專利名稱：用于將顆粒置于電子裝置的接觸焊盤上的產(chǎn)品和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一個(gè)膠粘區(qū)和非膠粘區(qū)陣列，用于將顆粒(例如焊球)置于電子裝置的接觸焊盤上；也涉及使用該陣列將顆粒置于電子裝置的接觸焊盤上的方法。
將諸如導(dǎo)電性焊料等顆粒置于接觸焊盤上是采用諸如球形柵極陣列(BGA)等陣列型半導(dǎo)體組件的關(guān)鍵。這種布置也是通過“倒裝”法將集成電路(IC)粘附于組件或印刷線路板的關(guān)鍵。最近試圖改進(jìn)例如焊球的互連，使得在電子應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)更可靠的和/或成本較低的焊接。盡管進(jìn)行了這些努力，但仍存在的問題與在電子裝置的接觸焊盤上處理和轉(zhuǎn)移顆粒(主要是導(dǎo)電顆粒，諸如形成焊料突起的焊球等)有關(guān)。結(jié)果，改進(jìn)的產(chǎn)品和方法仍是本領(lǐng)域的主要目標(biāo)。
廣義地講，本發(fā)明提供一個(gè)具有膠粘區(qū)和非膠粘區(qū)陣列的制品，用于將顆粒安裝在電子裝置的接觸焊盤上；涉及使用這一陣列安裝顆粒的方法。因此，在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明包括用于將顆粒安裝到電子裝置的接觸焊盤上的制品，該制品包含一個(gè)其上具有膠粘區(qū)和非膠粘區(qū)陣列的表面，其中每個(gè)膠粘區(qū)具有適于粘附一個(gè)焊球的大小和粘合強(qiáng)度，并且膠粘區(qū)的配置不高于表面的平面。
在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明包括上述陣列與每個(gè)膠粘區(qū)粘附一個(gè)顆粒的組合。
在另一實(shí)施方案中，將顆粒陣列安裝在電子裝置的接觸焊盤上的方法包括以下步驟(a)提供一個(gè)具有膠粘區(qū)和非膠粘區(qū)陣列的表面，每個(gè)膠粘區(qū)具有一個(gè)粘附的顆粒；
(b)放置顆粒，使其與電子裝置的接觸焊盤緊密接觸，使得顆粒配準(zhǔn)接觸焊盤；(c)從膠粘區(qū)上分離顆粒，并將顆粒粘附于相應(yīng)的接觸焊盤上。
在另一實(shí)施方案中，將顆粒陣列安裝在電子裝置的接觸焊盤上的方法包括以下步驟(a)為電子裝置的接觸焊盤提供一個(gè)具有膠粘區(qū)和非膠粘區(qū)陣列的表面，由此膠粘區(qū)與接觸焊盤配準(zhǔn)；(b)每個(gè)膠粘區(qū)粘附一個(gè)顆粒，形成一個(gè)顆粒陣列；(c)將顆粒與膠粘區(qū)分離，并將顆粒粘附于相應(yīng)的接觸焊盤上。
參考附圖和所附的權(quán)利要求書，進(jìn)一步閱讀本說明書，本發(fā)明的這些優(yōu)點(diǎn)和其它優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得清楚。


圖1是按照本發(fā)明具有膠粘區(qū)和非膠粘區(qū)陣列的表面的剖視圖，其中膠粘區(qū)和非膠粘區(qū)相互共平面配置。
圖2是按照本發(fā)明具有膠粘區(qū)和非膠粘區(qū)陣列的表面另一實(shí)施方案的剖視圖，其中膠粘區(qū)在非膠粘區(qū)平面之下配置。
圖3是圖1陣列的剖視圖，與每個(gè)膠粘區(qū)粘附一個(gè)顆粒一起顯示。
圖4是圖2陣列的剖視圖，與每個(gè)膠粘區(qū)粘附一個(gè)顆粒一起顯示。
本文描述的陣列和方法特別適用于自由流動(dòng)的顆粒?！白杂闪鲃?dòng)”是指將大量顆粒分離為各個(gè)分離的顆粒時(shí)，基本上沒有待克服的粘合力，并且顆粒在正常使用條件下不相互粘附或凝集在一起。美國專利5,356,751中有顆粒與顆粒粘合力的討論，該專利的整個(gè)內(nèi)容通過引用結(jié)合到本文中。
對(duì)于大多數(shù)電子應(yīng)用而言，推薦與本發(fā)明結(jié)合使用的顆粒是導(dǎo)電材料，諸如Cu、In、Pb、Sn、Au以及它們的合金。最好是焊球。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)清楚地看出，與本發(fā)明結(jié)合使用的顆粒類型由特定應(yīng)用決定，并且不是本發(fā)明的固有限制。例如，一種特定應(yīng)用需要將電絕緣材料用于接觸焊盤上的焊料突起上；例如在一疊電路板中相互間隔接觸焊盤。在這類情況下本發(fā)明可能是有利的。一般來說，因?yàn)榍蛐晤w粒易于處理并且顆粒對(duì)稱，所以在本發(fā)明的實(shí)施中最好使用球形顆粒。然而，應(yīng)該理解的是，顆粒的大小和形狀不是本發(fā)明的關(guān)鍵。
