專利名稱：制備高性能網格焊球陣列板的方法以及可用于該方法的夾具的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及制備高性能BGA(網格焊球陣列)板的方法以及可用于該方法的夾具，具體地說，涉及利用各個熱沉和帶狀夾具而不用帶狀熱沉來制備高性能BGA板的方法，其中熱沉的鍍鎳面可以防止被沾污。
為了在其上安裝高度集成的電子元件，多層印刷電路板具有一種結構，其中具有多個電路的基板層疊在一起。多層印刷電路板可以具有各種形式，可以通過各種方法制造。然而，傳統的板有一個缺陷是不能確保高速IC芯片的全部性能，因為從半導體芯片的I/O多散熱片(multifin)產生的大量的熱不能從傳統的板有效地散發，導致電信號的傳輸率顯著降低。
為了避免傳統板所具有的問題，已經付出很大的努力來制造具有高多層結構和優異的熱穩定性的板。在該板中，在以階梯的形式粘接到焊盤的同時，將半導體芯片粘接到熱沉上。
已經公開有各種在印刷電路板中設置熱沉的方法。例如，日本專利公開No.平10-116933公開了一種用于安裝IC的多層印刷線路板，其中通過焊接將熱沉牢固地固定在疊層結構上，利用樹脂粘合劑，將IC牢固地固定在熱沉上。此外，日本專利公開No.平10-116932公開了一種用于制備多層印刷線路板的方法，該印刷線路板用于安裝IC，其中在200℃加熱該多層BGA1小時，以防止該板彎曲，接著在回流爐中加熱該BGA，以便固化熱固性樹脂粘合劑，從而將熱沉固定到板上。通過用Ni、然后用鉑鍍覆銅箔來制備上述方法中所采用的熱沉。
通常，通過將各個BGA板粘接到帶狀熱沉來制造配有熱沉的BGA板，使熱沉的粘接BGA板的一面黑化，另一面用Ni鍍覆。結合
圖1將詳細描述配有熱沉的BGA板的制造。參考圖1a，顯示了通過粘合劑2將BGA5粘接到熱沉3上的預粘接步驟。為了達到這個目的，在熱沉3上涂敷粘合劑2，接著利用熱鋼板1施加熱量和壓力。關于這一點，采用夾具4將粘合劑2精確地涂敷在熱沉3的限定部分。此后，通過將各個BGA 5壓在由預粘接步驟得到的結構上，利用熱鋼板6提供熱量完成主粘接，如圖1b所示。如此得到的配有熱沉的帶狀BGA板示于圖2的平面圖中。
當如上所述將熱沉粘接到BGA板上時，會產生一些問題，包括鍍Ni面的沾污、粘接可靠性差以及各個熱沉的不可適用性。
此外，日本專利公開No.平10-178122公開了一種IC安裝多層印刷線路板，該線路板不會引起由內層導體線的破裂而導致的布線的斷裂。在通過層疊多個樹脂基板而構成的IC安裝多層印刷線路板中，通孔壁上的鍍層厚8-35μm，而通過通孔中的鍍層，與外引線腳隔開一定距離的導體線厚25-70μm，從而防止由通孔的鍍層處和導體線處的破裂而導致的布線的斷裂。然而，該IC安裝多層印刷線路板有缺點是厚度偏差超出允許的范圍或該線路板變形。
因此，仍然需要一種方法，當BGA板粘接到熱沉上時，可以采用該方法來層疊各個熱沉，并且能防止多層印刷線路板的變形。
因此，本發明的目的是避免先有技術中遇到的缺點，提供一種制備高性能BGA板的方法，該方法具有下列優點利用各個熱沉，防止熱沉的鍍Ni面沾污和毀壞，具有穩定的粘接狀態。
本發明的另一個目的是提供一種制備高性能BGA板的方法，該方法具有防止BGA板的厚度偏離允許的范圍和粘接時變形的優點。
本發明的再一個目的是提供一種可用于制備高性能BGA板的方法的夾具。
