线接合带状焊球网格布置封套 【发明领域】
本发明涉及用于电子装置的带状焊球网格布置封套。
【发明背景】
在电子工业中已公认需要带状焊球网格布置封套，其上通过线接合可安装集成电路块。目前市场上有售带状焊球网格布置封套，可通过热压粘合或焊球倒装来安装集成电路块，然而仅有2％的集成电路块是通过这种方法接合的，因为其价格较高而且缺乏底层结构，从而其余98％都是线接合的。目前所采用所有带状焊球网格线接合设计都需要一盖套或焊料掩膜，因为焊球都置于柔性基底的电路一侧。对于制造而言这可能是一种高成本的设计，因为带状焊球网格布置焊料掩膜的要求严格。焊料掩膜必须形成一配合公差小于+50微米的焊球垫以保证精密地配合垫的尺寸。垫尺寸不相等会导致一些弱焊接点，它们可使封套在热循环试验中不能持久。由于低成本的丝网印刷工艺不能满足这些公差要求，所以必须采用更昂贵的工艺，诸如照相成像或激光烧蚀工艺。另外，焊料掩膜必须经受得起短时间(2-4分钟)的近220℃的易熔焊料回流温度，以及延长期(1000小时)的150℃的回流温度。如果要采用高熔点温度的焊料合金如10％锡、90％铅，那么焊料掩膜必须经受得住近320℃的温度。同样，由于焊球是装到一柔性电路板上的，所以掩膜本身也必须是软的，所以电路板工业中所用的多种掩膜都不适用。
发明概述
本发明提供一种可线接合的带状焊球网格布置封套，它不需要附着一焊料掩膜的附加工艺。聚酰亚胺基层本身为封套起到焊料掩膜的作用，因而封套可以很低的成本制成。
柔性电路板胶粘到一金属加强板上，柔性电路板的电路一侧面向加强板，而不是象传统的那样背向加强板。由于焊球是装到柔性电路板相对电路迹线的那一侧上的，所以柔性电路板地聚酰亚胺起到一焊料掩膜的作用，以防止焊球的焊料顺着金属电路扩散。
使此设计原理可行的关键点在于采用适当的粘合剂将柔性电路板粘合到加强板上。粘合剂必须具有流动性，而可充满电路迹线之间的区域，从而不会在柔性电路板和加力板之间留下空隙或气囊。然而，这种粘合剂必须不能流到刚开始盖住线接合垫的范围中，否则将不能进行线接合工艺。在线接合所需的高温(180-200℃)时粘合剂必须也有足够的硬度以防止吸收形成可靠金属接合所需的超声粘合能量。最终，粘合剂的电离可能性必须低，粘合剂必须在长时期后不会扩散到接合垫上。
在实践中已经找到了一种具有所需性能的粘合剂且已得到论证。可提供最佳效果的粘合剂是一种可从(特拉华州的威明顿)杜邦德纳摩尔(E.I.Dupont deNemours公司名)购得的KJ牌热塑聚酰亚胺。这种特殊的粘合剂施余50μm厚、玻璃过渡温度为220℃，然而其它的具有不同厚度和玻璃过渡温度的热塑聚酰亚胺粘合剂也可以满足要求。这种粘合剂放于线路和加强板之间并且在350℃、400-1000psi压力下进行20-60秒的层压。这些条件可使粘合剂完全充满在铜迹线之间，且防止粘合剂流到接合垫上。由于粘合剂的化学组成与聚酰亚胺电路基层非常相似，所以不存在由于电离或扩散作用所产生的杂质对接合垫的危害。
这种设计的另一种实施例是在热塑聚酰亚胺粘合剂和加强板之间插入一低硬度模数的粘合剂，以提供一额外的柔顺性以提高焊接点的热循环疲劳寿命。采用与上述类似的粘合条件。虽然较佳的材料是硅酮基的压敏粘合剂、厚度为50和100μm，但采用硬度模数低于KJ牌的粘合剂的其它粘合剂也有效果。
附图的简述
以下将结合附图对本发明进行描述，其中各图中类似的部件以相同标号示出，其中：
图1是已有技术的带球网格布置封套的截面图；
图2是根据本发明的带球网格布置封套一个实施例的截面图；
图3是根据本发明的带球网格布置封套一个实施例的分解截面图；
图4是与图3类似的截面图，只是处于最终的装配状态；以及
图5是根据本发明带球网格布置封套另一个实施例一部分的俯视图。
较佳实施例的描述
