专利名称：把集成电路固定到电路板上的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将例如集成电路的电子元件连接到电路板的方法，且涉及用该方法制成的电路板组件。
为了大批生产小型廉价的电子印刷电路板(PCB)，总希望将集成电路的芯片直接装到电路板上，这和将预封装好的集成电路的各插脚钎焊到电路板上的作法不同。由于不用封装，因而降代了电路板组合件产品的成本并减小产品的体积。历来进行这项作业的一个方法是将集成电路芯片安置在PCB基片上，然后用超声波或其它导线焊接法连接集成电路芯片和PCB上各接触区之间的细导线。
但导线焊接法有它的局限性，而且还适用于廉价电路板的大批生产。这是因为这类方法必须包括对各焊接点和各电路板依次进行处理的一个工序。而且导线热压焊接点比较脆弱。
另一种方法叫做“倒装晶片”法，这种方法是将集成电路芯片和PCB面对面接触地安置，再用焊料柱将它们相应的接触区连接起来。这种方法需要对集成电路或PCB上的焊点隆起部分进行电镀或真空淀积，这是一项花费较大的工艺。
本发明的目的是提供另一种工艺。
本发明的将电子元件连接到印刷电路板的方法包括下列步骤将焊料按预定的焊料图形淀积到电路板或电子元件其中一个的各接触区上;
使所淀积的焊料图形相对于各接触区隆起;
使电子元件和电路板彼此面对面地紧靠在一起，从而使所述一个上的预定焊料图形与另一个上的互补接触区对齐;然后焊料再熔化(reflowing)，将电子元件和电路板相应地接触区连接起来。
淀积的焊料图形可通过将焊糊丝网印刷到各接触区上而形成。
焊糊可在各接触区上淀积成一层至少50微米的厚度，这样，焊糊图形就可以隆起得足以完成其余的工序。
不然也可以在将电子元件与电路板面对面紧靠在一起之前使淀积的焊料再溶化，使其在各接触区上形成隆起的焊料突起。
在本方法的另一个方案中，可以用波动焊接各接触区而形成焊料图形，从而在各接触区上淀积焊料突起。
电子元件一般为集成电路，这可以是在一个较大的圆片上形成的若干个中的一个集成电路。
图1是按本发明的方法处理过的集成电路芯片上的一个接触区的示意剖视图。
图2是往印刷电路板上装配集成电路芯片的示意剖视图。
图3示出了组合件成品。
图4示出了本发明的另一种工艺。
图1示出了集成电路芯片的接触区。芯片一般是在硅片上许多芯片中的一个芯片。各芯片有一个硅衬底10，硅衬底10上按公知的方法已形成有集成电路。衬底上还淀积有铝接触区12。除了铝接触区12正上方的敞开区之外，芯片表面都覆有绝缘钝化层14。
为了使接触区12准备焊接之用，用无极电镀法在铝接触区12的外露表面上淀积由例如锌和镍层16和18组成的“中间金属”层。该中间金属层是可以焊接的。其次，用丝网印刷法将焊糊图形涂敷到各集成电路芯片表面，从而使焊糊淀积层20位于各接触区12上。淀积层20的直径通常大于接触区12或中间金属层16，18的直径。焊糊由大约10%体积的焊剂和大约90%体积的焊料球组成。现在在大约250℃下对硅片进行焊料再熔处理(solder reflowing process)，使焊料粘附到中间金属层，形成隆起的焊料突起22，如图1中所示。这时，焊料突起的直径与中间金属层的直径大致相当，且突起相应地隆起，因为其体积基本上保持不变。焊糊淀积层在各接触区上的体积一般估计在再熔化之后能形成30-50微火高的焊料突起。因而这时有焊料突起从集成电路芯片的各接触区12延伸。
印刷电路板(PBC)按一般方式制造，并在其上形成图形。印刷电路板一般有一个玻璃纤维和树脂基片24，上面形成有铜线路26。这时把焊接掩模28丝网印刷到PCB上，然后使之凝固。这个掩模可以使焊接过程有选择地进行，防止桥接，而且起阻挡焊料的作用，防止熔融的焊料沿铜线路26“渗漏”(wicking)。这时用溶剂进一步清理PCB，确保掩模层上的各孔眼非常干净。然后在PCB的预定部位丝网印刷上焊糊，使铜导体26上形成图形与集成电路芯片上的焊料图形互补的焊糊淀积层30。不然也可以只在PCB上涂覆上一层焊剂层。这时焊糊(或焊剂层)未完全凝固，因而发粘。
如图2中所示，(从多芯片硅片切取的)集成电路芯片取向得使其与印刷电路板24面对面配置，且集成电路芯片上隆起的焊料突起22与PCB上丝网印刷的焊料淀积层30对齐。芯片可用专门设计的对准装置或捡放装置操纵。将芯片与PCB凑在一起使它们彼此邻接，然后令芯片和PCB通过红外烘炉，将它们加热到250℃左右，而对焊料突起进行再熔处理，使其与PCB上的焊料淀积层30熔合在一起，或直接粘附到铜线路26上(视具体情况而定)，从而在集成电路芯片与PCB之间形成焊料柱32(见图3)。焊糊或焊剂层的发粘表面在PCB运到焊料再熔机(solderreflowingmachine)时有助于使集成电路芯片在PCB上保持就位。
这时用起保护作用的环氧树脂“球形顶盖”34覆盖集成电路芯片，保护芯片使其免受在以后的装配工序中可能引起的损伤。得到的组合件如图3所示。
上述方法是大批生产印刷电路板相当经济而简单的方法，同时又能保证使用中所要求的精确度。