本文所用的“膠粘區(qū)”是指具有膠粘性能，在低壓下(例如顆粒的重量)與自由流動(dòng)的顆粒接觸時(shí)，能夠立刻形成粘合力。每個(gè)膠粘區(qū)的大小和粘合強(qiáng)度應(yīng)該適于粘附一個(gè)自由流動(dòng)的顆粒。按照本發(fā)明，膠粘區(qū)的大小和粘合強(qiáng)度適于每個(gè)膠粘區(qū)粘附一個(gè)顆粒。膠粘區(qū)通常形狀小(即點(diǎn))，大約為0.25-1000μm，對(duì)許多實(shí)施方案而言，大約為10-500μm。膠粘區(qū)的形狀可以是圓形、方形、矩形、橢圓形或適于保留顆粒的其它形狀。一般來說，最好是圓形膠粘區(qū)。
膠粘區(qū)的間隔使得一個(gè)膠粘區(qū)上一個(gè)顆粒的位置相對(duì)于相鄰膠粘區(qū)上其它顆粒的位置，與在電子裝置接觸焊盤上顆粒將粘附的相對(duì)位置之間的距離匹配。膠粘區(qū)的位置至少必須使得顆粒能夠接觸它將粘附的接觸焊盤的某個(gè)部位。在顆粒熔化的實(shí)施方案中(例如焊料顆粒與焊劑和金屬化接觸焊盤接觸)，在熔融顆粒和焊盤之間需要直接接觸，使得熔融顆?？梢越櫤副P，并流過金屬表面以覆蓋金屬化焊盤。顆粒與金屬化接觸焊盤的原始接觸可以是偏離中心的，因?yàn)樵谡掣狡陂g，熔融顆粒的浸潤作用會(huì)使顆粒在焊盤上居中。對(duì)這些非關(guān)鍵性實(shí)施方案而言，膠粘區(qū)的原始圖案使得每個(gè)膠粘區(qū)的位置必須定位，并覆蓋顆粒將粘附的相應(yīng)接觸焊盤區(qū)區(qū)域內(nèi)的某處，并且膠粘區(qū)的大小必須小于顆粒，因此每個(gè)膠粘區(qū)只粘附一個(gè)顆粒。對(duì)具有特定大小和粘合強(qiáng)度的膠粘區(qū)而言，通常有一個(gè)顆粒大小和顆粒重量的上限，高于此基本上沒有顆粒粘附；也有一個(gè)顆粒大小下限，使得每個(gè)膠粘區(qū)粘附一個(gè)顆粒。對(duì)膠粘性為2-6g/mm2的膠粘區(qū)和直徑為0.127-0.762mm(0.005-0.030英寸)的顆粒而言，膠粘區(qū)可以小至顆粒直徑的15％，大至顆粒直徑的100％，仍使得每個(gè)膠粘區(qū)粘附一個(gè)顆粒。膠粘區(qū)最好為顆粒直徑的30％。
在相對(duì)于顆粒大小而言接觸焊盤相互接近的實(shí)施方案中，必須小心，使得相鄰膠粘區(qū)上的顆粒在粘附接觸焊盤前和粘附期間不接觸，以避免橋接相鄰的接觸焊盤。當(dāng)相對(duì)于焊盤的寬度而言，因而相對(duì)于待粘附于接觸焊盤的顆粒寬度而言接觸焊盤之間的間隔變小時(shí)，使膠粘區(qū)和顆粒的定位接近于匹配的接觸焊盤(顆粒將粘附的)中心就變得重要了。通過使成象步驟中膠粘區(qū)位置居中，以匹配接觸焊盤中心，并使用較小的膠粘區(qū)，以在定位膠粘區(qū)中心粘附一個(gè)顆粒，來做到這一點(diǎn)。為使校準(zhǔn)效果好，膠粘點(diǎn)最好為顆粒直徑的30％；而非常接近容限時(shí)，膠粘點(diǎn)最好小于顆粒直徑的30％，小至顆粒直徑的15％。
粘附時(shí)，當(dāng)顆粒大小大得足以覆蓋膠粘區(qū)時(shí)，確保每個(gè)膠粘區(qū)只粘附一個(gè)顆粒，因此防止其它顆粒接觸已占用的膠粘區(qū)的膠粘區(qū)域。對(duì)采用球形顆粒和圓形膠粘點(diǎn)區(qū)的推薦的實(shí)施方案而言，一旦膠粘點(diǎn)區(qū)的直徑小于最小顆粒的直徑時(shí)，就做到這一點(diǎn)。另外，顆粒大小的范圍最好窄一些，以控制顆粒粘附到接觸焊盤后的體積。還需要顆粒直徑均一，以使粘附于轉(zhuǎn)移基片膠粘區(qū)上的顆粒和顆粒待轉(zhuǎn)移到的電子裝置的接觸焊盤之間有良好的接觸。顆粒直徑的大小范圍最好為+/-10％。
膠粘區(qū)和非膠粘區(qū)陣列最好邊界清晰的膠粘區(qū)，并且沒有雜質(zhì)粘附。最優(yōu)選的是，非膠粘區(qū)是平坦而光滑的，并且與膠粘區(qū)共平面配置。盡管不推薦，但膠粘區(qū)也可以配置在非膠粘區(qū)平面之下。
在特別推薦的實(shí)施方案中，膠粘區(qū)和非膠粘區(qū)陣列包含已進(jìn)行成象曝光的感光元件，以建立陣列。已知有多種正性感光組合物和負(fù)性感光組合物可產(chǎn)生膠粘圖象，可以用于本發(fā)明的實(shí)施中?？晒庵略稣辰M合物在光照處變粘，其實(shí)例為美國專利5,093,221、美國專利5,071,731、美國專利4,294,909、美國專利4,356,252和德國專利3,514,768中描述的組合物?？晒庵掠不M合物是在光照區(qū)變硬的組合物。大量的可光致硬化組合物包括Cromalin正防護(hù)片SN 556548、Cromalin4BX、SurphexTM可壓花光致聚合膜、Cromatone負(fù)重疊片SN 031372和Cromalin負(fù)片C/N，所有這些可從E.I.du Pont deNemours and Company，Wilmington，DE購得。最好是Cromalin正片SN 556548、Cromalin4BX和SurphexTM。美國專利3,649,268、美國專利4,174,216、美國專利4,282,308、美國專利4,948,704和美國專利5,001,037中公開了這些和其它感光產(chǎn)品，這些專利說明書通過引用結(jié)合到本文中。
