一顶端和一底端，其中顶端位于该印刷电路板的上表面上，而底端则位于该印刷电路板的下表面上；且各个黏焊性通孔的内壁上形成有一电镀铜层；3)将一焊料涂布于各个黏焊性通孔的底端；4)将该露垫型半导体装置安置于该印刷电路板的上表面上，使得该露垫型半导体装置的外露置晶垫对齐及压置于该印刷电路板的置垫区上；以及5)进行一回焊程序，藉此而回焊涂布于各个黏焊性通孔的底端的焊料，致使该焊料因熔化而自行回焊至该电镀铜层的所有表面上，使得熔化的焊料因此可自行流至各个黏焊性通孔的顶端，进而黏焊至该露垫型半导体装置的外露置晶垫，藉此而使得该露垫型半导体装置被焊结至该印刷电路板上。
一种四方形平面无导脚式(QFN)式半导体装置至印刷电路板耦接方法，其适用于将一QFN式半导体装置耦接至一印刷电路板上；该QFN式半导体装置具有一外露的置晶垫，且该印刷电路板具有一上表面和一下表面；此QFN式半导体装置至印刷电路板耦接方法包含以下步骤1)于该印刷电路板的上表面上预先定义出一置垫区；2)形成多个黏焊性通孔于该印刷电路板的置垫区上；其中各个黏焊性通孔具有一顶端和一底端，其中顶端位于该印刷电路板的上表面上，而底端则位于该印刷电路板的下表面上；且各个黏焊性通孔的内壁上形成有一电镀铜层；3)将一焊料涂布于各个黏焊性通孔的底端；4)将该QFN式半导体装置安置于该印刷电路板的上表面上，使得该QFN式半导体装置的外露置晶垫对齐及压置于该印刷电路板的置垫区上；以及5)进行一回焊程序，藉此而回焊涂布于各个黏焊性通孔的底端的焊料，致使该焊料因熔化而自行回焊至该电镀铜层的所有表面上，使得熔化的焊料因此可自行流至各个黏焊性通孔的顶端，进而黏焊至该QFN式半导体装置的外露置晶垫，藉此而使得该QFN式半导体装置被焊结至该印刷电路板上。
本发明的耦接方法的特点在于形成多个黏焊性通孔于印刷电路板的置垫区中，以藉由此些黏焊性通孔而将焊料从印刷电路板的下表面垂直向上回焊至印刷电路板的上表面，藉此而将露垫型半导体装置的外露置晶垫焊结至印刷电路板上。由于本发明的耦接方法所采用的焊块并非如已有技术般所使用的大面积焊块，因此即不会使得焊结于印刷电路板上的露垫型半导体装置产生浮焊现象。本发明的耦接方法因此可使得露垫型半导体装置牢固地耦接于印刷电路板的定位上。
本发明的露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法，其可用以将一具有外露置晶垫的半导体装置，例如为四方形平面无导脚式(QuadFlat Non-leaded，QFN)半导体装置，藉由表面耦接技术(Surface-Mount Technology，SMT)而耦接至印刷电路板(printedcircuit board，PCB)上，但不会使得焊结于印刷电路板上的半导体装置产生浮焊现象。
本发明的实质技术内容及其实施例已用图解方式详细揭露绘制于本说明书所附的图式之中。此些图式的内容简述如下第1A至1E图(先前技术)为剖面结构示意图，其中显示一已有的露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法中的各个程序步骤；第2A至2E图为剖面结构示意图，其中显示本发明的露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法中的各个程序步骤。标号说明10露垫型半导体装置11导线架(leadframe)12置晶垫(die pad) 12a 置晶垫12的正面12b 置晶垫12的背面 13导脚13a 导脚13的正面13b 导脚13的背面14半导体芯片 15焊线16封装胶体20印刷电路板21基板22绝缘保护层23接地面 24导电指31大面积焊块 32小面积焊块40断焊部位 100 露垫型半导体装置110 置晶垫 110a 置晶垫100的正面110b 置晶垫100的背面 120 外导脚130 半导体芯片 140 焊线150 封装胶体 200 印刷电路板200a 印刷电路板200的上表面200b 印刷电路板200的下表面201 顶部焊料罩幕 202 底部焊料罩幕210 置垫区 211 黏焊性通孔211a 黏焊性通孔211的顶端 211b 黏焊性通孔211的底端212 黏焊层 231 第一焊块232 第二焊块以下即配合所附图式的第2A至2E图，详细揭露说明本发明的露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法的一实施例。须首先注意的一点是，第2A至2E图均为简化的示意图式，其仅显示与本发明有关的组件，且所显示的组件并非以实际的数目及尺寸比例绘制；其具体实施时的组件布局形态可能更为复杂。