这种方法的好处在于，可以同时将许多集成电路芯片连接到大型多重电路板上，再将多得电路板切割成一个个电路板组合件。
上述方法可以有许多修改方案。可以不用那种再熔经淀积的焊糊图形来形成隆起焊料突起的方法，而用波动焊接法在集成电路接触区上形成隆起焊料突起。在这种方案中，中间金属层16和18如上所述淀积到硅衬底10的接触区12上。但这里不淀积焊糊图形，而是将上面形成有集成电路的硅片进行波动焊接，于是获得粘附到各接触区12上隆起的焊料突起，大致如图1所示的那样。然后如上所述将集成电路连接到电路板24上”。
图4示意示出了波动焊接过程。耐热传送带36一般向上与水平线成5度至10度角地倾斜，载送着圆片38，图片38上如上所述形成有一个或多个集成电路。传送带按箭头的方向运行，先使圆片38经过泡沫焊剂施加器40，由焊剂施加器40将焊剂涂覆到圆片表面。接着，圆片经过第一和第二预热器42和44，由这些预热器将圆片的温度提升到实际焊接温度。最后，图片38经过“焊料罐”46，在圆片38经过焊料罐时，焊料波或柱接触圆片38的表面。这个工序将焊料突起淀积到接触区12上。接触区直径约为100微米时，采用SN62型铅/锡焊料在250℃温度范围形成大约30微米高的焊料突起。也可以在较低的温度下采用含大约2%银的铅/锡/银焊料，因而波动焊接的温度范围一般为220℃至250℃。
在本方法的另一个修改方案中，焊料突起不是再熔或波动焊接集成电路形成的，而是将隆起的焊糊图形印制在集成电路上或电路板上，电路板的厚度大得足以使焊糊图形本身足以大幅度突出所淀积的接触区，供进行本方法的其余工序之用。一般说来，按这种方法的修改方案淀积的焊料膏图形，其厚度起码为50微米，一般约为100微米。
权利要求
1.一种将电子元件连接到电路板上的方法，其特征在于，它包括下列步骤在电路板或电子元件其中一个的接触区上按预定焊料图形淀积焊料；使所淀积的焊料图形相对于接触区隆起；将电子元件和电路板面对面地彼此邻接，从而使所述一个上的预定焊料图形与另一个上的互补接触区对齐；再熔化焊料，将所述电子元件和所述电路板相应的接触区连接起来。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所淀积的焊料图形是通过将焊糊丝网印刷到接触区上而形成的。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，焊糊在所述接触区上淀积成厚度至少50微米的一层。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在将电子元件和电路板凑在一起使它们面对面邻接之前，将所淀积的焊糊再熔化，在接触区上形成隆起的焊料突起。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，估
所淀积的焊糊的厚度以使通过再熔化形成的焊料突起起码有30微米高。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述焊料图形是通过波动焊接接触区而形成的，从而在接触区上淀积焊料突起。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，它包括这样的工序在电路板或电子元件的所述另一个的互补性接触区上将焊料淀积成互补的焊料图形。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子元件是集成电路。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在电路板或电子元件的至少其中一个上淀积焊料之前，用丝网印刷在其上淀积焊接掩模。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，同时在硅片上形成的多个电子元件上淀积焊料。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将多个电子元件同时连接到多重电路板上，然后将该多重电路板切割成一个个的电路板。
12.一种用权利要求1的方法制成的电路板组合件。
全文摘要
将如集成电路(10)的电子元件连接到电路板(24)的方法，包括下列步骤将焊料(20)在电子元件的接触区(12)上淀积成预定的图形；使所淀积的焊料相对于接触区隆起；将电子元件和电路板凑在一起使它们彼此邻接，从而使一个上的焊料图形与另一个上互补接触区(26)对齐；再熔化焊料，将电子元件与电路板连接起来。所淀积的焊料图形可通过将焊糊丝网印刷到接触区上形成。焊料可以再熔化形成焊料突起(22)，也可以只将其淀积到所需求的厚度。
文档编号H05K3/34GK1075050SQ9210070
公开日1993年8月4日 申请日期1992年1月29日 优先权日1992年1月29日
发明者M·H·卡森, D·G·马吉 申请人:菲奥娜·梅莉·道格拉斯