可光致硬化組合物一般為聚合粘合劑和可光致聚合單體的組合物。適宜的粘合劑包括共(甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸)和聚(甲基·乙烯基醚/馬來酸酐)的單乙酯，其中每種都可以以不同比例共聚。適宜的可光致聚合單體包括乙烯基不飽和單體，發(fā)現(xiàn)是美國專利2,760,863、美國專利3,380,831和美國專利3,573,918中描述的單體都是有用的。可以作為實(shí)例提到的是二季戊四醇丙烯酸酯(50％四酯和50％五酯)、五赤蘚糖醇三丙烯酸酯和四丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯的聚乙二醇(50)醚、聚乙二醇(200)二甲基丙烯酸酯、二季戊四醇三丙烯酸酯β-羥乙基醚、季戊四醇四甲基丙烯酸酯的聚乙二醇(550)醚、季戊四醇四甲基丙烯酸酯、聚乙二醇(425)二甲基丙烯酸酯、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和三羥甲基丙烷三丙烯酸酯的聚乙二醇(340)醚。含有乙烯不飽和的環(huán)氧樹脂單體，例如美國專利3,661,576和英國專利1,006,587中描述類型的單體也是有用的。粘合劑與單體之比可以在很寬范圍內(nèi)變化，但一般應(yīng)為3∶1-1∶3。單體應(yīng)該與粘合劑相容，可以是粘合劑的溶劑和/或?qū)φ澈蟿┚哂性鏊茏饔?。根?jù)選擇性光致膠粘性的需求，選擇單體和粘合劑以及制定它們的比例。
當(dāng)用感光組合物建立膠粘區(qū)和非膠粘區(qū)陣列時(shí)，感光組合物首先涂基片上，然后進(jìn)行圖象曝光，以建立所需的膠粘區(qū)和非膠粘區(qū)陣列。正如下面更詳細(xì)討論的，基片的選擇主要取決于將顆粒陣列安裝到接觸焊盤的方法的選擇。然而一般來說，基片在使用條件下應(yīng)該是穩(wěn)定的，光滑的，并且顯示出與感光組合物的良好粘合。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)認(rèn)識(shí)到，可以將一個(gè)或多個(gè)中間層涂在基片上，以提高感光層的粘合力。
應(yīng)該容易控制膠粘區(qū)的大小和安置。對(duì)于上述感光產(chǎn)品，首先用人工或計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)陣列圖案，通常轉(zhuǎn)移到用作光致工具的照相膠片上與感光產(chǎn)品和強(qiáng)紫外光接觸，以在感光產(chǎn)品中形成膠粘區(qū)圖案。對(duì)于Cromalin產(chǎn)品而言，感光材料首先層合到透明基片上，然后通過光致工具曝光，以建立圖案。該圖案可以制造得與線路板的互連位置相符。對(duì)于Cromatone，一個(gè)透明塑料膜基片配有該產(chǎn)品，使得它可以直接通過光致工具曝光。另一圖案形成方法包括投影曝光和如數(shù)字成象中一樣，使用激光輸出裝置直接寫入。
現(xiàn)在參考圖1，其中說明按照本發(fā)明具有膠粘區(qū)和非膠粘區(qū)陣列的制品。在所示的實(shí)施方案中，該制品包含涂敷于基片12的感光層10。感光層10已進(jìn)行圖象曝光，以產(chǎn)生交替的非膠粘區(qū)14和膠粘區(qū)16。如果感光層10為可光致增粘組合物，那么區(qū)16相當(dāng)于曝光區(qū)；相反，如果感光層10為可光致硬化組合物，那么區(qū)16相當(dāng)于未曝光區(qū)。
或者，可以通過將具有孔陣列的薄片材粘附到涂膠粘劑的基片上，形成制品。這一片材的實(shí)例包括篩網(wǎng)或其中通過例如激光燒蝕、穿孔、鉆孔、刻蝕或電成型形成孔的漏版。也可以通過在涂膠粘劑的基片上提供光刻膠穿孔圖案，形成該制品。圖2說明了這一交替陣列的一個(gè)實(shí)例，其中膠粘層110涂于基片112上。然后將具有孔116的薄片材敷于膠粘層110上。膠粘層110在片材114中的孔116區(qū)域中曝光。本領(lǐng)域技術(shù)人員可明顯看出，也可以通過使用產(chǎn)生“剝離”圖象的一些感光材料(例如負(fù)性Cromalin或Cromatone)，產(chǎn)生相似類型的結(jié)構(gòu)，即具有凹進(jìn)膠粘區(qū)的非膠粘區(qū)表面。一般來說，膠粘區(qū)相對(duì)于非膠粘區(qū)凹進(jìn)得越深，大小排斥就越容易發(fā)生，大于膠粘區(qū)凹處寬度的顆粒將不粘附于此。當(dāng)膠粘區(qū)凹處接近膠粘區(qū)大小時(shí)，即膠粘區(qū)的深度大約等于其寬度時(shí)，該作用變得特別明顯。