请首先参阅第2A图，本发明的耦接方法是用以将一露垫型半导体装置100，例如为一QFN式半导体装置，耦接至一印刷电路板200。
此露垫型半导体装置100的内部结构包括(i)一置晶垫110，其具有一正面110a和一背面110b；(ii)多个支外导脚120，其配置于置晶垫110的旁侧；(iii)一半导体芯片130，其安置于置晶垫110的正面110a上；(iv)多条焊线140，其用以将半导体芯片130电性连接至外导脚120；以及(v)一封装胶体150，其用以包覆半导体芯片130，但外露出置晶垫110的背面110b和外导脚120。
印刷电路板200具有一上表面200a和一下表面200b，且其上表面200a是预先定义出一置垫区210和多个信号焊垫220；其中置垫区210用以安置露垫型半导体装置100的外露置晶垫110，而信号焊垫220则分别对应至露垫型半导体装置100上的各个外导脚120。本发明的特点在于形成多个黏焊性通孔211于印刷电路板200的置垫区210中。
第2B图即显示第2A图中的虚线圆框所包含的部分的放大图。如图所示，印刷电路板200包括一顶部焊料罩幕201和一底部焊料罩幕202；其中顶部焊料罩幕201形成于印刷电路板200的上表面200a，而底部焊料罩幕202则形成于印刷电路板200的下表面200b。此外，各个黏焊性通孔211的内壁上形成一黏焊层212，其例如为一电镀铜层，以提供所需的黏焊功能。
请接着参阅第2C图，下一个步骤为进行一涂焊程序(solder-pasting process)，用以而将一焊料涂布于各个信号焊垫220上，并同时亦涂布于各个黏焊性通孔211的底端211b；藉此而形成一第一焊块231于信号焊垫220上，且形成一第二焊块232于各个黏焊性通孔211的底端211b上。由于此涂焊程序采用已有技术，因此以下将不对其中的细节步骤作进一步详细的说明。
请接着参阅第2D图，下一个步骤为将露垫型半导体装置100安置于印刷电路板200上，并使得其外露的置晶垫110对齐及压置于印刷电路板200的置垫区210，且使得其外导脚120对齐至信号焊垫220且压置于第一焊块231上。
请接着参阅第2E图，下一个步骤为进行一回焊程序(solder-reflow process)，藉此而同时回焊第一焊块231和第二焊块232。此回焊程序会使得第一焊块231因熔化而自行回焊至信号焊垫220和外导脚120的接触表面上，因此而将外导脚120焊结至信号焊垫220；并同时使得第二焊块232因熔化而自行回焊至黏焊层212的所有表面上，因此将致使熔化的第二焊块232自行垂直向上流至黏焊性通孔211的顶端211a，并进而黏焊至露垫型半导体装置100的置晶垫110的背面110b上，因此而将露垫型半导体装置100焊结至印刷电路板200。此即完成露垫型半导体装置100耦接至印刷电路板200的表面耦接程序。
相较于已有技术，本发明的特点在于藉由黏焊性通孔211而将焊料(即第二焊块232)从印刷电路板200的下表面200b垂直向上回焊至印刷电路板200的上表面200a，因此可使得露垫型半导体装置100的外露置晶垫110向下焊结至印刷电路板200上。由于本发明所采用的焊块并不像已有技术所使用的大面积焊块，因此即不会使得焊结于印刷电路板上的露垫型半导体装置产生浮焊现象。本发明的耦接方法因此可使得露垫型半导体装置牢固地耦接于印刷电路板的定位上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的实质技术内容的范围。本发明的实质技术内容广义地定义于本发明权利要求中。任何他人所完成的技术实体或方法，若是与本发明权利要求所定义者为完全相同、或是为一种等效的变更，均将被视为涵盖于此权利要求之中。
权利要求
1.一种露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法，其适用于将一露垫型半导体装置耦接至一印刷电路板上；该露垫型半导体装置具有一外露的置晶垫，且该印刷电路板具有一上表面和一下表面；此露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法包含以下步骤1)于该印刷电路板的上表面上预先定义出一置垫区；2)形成多个黏焊性通孔于该印刷电路板的置垫区上；其中各个黏焊性通孔具有一顶端和一底端，其中顶端位于该印刷电路板的上表面上，而底端则位于该印刷电路板的下表面上；且各个黏焊性通孔的内壁上形成有一黏焊层；3)将一焊料涂布于各个黏焊性通孔的底端；4)将该露垫型半导体装置安置于该印刷电路板的上表面上，使得该露垫型半导体装置的外露置晶垫对齐及压置于该印刷电路板的置垫区上；以及5)进行一回焊程序，藉此而回焊涂布于各个黏焊性通孔的底端的焊料，致使该焊料因熔化而自行回焊至该黏焊层的所有表面上，使得熔化的焊料因此可自行流至各个黏焊性通孔的顶端，进而黏焊至该露垫型半导体装置的外露置晶垫，藉此而使得该露垫型半导体装置被焊结至该印刷电路板上。