通過提供制備高性能BGA板的方法來達到這些目的，該方法包括步驟a)提供各個BGA板疊層結構；b)提供各個熱沉，用于散發BGA板疊層結構的熱量；c)利用預粘接夾具將粘合劑層預粘接到BGA板疊層結構或熱沉上；d)利用主粘接夾具，將其上已在C步驟中預先附著粘合劑層的BGA板疊層結構或熱沉分別與相應的熱沉或BGA板疊層結構進行主粘接。
為了實現上述目的，根據本發明可以提供一種制備高性能BGA板的另一個方法，該方法包括步驟a)供各個BGA板疊層結構；b)提供各個熱沉，用于散發BGA板疊層結構的熱量；c)預粘接，包括設置第一組用于在帶狀預粘接夾具上排列BGA板疊層結構的銷釘；在第一組銷釘的引導下在預粘接夾具上放置BGA板疊層結構；在BGA板疊層結構上以與熱沉相應的圖形形成用覆蓋片覆蓋的粘合劑層，接著從粘合劑層上除去所述覆蓋片；將熱沉附著到撓性膠帶上，然后將附著了撓性膠帶的熱沉排列到粘合劑層上，撓性膠帶通過設置在預粘接夾具上的第二組銷釘鎖定；以及在壓力下將熱沉松弛地粘接到BGA板上；d)分離得到的預粘接結構，該預粘接結構由BGA板疊層結構、粘合劑層和熱沉構成；和e)在高溫和壓力下利用主粘接夾具主粘接已預粘接的結構。
此外，通過粘合劑層，借助于使熱沉和BGA板疊層結構結合的夾具，可以實現本發明的目的，該夾具由頂板和底板構成，形成空腔，其中限定該空腔使得BGA板疊層結構、粘合劑層和熱沉排列為彼此精確地結合在一起，并使夾具的總厚度比BGA板疊層結構、粘合劑層和熱沉相結合的厚度小20-40μm。
圖1a和1b分別顯示了當將熱沉粘接到BGA上時，傳統的預粘接和主粘接的剖視圖；圖2是根據先有技術將BGA粘接到帶狀熱沉上的平面圖；圖3是顯示根據本發明利用夾具的主粘接步驟的平面圖；圖4是根據本發明利用另一種類型的夾具的主粘接的截面圖；圖5是根據本發明可用于預粘接步驟、將熱沉粘接到帶狀預粘接夾具的平面圖；圖6是圖5的截面圖；圖7是根據本發明可用于預粘接步驟、將熱沉粘接到另一個預粘接夾具的平面圖；圖8是圖7的截面圖；圖9是根據本發明一個實施例可用于預粘接步驟、位于帶狀預粘接夾具上的BGA的平面圖；圖10是圖9的剖視圖；圖11是根據本發明另一個實施例位于帶狀撓性膠帶上的熱沉的平面圖；
圖12是圖11的剖視圖；圖13是根據本發明的一個預粘接步驟的實施例的剖視圖，其中BGA板疊層結構、粘合劑層和熱沉松弛地地彼此粘接；圖14是位于覆蓋片上的粘合劑層的平面圖，該粘合劑層可用于本發明的預粘接步驟；和圖15是圖14的剖視圖，顯示了位于覆蓋片上的粘合劑層。
根據本發明，按如下方式制備具有高性能的的BGA板通過將其中已經形成了用于電連接電子部件的導線電路和空腔的多個板層疊，然后通過鍍覆、蝕刻、顯影和布線形成印刷電路來制備各個BGA板疊層結構。然后，通過預粘接和主粘接將用于為BGA板疊層結構散熱的各個熱沉粘接到各個BGA板疊層結構上。
參考圖3-10，顯示了根據本發明的一個實施例制造高性能BGA板的方法。例如，該方法包括預粘接步驟和主粘接步驟，在預粘接步驟中，將粘合劑層涂敷到各個熱沉或各個BGA板上(圖5-10)，在主粘接步驟中，利用主粘接夾具，將涂敷了粘合劑的熱沉或BGA板粘接到相應的BGA板疊層結構或熱沉上(圖3和4)。
圖3和4是說明利用由頂板10和底板20構成的主粘接夾具將預粘接結構進行主粘接步驟的剖視圖，所述預粘接結構由BGA板疊層結構5、粘合劑層2和熱沉3構成。