值得注意的是，在圖1所示的實(shí)施方案中，膠粘區(qū)16與非膠粘區(qū)共平面配置，而在圖2的實(shí)施方案中，相當(dāng)于孔16的膠粘區(qū)配置在限定非膠粘區(qū)的片材114平面之下。盡管可以應(yīng)用膠粘區(qū)在非膠粘區(qū)平面之上的陣列，諸如日本未審查專利申請(qǐng)公開(Kokai)6-333,930中描述的陣列等，但這不在本發(fā)明范圍內(nèi)。更具體地講，將膠粘區(qū)敷在非膠粘區(qū)表面平面之上的陣列，難以獲得諸如電子應(yīng)用中所需的焊球的精確配準(zhǔn)，因?yàn)殡y以避免焊球粘附于較高的膠粘區(qū)面上，因此難以使焊球在膠粘區(qū)上居中。此外，具有較高膠粘區(qū)的陣列在儲(chǔ)藏和處理期間易于變形，又使得它們不適于需要膠粘區(qū)和焊球精確安置和配準(zhǔn)的應(yīng)用。
該步驟可用多種方法完成。一般將具有膠粘區(qū)圖案的制品置于具有過量顆粒的容器中，容器緩慢地移動(dòng)，以便使顆粒移過陣列，直至所有的膠粘區(qū)均已占用。通過重力、輕敲、輕吹、真空和其它方法，從完全占用的膠粘區(qū)上除去多余的顆粒。在多余顆粒的清除中所用的力取決于膠粘區(qū)和顆粒之間粘合力的粘合強(qiáng)度。當(dāng)使用接地的導(dǎo)電容器、潮濕的氛圍以及如使用離子化空氣中一樣使用離子發(fā)生器避免靜電充電時(shí)，該步驟-將自由流動(dòng)的顆粒用于膠粘區(qū)圖案完成得最好。用潔凈的氛圍防止雜質(zhì)粘附于膠粘區(qū)也有助于該步驟。圖3和圖4分別描述具有粘附于陣列膠粘區(qū)16、116的球形顆粒的圖1和圖2所示陣列的實(shí)施方案。
用具有足夠膠粘性以便在接觸時(shí)立刻捕捉和保持顆粒的膠粘區(qū)有助于將顆粒粘附于膠粘區(qū)圖案的方法。還需要顆粒在膠粘區(qū)的粘附足夠強(qiáng)，以抵抗顆粒填充陣列時(shí)和從完成填充的陣列除去多余顆粒期間產(chǎn)生的各種力(例如移動(dòng)力、接觸撞擊力、真空力或吹力等)。此外，在顆粒的膠粘區(qū)之間最好具有足夠的粘合強(qiáng)度，以便在處理和可能的運(yùn)輸期間將顆粒保持在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)要運(yùn)輸填充顆粒的膠粘區(qū)圖案，膠粘性為0.5g/mm2的膠粘區(qū)可以用顆粒填充，而不損失顆粒時(shí)，膠粘性最好大于2g/mm2，大于5g/mm2則更好。
當(dāng)膠粘區(qū)圖案不立刻使用，或貯藏或運(yùn)輸時(shí)，用覆蓋片(諸如聚酯薄膜、聚丙烯薄膜或硅氧烷釋放聚酯薄膜等)保護(hù)膠粘區(qū)以保持其清潔是有用的。一般來說，薄0.0127mm(0.0005英寸)的Mylar聚酯薄膜(E.I.du Pont de Nemours and Company，Inc.，Wilmington，DE)是足夠的。
本發(fā)明也涉及將上述安裝的顆粒陣列轉(zhuǎn)移至電子裝置的接觸焊盤上。接觸焊盤通常由諸如銅、鋁、金或鉛/錫焊料等導(dǎo)電金屬制成。在推薦實(shí)施方案中，放置具有粘附于膠粘區(qū)的一個(gè)顆粒的陣列與電子裝置的接觸焊盤接觸，使得顆粒配準(zhǔn)放置，與每個(gè)接觸焊盤接觸，然后顆粒從陣列的膠粘區(qū)釋放，粘附于接觸焊盤上。該方法稱為“轉(zhuǎn)移法”。在另一實(shí)施方案中，在顆粒粘附接觸焊盤前，直接在接觸焊盤上形成膠粘區(qū)和非膠粘區(qū)陣列(諸如涂布、層合等)。該方法稱為“直接法”。
不論在轉(zhuǎn)移法還是在直接法中，都必需從陣列的膠粘區(qū)分離顆粒。有許多選擇方法來完成該步驟，其中一些或者更適用于直接法，或者更適用于轉(zhuǎn)移法。例如，顆粒的分離可以用機(jī)械力完成，即可以將膠粘混合料(例如膠粘焊劑)用于接觸焊盤。焊球與膠粘混合料接觸時(shí)，形成的粘合力比焊球和陣列的膠粘區(qū)之間的粘合力強(qiáng)。因此，從接觸焊盤除去陣列時(shí)，顆粒從膠粘區(qū)釋放，保持粘附于接觸焊盤上。顆粒的機(jī)械分離特別適用于轉(zhuǎn)移法。
熱分離也是從陣列分離顆粒的另一方法。熱分離是指應(yīng)用足夠的熱使顆粒熔化，浸潤接觸焊盤的表面，并流動(dòng)以覆蓋焊盤。最好當(dāng)顆粒熔化時(shí)，使基片更接近接觸焊盤，以確保所有的顆粒接觸它們相對(duì)的接觸焊盤?？梢允褂酶羝员３纸佑|焊盤表面一致不相互接觸，以便不將焊料擠壓到接觸焊盤之外。
使用烘箱、激光、微波、紅外輻射或其它便利的熱源提供熔化顆粒所需的熱。150-400℃范圍內(nèi)的溫度通常足以使顆粒、特別是焊球軟熔。技術(shù)人員很清楚，基片與顆粒一起加熱時(shí)，基片應(yīng)該能夠抵抗這些溫度，也就是說應(yīng)該是熱穩(wěn)定的。諸如Kapton(得自E.I.du Pontde Nemours and Company，Wilmington，DE的聚酰亞胺薄膜)、石英、玻璃等基片可能是有利的。同樣地，用來形成膠粘區(qū)和非膠粘區(qū)陣列的材料不應(yīng)使得它在熱加工期間污染電子裝置。該材料最好是熱穩(wěn)定的?；蛘?，在加熱步驟溫度下它能完全揮發(fā)掉。特別是負(fù)性Cromalin在烘箱加熱分離步驟期間易于熔化，因此使用烘箱加熱是非常不合適的。在所用熱源不加熱基片的情況下(例如激光)，熱穩(wěn)定性不是非常重要。