图1示出了一种已有技术的带状焊球网格布置封套10。此封套10包括一通过粘合剂16安装到一金属加强板14上的聚酰亚胺基层12。该聚酰亚胺基层12上附着有构成电路铜迹线18。迹线18由细线22连接到一电子装置20上，通常是通过线接合方法连接的。该电子装置20藉由粘合剂24固定到加强板14上，且盖有一保护封盖26。
根据现有的这种结构，迹线18设置成背向加强板14，且由一焊料掩膜或盖层28所覆盖，该盖层形成一(通常是圆形的)放置区域并用于焊球30向迹线18的回流焊接。该焊料掩膜28必须防止焊球30在安装过程中流到迹线18上。此焊料掩膜28通常是相当昂贵的，因为配合各焊球面积所需的配合公差要求非常精密。本发明的目的在于避免使用目前所需的这种焊料掩膜28从而避免这一昂贵的装配工序。
通过如图2所示的将聚酰亚胺层12和其铜迹线18相对加强板14颠倒一下，就可实现避免使用焊料掩膜28。在此结构中，在聚酰亚胺层12中直接切割孔32，而使焊球30和层12的聚酰亚胺本身作起一焊料掩膜的作用，而当通常通过回流焊接将焊球30装迹线8上时防止焊料扩散。
使此设计原理可行的关键要素在于采用适当的粘合剂16。这种粘合剂16必须具有流动特性，它可充满电路迹线18之间的区域，而不会在聚酰亚胺层12和加强板14之间留下空隙或气囊。然而，粘合剂16必须不能流到开始盖住线接合垫34的范围中，否则将使不可能进行线接合加工。这些垫34最好如图5所示，图中示出了许多线22和其在电子装置20中的接点以及在聚酰亚胺层12上形成的铜迹线18。
在进行线接合所需温度升高(150℃-200℃)的情况下，粘合剂16也必须足够硬，以防止吸收掉形成一可靠的金属接合所需的超声接合能量。最后，粘合剂16的电离可能性必须低，且必须能很长一段时间以后粘合剂16也不扩散到接合垫34中。
在实践中已经找到了一种具有所需性能的粘合剂16且已得到论证。可提供最佳效果的粘合剂16是一种可从(特拉华州的威明顿)杜邦德纳摩尔(E.I.Dupont de Nemours公司名)购得的KJ牌热塑聚酰亚胺。这种特殊的粘合剂可施加至50μm厚、玻璃过渡温度为220℃，然而其它的具有不同厚度和玻璃过渡温度的热塑聚酰亚胺粘合剂也可以满足要求。这种粘合剂16放于线路和加压板之间并且在350℃、100psi压力下进行20-60秒的层压。这些条件可使粘合剂16完全充满在铜迹线18之间，且防止粘合剂16流到接合垫34上。由于粘合剂16的化学组成与聚酰亚胺电路基层12非常相似，所以不存在由于电离或扩散作用所产生的杂质对接合垫34的危害。
已经发现较佳粘合剂的综合粘度η*在大约1.5×105Pa·s、超过240-420℃范围时是近似恒定的。受测试的其它粘合剂在所需的小于2×104Pa·s时表现综合粘度，而该温度对正常的工作是太低了，即粘合剂将溢过线接合垫34。
另外，在使线连接到垫上的高温(180-200℃)时需要粘合剂16足够硬。如果一种粘合剂在此温度下硬度不够，则超声能量将被吸入而有害于线接合加工，甚至可能达到不能实现接合加工的程度。硬度G’为进行有效的线接合的必需的硬度被认为至少为1×106Pa，而较佳的粘合剂16表现出在150-200℃范围中硬度G’近似7×108Pa。
图3和4示出了本发明的另一种实施例，其中另外一层粘合剂36间设在接合到聚酰亚胺层12的粘合剂16和加强板14之间。此层的目的在于为组件提供额外的韧性和柔顺性以提高焊接点的热循环疲劳寿命。这种辅助粘合剂比粘合剂16软，且较佳地涂得比邻近聚酰亚胺层12的粘合剂16厚。较佳的材料是硅酮基的压敏粘合剂，其硬度模数约低于粘合剂16四个数量级，但任何一种硬度模数低于粘合剂16的粘合剂只要其在组装过程中能够耐受所处于的温度就可以起到同样的作用。
虽然已经结合少量实施例对本发明进行了描述，但应当认识到对于本技术领域中的普通技术人员而言，显然还有多种变型。例如，所述的材料可以用具有类似性能的材料替换，各种结构形状也可以变形。具体地，焊球并不必要是球状的，而可以是任何一种形状，其中圆柱形是一种特别有用的替换形式。