圖3顯示了利用一組引導銷釘30將頂板10精確固定到下夾具20上的實施例，而圖4顯示了利用一組溝槽40精確固定主粘接夾具的用于本發明的主粘接夾具由上和底板構成，以便形成空腔。如此限定該空腔，使得BGA板疊層結構5、粘合劑層2和熱沉3排列為相互精密地結合。夾具的總厚度比BGA板疊層結構、粘合劑層和熱沉相結合的厚度小20-40μm，以便得到最佳的粘接結果。頂板和底板10和20可以由不銹鋼或硬環氧樹脂制成。至此，當底板20的厚度B與熱沉的厚度(看圖3)或熱沉加粘合劑層的厚度(看圖4)相同時，可以通過控制頂板10的厚度A，使夾具的總厚度落入范圍內。這樣，設定夾具給BGA板加壓到能避免BGA板毀壞的預定厚度。
此外，為了防止頂板10從底板20上滑脫，夾具配置有一組如圖3所示的引導銷釘或一組如圖4所示的溝槽40。本發明的另一個優點是能夠防止在利用上述夾具進行主粘接過程中板變形。
現在轉到圖5-14，圖5-14顯示了預粘接步驟的實施例，其中根據本發明各個熱沉和粘合劑層彼此粘接在一起。
圖5和6分別顯示了預粘接步驟的一個實施例的平面圖和剖視圖。從這些圖中可以看出，在帶狀預粘接夾具50上覆蓋有無塵雙面膠帶60，各個熱沉3放在無塵雙面膠帶50上，使得鍍Ni面與雙面膠帶60接觸，此后，在各個熱沉3的黑化面涂敷粘合劑層。如圖6所示，在固定各個熱沉3之前，覆蓋無塵雙面膠帶60，使得夾具不被粘合劑帶的樹脂沾污。接著，通過雙面膠帶將熱沉的鍍Ni面粘接到夾具上。因此，當熱沉從夾具分離時，可以防止鍍Ni面被沾污和毀壞。然后，在高壓高溫下進行預粘接。這樣，利用各個熱沉可以制造如圖5所示的帶狀BGA。
圖7和8分別顯示了根據本發明另一個實施例的預粘接步驟的平面圖和截面圖。從這些圖可以看出，不用無塵雙面膠帶，而利用在熱沉外側設置的一組引導壁70將熱沉3固定到帶狀夾具上，使得鍍Ni面與預粘接夾具50接觸，此后，在各個熱沉3的黑化面涂敷粘合劑層，并在高溫高壓下進行預粘接。在該方法中，由于不采用粘合劑帶，可以在不沾污和毀壞熱沉3的鍍鎳面的情況下，利用各個熱沉制備帶狀BGA。
參考圖9和10，分別顯示了根據本發明再一個實施例的預粘接步驟的平面圖和剖視圖。不像圖5-8所示的預粘接步驟，將粘合劑層涂敷到熱沉上，本實施例的預粘接步驟的特征在于，將粘合劑層涂敷到BGA板上，然后進行將BGA板粘到熱沉上的主粘接工序。如圖9和10所示，采用一組BGA固定銷釘52將BGA板5排列到預粘接夾具50上，當BGA板5初步固定到預粘接夾具50上時，BGA板5被這樣定位使得安裝熱沉的一面朝上。
參考圖11至14，顯示了根據本發明的另一個實施例的高性能BGA板的制造方法。該方法由預粘接步驟和主粘接步驟構成。此時在預粘接步驟和主粘接步驟之前，分別提供了各個BGA板疊層結構和熱沉。
預粘接步驟包括設置第一組銷釘，用來將BGA板疊層結構排列到帶狀預粘接夾具上；在第一組銷釘的引導下，將BGA板疊層結構放置到預粘接夾具上；在BGA板的疊層結構上，以與熱沉相配合的圖形形成用覆蓋片覆蓋的粘合劑層，接著從粘合劑層上除去覆蓋片；將熱沉附著到撓性膠帶上，然后將附著了撓性膠帶的熱沉排列到粘合劑層上，所述撓性膠帶通過預粘接夾具上設置的第二組銷釘鎖定；以及在壓力下將熱沉松弛地粘接到BGA板上。
在分離所得到的由BGA板疊層結構、粘合劑層和熱沉構成的預粘接結構之后，進行主粘接步驟。
在主粘接步驟中，在高溫和壓力下，利用上述主粘接夾具，牢固地粘接預粘接結構。