可以用來分離顆粒的另一方法是光致分離。在該方法中，膠粘區(qū)暴露于光化輻射中下，由此膠粘區(qū)失去其膠粘性能，以分離顆粒。
為了增強(qiáng)顆粒、特別是焊球浸潤接觸焊盤以及顆粒與接觸焊盤的膠粘性，可以使用適宜的焊劑。焊劑組合物(例如松香型、非純凈型(no-clean type)、有機(jī)酸或合成活化型)可以涂布到焊盤區(qū)域上和/或涂布到焊球上，以有助于從膠粘區(qū)有效地分離焊球，有助于焊球粘附于接觸焊盤上。
在直接法中，關(guān)鍵是熔融顆粒排開接觸焊盤上的膠粘區(qū)，熔融顆粒(例如焊球)完全浸潤接觸焊盤。當(dāng)達(dá)到顆粒的熔化溫度將膠粘區(qū)分解為揮發(fā)性化合物或通過使用能被熔融顆粒排開的熱穩(wěn)定膠粘區(qū)材料，都可以做到這一點(diǎn)。
一旦顆粒從膠粘區(qū)釋放并熔化，就令其冷卻并在接觸焊盤是再固化，例如形成焊料突起。
實(shí)施例實(shí)施例1在黃色安全燈下，用Cromalin層合機(jī)于102-110℃(215-230°F)下，將厚度為4-25μm的正性Cromalin(在下面鑒別)的各種變型層合到75μm厚的300H Kapton薄膜上。也使用厚12μm的Mylar聚酯覆蓋片。
然后，放置一個(gè)1.3cm(0.5英寸)直徑的大點(diǎn)，與Mylar覆蓋片接觸，并將試樣暴露于4-10mj/cm2的紫外光(λ＝365nm)下，測(cè)定這些Cromalin試樣的膠粘性。然后除去覆蓋片，將一個(gè)柱子垂直放置與膠粘區(qū)接觸。測(cè)定從膠粘點(diǎn)除去柱子所需的力。結(jié)果示于表1中。
表1
實(shí)施例2用Cromalin層合機(jī)于110℃(230°F)下，將具有12微米厚Mylar覆蓋片的4微米厚的Cromalin4BX，層合到15cm×15cm×0.32cm(6×6×0.125英寸)的玻璃、15cm×15cm×0.16cm(6×6×0.0625英寸)的玻璃和標(biāo)準(zhǔn)顯微鏡玻片上。實(shí)施例3以下實(shí)施例說明直接在Kapton聚酰亞胺薄膜上涂布膠粘性感光組合物。將以下提出的組分按以下所列的順序，以23.1％固體溶于1∶1(重量∶重量)的甲苯/甲醇中。將乙酰丙酮鋅和N，N-二乙基羥胺以單獨(dú)的部分一起溶于甲醇中，最后加入到其余組分的溶液中。所有組分的混合溶液至少攪拌24小時(shí)，涂布到0.025mm(0.002英寸)的200HNKapton聚酰亞胺薄膜上，在37.8-60℃(100-140°F)下風(fēng)干，產(chǎn)生重量為56mg/dm2和81mg/dm2的涂層。在干燥器出口處，于室溫下將0.013mm(0.0005英寸)厚的48S Mylar聚對(duì)苯二甲酸乙二酯覆蓋片壓延到涂層上。
(1)7-(4’-氯-6’-二乙氨基-1’，3’，5’-三嗪-4’-基)氨基-3-苯基香豆素(2)1，4，4-三甲基-2，3-重氮雙環(huán)-(3.2.2)-壬-2-烯-2，3-二氧化物實(shí)施例4重復(fù)實(shí)施例3，只是正性組合物直接涂布到12微米厚的Mylar薄膜上，然后當(dāng)50微米厚的200HD Kapton覆蓋片離開干燥器時(shí)，將其壓延到涂層上。實(shí)施例5將負(fù)性CromalinC/N層合到玻片上，然后成象，產(chǎn)生直徑為100微米、間距為1000微米(測(cè)定的點(diǎn)中心距)的點(diǎn)陣。組成為62％Sn/36％Pb/2％Ag(熔點(diǎn)179℃)的第3類型焊球(直徑為25-45微米)自由流動(dòng)到點(diǎn)圖案上，每個(gè)膠粘點(diǎn)粘附7-10個(gè)焊球。焊球沒有粘附于非膠粘區(qū)上。然后放置焊球陣列與Kapton敷銅版接觸，在210℃烘箱中加熱7.5分鐘。焊球保留在玻片上，一起融合在膠粘點(diǎn)上。部分負(fù)性Cromalin出現(xiàn)熔化并作為透明的沉積物轉(zhuǎn)移到銅上。實(shí)施例6將正性Cromalin4BX層合到300H Kapton上，用紫外光成象，以1250微米和1750微米(50mil和70mil)的間距產(chǎn)生直徑為375微米(15mil)的膠粘點(diǎn)。直徑為750±12微米(30±0.5mil)、組成為63％Sn/37％Pb的焊球流到膠粘點(diǎn)圖案上。通過傾斜Kapton并輕敲或輕吹，除去過量的焊球，留下100％完全填充的圖案，每個(gè)膠粘點(diǎn)一個(gè)焊球。
在FR4敷銅層合板上的50微米(2mil)厚的光刻膠層中，制造間距為1250微米和1750微米(50mil和70mil)的750微米(30mil)開孔的鏡象圖案。將焊劑9553輕鋪到30mil開孔上，浸潤銅。將焊球陣列配準(zhǔn)，與FR4敷銅版接觸，并目測(cè)定位，使得每個(gè)焊球在保護(hù)層圖案中的相應(yīng)開孔上，并且焊球位于焊劑上。