2.一种四方形平面无导脚式(QFN)式半导体装置至印刷电路板耦接方法，其适用于将一QFN式半导体装置耦接至一印刷电路板上；该QFN式半导体装置具有一外露的置晶垫，且该印刷电路板具有一上表面和一下表面；此QFN式半导体装置至印刷电路板耦接方法包含以下步骤1)于该印刷电路板的上表面上预先定义出一置垫区；2)形成多个黏焊性通孔于该印刷电路板的置垫区上；其中各个黏焊性通孔具有一顶端和一底端，其中顶端位于该印刷电路板的上表面上，而底端则位于该印刷电路板的下表面上；且各个黏焊性通孔的内壁上形成有一黏焊层；3)将一焊料涂布于各个黏焊性通孔的底端；4)将该QFN式半导体装置安置于该印刷电路板的上表面上，使得该QFN式半导体装置的外露置晶垫对齐及压置于该印刷电路板的置垫区上；以及5)进行一回焊程序，藉此而回焊涂布于各个黏焊性通孔的底端的焊料，致使该焊料因熔化而自行回焊至该黏焊层的所有表面上，使得熔化的焊料因此可自行流至各个黏焊性通孔的顶端，进而黏焊至该QFN式半导体装置的外露置晶垫，藉此而使得该QFN式半导体装置被焊结至该印刷电路板上。
3.如权利要求1所述的露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法，其中步骤2)所述的黏焊层为一电镀铜层。
4.一种露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法，其适用于将一露垫型半导体装置耦接至一印刷电路板上；该露垫型半导体装置具有一外露的置晶垫，且该印刷电路板具有一上表面和一下表面；此露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法包含以下步骤1)于该印刷电路板的上表面上预先定义出一置垫区；2)形成多个黏焊性通孔于该印刷电路板的置垫区上；其中各个黏焊性通孔具有一顶端和一底端，其中顶端位于该印刷电路板的上表面上，而底端则位于该印刷电路板的下表面上；且各个黏焊性通孔的内壁上形成有一电镀铜层；3)将一焊料涂布于各个黏焊性通孔的底端；4)将该露垫型半导体装置安置于该印刷电路板的上表面上，使得该露垫型半导体装置的外露置晶垫对齐及压置于该印刷电路板的置垫区上；以及5)进行一回焊程序，藉此而回焊涂布于各个黏焊性通孔的底端的焊料，致使该焊料因熔化而自行回焊至该电镀铜层的所有表面上，使得熔化的焊料因此可自行流至各个黏焊性通孔的顶端，进而黏焊至该露垫型半导体装置的外露置晶垫，藉此而使得该露垫型半导体装置被焊结至该印刷电路板上。
5.一种四方形平面无导脚式(QFN)式半导体装置至印刷电路板耦接方法，其适用于将一QFN式半导体装置耦接至一印刷电路板上；该QFN式半导体装置具有一外露的置晶垫，且该印刷电路板具有一上表面和一下表面；此QFN式半导体装置至印刷电路板耦接方法包含以下步骤1)于该印刷电路板的上表面上预先定义出一置垫区；2)形成多个黏焊性通孔于该印刷电路板的置垫区上；其中各个黏焊性通孔具有一顶端和一底端，其中顶端位于该印刷电路板的上表面上，而底端则位于该印刷电路板的下表面上；且各个黏焊性通孔的内壁上形成有一电镀铜层；3)将一焊料涂布于各个黏焊性通孔的底端；4)将该QFN式半导体装置安置于该印刷电路板的上表面上，使得该QFN式半导体装置的外露置晶垫对齐及压置于该印刷电路板的置垫区上；以及5)进行一回焊程序，藉此而回焊涂布于各个黏焊性通孔的底端的焊料，致使该焊料因熔化而自行回焊至该电镀铜层的所有表面上，使得熔化的焊料因此可自行流至各个黏焊性通孔的顶端，进而黏焊至该QFN式半导体装置的外露置晶垫，藉此而使得该QFN式半导体装置被焊结至该印刷电路板上。
全文摘要
一种露垫型半导体装置至印刷电路板耦接方法,其可用以将一具有外露置晶垫的半导体装置,藉由表面耦接技术而耦接至印刷电路板上,但不会使得焊结于印刷电路板上的半导体装置产生浮焊现象。此耦接方法的特点在于形成多个黏焊性通孔于印刷电路板的置垫区中,以藉由此些黏焊性通孔而将焊料从印刷电路板的下表面垂直向上回焊至印刷电路板的上表面,藉此而将露垫型半导体装置的外露置晶垫牢固地焊结至印刷电路板上。
文档编号H05K3/34GK1381877SQ0111049
公开日2002年11月27日 申请日期2001年4月16日 优先权日2001年4月16日
发明者林介源, 庄瑞育, 吴集铨 申请人:矽品精密工业股份有限公司