下面詳細描述圖13所示的預粘接步驟。圖13是完成預粘接步驟之后的BGA板的剖視圖，其中利用第一組銷釘52將BGA板疊層結構5固定到帶狀預粘接夾具50上，用覆蓋片55覆蓋的粘合劑層2以與熱沉相配的圖形涂敷到BGA板疊層結構上，然后除去覆蓋片55。下一步，將熱沉3附著到撓性膠帶53上，然后用熱沉3的未附著面直接對著粘合劑層2，將熱沉3排列到粘合劑層2上。此時，通過在預粘接夾具50上設置的第二組銷釘54，鎖定撓性膠帶53上未附著熱沉3的部分，使得熱沉能精確固定到粘合劑層2上。此后，在壓力下通過粘合劑層2將熱沉3松弛地粘接到BGA疊層結構5上。在上面的步驟中，當BGA板疊層結構5位于夾具50上時，應清潔夾具的表面。而且，用于在粘合劑層2上精確固定熱沉3的銷釘54的高度應比BGA板疊層結構5的高度稍高。
在如上所述的預粘接步驟之后，由BGA板疊層結構、粘合劑層和熱沉構成的預粘接結構被分離出來。如上所述，將預粘接結構插入到由頂板和底板構成的主粘接夾具中的空腔中。在高溫壓力下進行主粘接步驟。作為主粘接的結果，BGA板疊層結構、粘合劑層和熱沉彼此牢固精確地結合在一起。
對于撓性膠帶53，它具有帶的形式，其上排列了熱沉3，如圖11所示。而且，帶狀撓性膠帶53在某些位置有孔，這些孔使得當銷釘54與孔接合時，排列的熱沉與夾具匹配。此外，熱沉3的鍍Ni面被設置為直接對著撓性膠帶53，并使撓性膠帶53附著到熱沉3的鍍Ni面，而黑化面面對BGA板，如圖12所示。
通常，熱沉3由銅箔制成。為了防止導線電路分離，BGA板疊層結構的基板最好由玻璃環氧樹脂制成，因為它的熱膨脹系數與銅的熱膨脹系數相近，而銅是板上制造的導線電路的材料。因此，由于同樣的原因，最好熱沉由銅箔制備。也可以采用鋁板，它可以高效地散發熱量。還可以采用不銹鋼板，它具有高耐腐蝕性。通過電鍍在銅箔上形成厚2-10μm的鍍Ni層。然后，將在電鍍過程中產生的酸成分漂洗掉，為了提高表面和板的附著性，黑化所述表面。
圖14和15分別顯示了將粘合劑層2應用到本發明的方法的平面圖和剖視圖。如這些圖所示，以與熱沉相同的圖形形成粘合劑層2，同時用覆蓋片55覆蓋。在圖15中，點畫線表示粘合劑的一部分，該部分不需要粘接到產品上，因此將被除去。
另外，適合用于本發明的粘合劑層2可以是膜狀粘合劑片，該片是通過將例如NBR的橡膠、丙烯樹脂、聚乙烯醇縮丁醛樹脂、酚醛樹脂等與半固化片或環氧樹脂相結合而得到的，最好通過將低流動性的聚乙烯醇縮丁醛樹脂、丙烯酸樹脂和酚醛樹脂相結合得到。此外，粘合劑層的材料最好是與板的材料一樣。例如，在玻璃環氧樹脂板的情況下，可以采用其中淀積了玻璃環氧樹脂的半固化片。
因此，通過預粘接步驟和主粘接步驟可以制備HP-BGA，所述預粘接步驟包括在夾具50上定位BGA板5；在BGA板5上形成粘合劑層2，除去覆蓋片55；通過粘合劑層將熱沉3粘接到BGA板上，施加熱量和壓力，如圖13所示；所述主粘接步驟包括牢固地粘接所得到的結構，其中所得到的結構由BGA板疊層結構、粘合劑層和熱沉構成。
如上所述，根據本發明用于制備HP-BGA的方法具有下列優點利用各個熱沉，防止熱沉的鍍Ni面被沾污和毀壞，得到穩定的粘接狀態。本發明的方法的另一個優點是可以防止BGA板在厚度方向背離允許的范圍，并且防止BGA板在粘接時變形。
在上述教導的啟發下，本發明的許多修改和變化都是可能的，從所附的權利要求，會更清楚地理解本發明。
權利要求