然后將整個(gè)組件置于216℃烘箱中5分鐘，冷卻，揭去陣列。所有焊球連接在Cu/FR4板上保護(hù)層中開孔底部的銅上，并形成直徑為750微米(30mil)、間距為1250微米和1750微米(50和70mil)的焊料突起圖案。該陣列保留具有小凹座(通常為膠粘點(diǎn))的烘烤Cromalin4BX透明層。焊料沒有保留在陣列上。實(shí)施例7在300H Kapton上的Cromalin 4BX中制造四個(gè)膠粘點(diǎn)圖案，以安裝間距為500微米(20mil)、直徑為250微米(10mil)的焊球。膠粘點(diǎn)的大小(直徑)為65、100、137.5和167.5微米(2.6、4.0、5.5和6.7mil)，相當(dāng)于焊球直徑的26-67％。
通過將焊球流到陣列上并敲下過量的焊球，填充膠粘點(diǎn)陣列。在每種情況下都獲得相同的圖案；每個(gè)膠粘點(diǎn)一個(gè)焊球，焊球?yàn)?50微米(210mil)，間距為500微米(20mil)，100％完全填充。用65微米(2.6mil)的膠粘點(diǎn)定位焊球，幾乎完全為直線，并且在球間幾乎為均一的250微米(10mil)的間隙。在具有直徑為167.5微米(6.7mil)的點(diǎn)的試樣中，盡管沒有焊球相互接觸，但其定位相當(dāng)不整齊，產(chǎn)生參差的球線。實(shí)施例8建立具有間距為750微米(30mil)、安裝500微米(20mil)球的點(diǎn)陣的試驗(yàn)圖象，膠粘點(diǎn)直徑為150、137.5、125、112.5、100、87.5和75微米(6.0、5.5、5.0、4.5、4.0、3.5和3.0mil)，相當(dāng)于焊球直徑的15-30％。將實(shí)施例2描述的組合物涂布到50微米(2mil)厚的Kapton上，制造膠粘點(diǎn)圖象，并用焊球填充。輕敲除去過量的焊球。
包括75微米點(diǎn)在內(nèi)的所有膠粘點(diǎn)都是每個(gè)點(diǎn)接受一個(gè)焊球，100％填充。當(dāng)膠粘點(diǎn)減小時(shí)，焊球?qū)Φ迷絹碓烬R。然而，當(dāng)它們變小時(shí)，填充這些點(diǎn)需要更長的時(shí)間。100％填充的試樣通過Express Mail(快遞)運(yùn)輸?shù)矫绹?，沒有焊球損失。實(shí)施例9建立具有間距為750微米(30mil)、安裝500微米(20mil)球的點(diǎn)陣的試驗(yàn)圖象，膠粘點(diǎn)大小為150微米(6mil)，相當(dāng)于焊球直徑的30％。將實(shí)施例2的組合物涂布到50微米(2mil)厚的Kapton上，制造膠粘點(diǎn)圖象，然后通過將過量的63％Sn/37％Pb焊球澆注到圖象上，輕搖以確保完全填充，敲下過量的焊球。該試樣完全填充了4,760個(gè)20mil的焊球，其定位和每個(gè)焊球之間的間隔都很好。
下一步，將Dupont QS190銅導(dǎo)體厚膜組合物絲網(wǎng)印刷在鋁基片上，產(chǎn)生與膠粘點(diǎn)陣列圖案匹配的555微米(22.2mil)的接觸焊盤圖案。然后，銅/鋁基片在氮?dú)夥諊?，在峰溫度?00℃的快速燃燒爐(fast fire oven)中燃燒30分鐘。
然后將焊油/非純凈液體焊劑的薄層用于銅焊盤上。然后目測(cè)定位陣列中的焊球，使其配準(zhǔn)與涂焊劑的涂布銅焊盤接觸。然后將該組件輸送到氮?dú)夥諊碌膹?qiáng)制對(duì)流軟熔爐中，以1.0-2.2℃/sec的速率，從25℃加熱至225℃，于225℃保持20-25秒，然后冷卻?？偣曹浫?65秒后，從爐中取出組件，從銅/鋁片材上分離陣列。所有的4,760個(gè)焊球都轉(zhuǎn)移到銅焊盤上，形成焊料突起。焊球沒有保留在Kapton/Cromalin陣列上。實(shí)施例10將正性Cromalin4BX層合到潔凈的FR4敷銅板上，除去覆蓋片。大約80個(gè)500微米(20mil)直徑的焊球隨機(jī)散置在膠粘性Cromalin上，引起隨機(jī)粘附。然后將該板通過氮?dú)夥諊碌膹?qiáng)制對(duì)流軟熔爐。大約20％的焊球與銅形成良好的物理粘合力，大約75％導(dǎo)電性好，大約5％沒有導(dǎo)電性。該實(shí)施例證明，Cromalin4BX起膠粘劑作用，將焊球粘附到銅上，具有某些焊劑特性，軟熔時(shí)少量焊球可以直接粘附于銅上形成焊料突起。實(shí)施例11重復(fù)實(shí)施例10，只是焊球涂有非純凈焊劑，并且在隨機(jī)散置到Cromalin4BX上之前風(fēng)干。軟熔后，焊球形成焊料突起，其與銅的接觸、導(dǎo)電性和與銅的粘合力都很出色。因此在軟熔期間，焊球上的焊劑涂層變?yōu)榛钚缘?，并通過Cromallin滲透，通過除去金屬氧化物和其它污染物，促進(jìn)與銅的粘合。實(shí)施例12玻璃基片上的正性Cromalin通過具有38.1微米(0.0015mil)不透明點(diǎn)(相當(dāng)于晶片上接觸焊盤位置)的光致工具，在2mj/cm2的紫外光下暴光。然后在相對(duì)濕度為34％并用離子化空氣放電的過濾純凈空氣中，將成象陣列置于接地導(dǎo)電盤上。然后除去Mylar覆蓋片，繼續(xù)用離子化空氣靜電放電。
將大量127微米(0.005英寸)直徑的焊球(63％Sn/37％Pb)從接地導(dǎo)電盤澆注到陣列上，用焊球薄層完全覆蓋膠粘區(qū)。然后，攪動(dòng)含有陣列的接地盤，使得過量的焊球在陣列上垂直搖動(dòng)。然后傾斜(title)陣列，除去過量的焊球，在所需位置上留下填充16,520個(gè)焊球的陣列，其間距在203-457微米(0.008-0.018英寸)范圍內(nèi)變化，完全匹配晶片上的I/O焊盤的位置。實(shí)施例13以下實(shí)施例說明Mylar聚酯薄膜上的膠粘性感光組合物涂層；成象以制造膠粘點(diǎn)圖案；用焊球填充膠粘點(diǎn)；放置填充的圖象與涂焊劑的基片接觸，并從不含焊球的一面用紫外光透過Mylar薄膜輻射，以便通過光致釋放增加焊球到涂焊劑的基片上的釋放。將以下提出的組分溶于1∶1(重量∶重量)甲苯/甲醇中，用手術(shù)刀涂布到0.050nm(0.002英寸)厚的200D Mylar聚酯薄膜上，風(fēng)干，然后用0.013mm(0.0005英寸)厚的48S Mylar覆蓋片保護(hù)
(1)7-(4’-氯-6’-二乙氨基-1’，3’，5’-三嗪-4’-基)氨基-3-苯基香豆素(2)1，4，4-三甲基-2，3-重氮雙環(huán)-(3.2.2)-壬-2-烯-2，3-二氧化物涂布膜透過48S Mylar接觸暴露于一個(gè)點(diǎn)圖案，以便形成中心距為0.762mm(0.030英寸)、直徑為0.152mm(0.0006英寸)的膠粘點(diǎn)陣列。除去48S Mylar覆蓋片，過量的0.51mm(0.020英寸)直徑的焊球流過膠粘點(diǎn)圖案，以便每個(gè)點(diǎn)填充一個(gè)焊球。圖案保持總共600個(gè)焊球。將其倒置在薄薄涂有FORMON9553(得自E.I.du Pont deNemours and Company，Wilmingtom，DE的松香基焊劑)的基片上，使得焊球接觸焊劑。1號(hào)試樣組件用2,000mj的紫外光輻射，而2號(hào)試樣組件不輻射紫外光。從基片上揭去200D Mylar，計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)移到基片的釋放的焊球數(shù)。很明顯，用紫外曝光比不用UV曝光轉(zhuǎn)移更多的焊球
紫外曝光后輕敲，使釋放百分比增加至大約70％。實(shí)施例14以下實(shí)施例說明通過光致成象，在銅層上形成膠粘點(diǎn)陣列圖案，將涂有焊劑的焊球粘附于膠粘點(diǎn)上，熱軟熔焊料，將焊料粘合到膠粘點(diǎn)之下的銅上，成為焊料突起。
于102℃(215°F)下，將正性Cromalin4BX層合到預(yù)清洗的FR4敷銅板上，用紫外光以7mj/cm2透過間距為1.78mm(0.070英寸)的0.381mm(0.015英寸)點(diǎn)圖案接觸曝光。0.51mm(0.020英寸)焊球(63％Sn/37％Pb)涂有IF2005M非純凈焊劑溶液，干燥形成自由流動(dòng)的涂有焊劑的焊球。在黃色安全燈下，從成象的FR4板上除去Mylar覆蓋片，涂有焊劑的焊球在膠粘點(diǎn)圖案上流動(dòng)，每個(gè)膠粘點(diǎn)粘附一個(gè)涂有焊劑的焊球，形成焊球陣列。將其通過氮?dú)夥諊碌腣itronic強(qiáng)制對(duì)流軟熔爐，從25℃至225℃，其溫度上升速度為1.0-1.1℃/sec，225℃下停留時(shí)間為20-25秒?？傑浫蹠r(shí)間為265秒。這形成好的粘附于板的銅表面的圓形焊料突起。涂有焊劑的焊料透過銅表面上的膠粘點(diǎn)滲透，形成機(jī)械粘合力。所有試驗(yàn)的軟熔焊球在焊球和銅表面之間都具有電連續(xù)性，表明在焊球和銅之間有金屬與金屬的接觸。實(shí)施例15重復(fù)實(shí)施例14，只是用QT779OA水溶性焊劑涂布焊球，軟熔后立刻清除焊劑。實(shí)施例16大量如實(shí)施例14一樣涂有焊劑的焊球用來填充Kapton上正性Cromalin4BX中形成的膠粘區(qū)陣列。然后將填充的陣列倒置，配準(zhǔn)放置，與Al2O3基片上的銅焊盤接觸?；蜚~焊盤上不用焊劑。然后該組件經(jīng)過軟熔，處理，如實(shí)施例9一樣進(jìn)行檢測(cè)。所得的焊料突起顯示出與基片的銅焊盤的機(jī)械接觸強(qiáng)并且電導(dǎo)率非常好。實(shí)施例17制備以下感光組合物A-J，以0.25mm的濕厚度涂布到KaptonHN聚酰亞胺薄膜和放電(ED-)處理的200D Mylar0.51mm厚的聚酯薄膜上，然后干燥。干燥時(shí)，將涂層與未處理的48S Mylar0.13mm厚的聚酯薄膜層合。
對(duì)每個(gè)膠粘性感光組合物A-J而言，用RistonPC 130曝光裝置測(cè)定成象窗口，以確保最佳光強(qiáng)(mj)。成象窗口范圍為1-50mj。
下一步，用Tack Meter(膠粘度測(cè)量儀)“Chatillon Model LTCM-4和Digital Force/Torque Gauge(數(shù)字式力/扭矩應(yīng)變計(jì))Model DGGS”測(cè)定組合物的膠粘性。采用美國標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)ANSI/IPC-SP-819 4.6.4.2-4。所用的試驗(yàn)探針的面積為20.4mm2。試驗(yàn)步驟涉及將300±30g的力施加到試樣上，速率為2.5±0.5mm。在施加力后的5秒內(nèi)，以2.5±0.5mm的速率從試樣中撥出探針，中斷接觸所需的峰力記錄為膠粘性的試驗(yàn)測(cè)量值。
然后組合物用光致工具進(jìn)行成象曝光，產(chǎn)生膠粘區(qū)陣列，除去Mylar覆蓋片，用0.0762-1.27mm(0.003-0.050英寸)直徑的焊球(63％Sn/37％Pb)的焊球填充陣列，輕輕攪動(dòng)和/或用空氣/N2刀除去過量的焊球。膠粘區(qū)的大小大約為焊球直徑的20-30％。
上述步驟都在黃色安全燈條件下進(jìn)行。
然后制備含有相當(dāng)于填充陣列上焊球的位置和大小的金屬化焊盤的基片，將FORMON9553焊劑涂到基片上。然后倒置填充陣列，將其放置與基片接觸，使得焊球與涂有焊劑的金屬化焊盤緊密配準(zhǔn)接觸。然后將整個(gè)組件或者經(jīng)過熱釋放或者經(jīng)過光致釋放。對(duì)熱釋放而言，將組件或者置于RistonPC 130 UV曝光系統(tǒng)中，或者置于強(qiáng)制對(duì)流(空氣/N2)軟熔系統(tǒng)(諸如Vitronic Universal SMR-800等)中，在以下條件下經(jīng)過軟熔從25℃至225℃再到180℃，其溫度上升速率＝1.0-1.1℃/sec；225℃下停留時(shí)間＝25-30秒。使用氮?dú)廛浫邸Ｔ摬襟E的總時(shí)間為265秒。通過將組件透過KaptonHD或ED 200DMylar基底暴露于500mj紫外光下，完成光致釋放。
在釋放步驟后，將感光組合物從基片上剝離，基片現(xiàn)在含有作為金屬化焊盤上焊料突起的焊球，計(jì)算焊球釋放的百分比。結(jié)果示于下面。組合物A-D
組合物E-G
組合物H-K
1)Sartomer Company，Exton，PA的適宜的聚丙烯酸酯結(jié)果
權(quán)利要求
1.用來將顆粒陣列安裝到電子裝置的接觸焊盤上的制品，該制品包含一個(gè)具有膠粘區(qū)和非膠粘區(qū)陣列的表面，其中每個(gè)膠粘區(qū)具有適于粘附一個(gè)焊球的大小和粘合強(qiáng)度，膠粘區(qū)的配置不高于非膠粘區(qū)平面，并且每個(gè)膠粘區(qū)粘附一個(gè)導(dǎo)電顆粒。
2.權(quán)利要求1的制品，其中導(dǎo)電顆粒選自焊料和帶有焊劑的焊料。
3.權(quán)利要求1的制品，其中表面包含可光致硬化組合物。
4.權(quán)利要求1的制品，其中基片選自聚酰亞胺薄膜、玻璃、石英、金屬和塑料。
5.權(quán)利要求1的制品，其中膠粘區(qū)與非膠粘區(qū)共平面配置。
6.將顆粒陣列安裝在電子裝置的接觸焊盤上的方法，包括以下步驟(a)提供一個(gè)具有膠粘區(qū)和非膠粘區(qū)陣列的表面，每個(gè)膠粘區(qū)具有一個(gè)粘附的導(dǎo)電顆粒；(b)放置導(dǎo)電顆粒，使其與具有接觸焊盤的電子裝置接觸，使得陣列上的顆粒配準(zhǔn)接觸焊盤放置；(c)從膠粘區(qū)上分離導(dǎo)電顆粒，將顆粒粘附于相應(yīng)的接觸焊盤上。
7.權(quán)利要求6的方法，其中從膠粘區(qū)分離導(dǎo)電顆粒的步驟選自機(jī)械分離、熱分離和光致分離。
8.權(quán)利要求6的方法，其中導(dǎo)電顆粒選自焊料和帶有焊劑的焊料。
全文摘要
用來將顆粒陣列置于電子裝置的接觸焊盤上的制品包括一個(gè)具有膠粘區(qū)和非膠粘區(qū)陣列的表面,其中膠粘區(qū)或者與非膠粘區(qū)共平面配置或者配置在非膠粘區(qū)平面之下,膠粘區(qū)具有適于粘附一個(gè)焊球的大小和粘合強(qiáng)度,該制品用來將顆粒從膠粘區(qū)置于電子裝置(諸如用于半導(dǎo)體應(yīng)用中的線路板等)的接觸焊盤上。
文檔編號(hào)H01L21/48GK1200647SQ9712252
公開日1998年12月2日 申請(qǐng)日期1997年10月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月30日
發(fā)明者M·A·薩爾茨伯格, A·凱恩克羅, R·J·康弗斯, A·貝克莫哈馬迪 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司