1.一種制備高性能BGA板的方法，包括步驟a)提供各個BGA板疊層結構；b)提供各個熱沉，用于散發BGA板疊層結構的熱量；c)利用預粘接夾具將粘合劑層預粘接到BGA板疊層結構或熱沉上；d)利用主粘接夾具，將其上已在步驟(c)中預先附著粘合劑層的BGA板疊層結構或熱沉分別與相應的熱沉或BGA板疊層結構進行主粘接。
2.根據權利要求1的制備高性能BGA板的方法，其中所述預粘接步驟包括在帶狀預粘接夾具上覆蓋無塵雙面膠帶；在無塵雙面膠帶上放置各個熱沉，使得熱沉的鍍Ni面與雙面膠帶接觸，而各個熱沉的黑化面朝著粘合劑層；在黑化面涂敷粘合劑層，接著在高壓高溫下松弛地粘接。
3.根據權利要求1的制備高性能BGA板的方法，其中所述預粘接步驟包括在帶狀夾具上覆蓋無塵雙面膠帶；在夾具上如此定位各個BGA板疊層結構，使得用于安裝熱沉的面朝上；在高溫高壓下將粘合劑層涂敷到BGA板疊層結構的用于安裝熱沉的面上。
4.根據權利要求1的制備高性能BGA板的方法，其中所述預粘接步驟包括設置一組引導壁或引導銷釘，用于在帶狀預粘接夾具上固定各個熱沉；借助于引導壁或引導銷釘將熱沉放置到預粘接夾具上，使得各個熱沉的鍍Ni面與預粘接夾具接觸，而各個熱沉的黑化面朝著粘合劑層；在黑化面上涂敷粘合劑層，接著在高溫和高壓下松弛地粘接。
5.根據權利要求1的制備高性能BGA板的方法，其中所述預粘接步驟包括設置一組引導壁或引導銷釘，用于在帶狀預粘接夾具上固定各個BGA板疊層結構；借助于引導壁或引導銷釘將各個BGA板疊層結構定位到預粘接夾具上，使得用于安裝熱沉的面朝上；在高溫高壓下將粘合劑層涂敷到BGA板疊層結構的用于安裝熱沉的面上。
6.根據權利要求1的制備高性能BGA板的方法，其中所述主粘接夾具由不銹鋼或環氧樹脂制成。
7.根據權利要求1的制備高性能BGA板的方法，其中所述主粘接夾具的頂板和底板通過一組引導銷釘彼此固定。
8.根據權利要求1的制備高性能BGA板的方法，其中所述主粘接夾具的頂板和底板通過一組溝槽彼此固定。
9.根據權利要求1的制備高性能BGA板的方法，其中所述主粘接夾具的總厚度比BGA板疊層結構、粘合劑層和熱沉三者相結合的厚度小20-40μm。
10.一種制備高性能BGA板的方法，包括步驟a)提供各個BGA板疊層結構；b)提供各個熱沉，用于散發BGA板疊層結構的熱量；c)預粘接包括設置第一組用于在帶狀預粘接夾具上排列BGA板疊層結構的銷釘；在第一組銷釘的引導下在預粘接夾具上放置BGA板疊層結構；在BGA板疊層結構上以與熱沉相應的圖形形成用覆蓋片覆蓋的粘合劑層，接著從粘合劑層上除去所述覆蓋片；將熱沉附著到撓性膠帶上，然后將附著了撓性膠帶的熱沉排列到粘合劑層上，撓性膠帶通過設置在預粘接夾具上的第二組銷釘鎖定；以及在壓力下將熱沉松弛地粘接到BGA板上；d)將得到的預粘接結構分離出來，該預粘接結構由BGA板疊層結構、粘合劑層和熱沉構成；和e)在高溫和壓力下利用主粘接夾具主粘接預粘接結構。
11.根據權利要求10的制備高性能BGA板的方法，其中以與熱沉相應的圖形形成的所述粘合劑層用帶狀覆蓋片覆蓋。
12.根據權利要求10的制備高性能BGA板的方法，其中所述主粘接夾具由不銹鋼或環氧樹脂制成。
13.根據權利要求10的制備高性能BGA板的方法，其中所述主粘接夾具的頂板和底板通過一組引導銷釘彼此固定。
14.根據權利要求10的制備高性能BGA板的方法，其中所述主粘接夾具的頂板和底板通過一組溝槽彼此固定。
15.根據權利要求10的制備高性能BGA板的方法，其中所述主粘接夾具的總厚度比BGA板疊層結構、粘合劑層和熱沉三者相結合的厚度小20-40μm。
16.一種夾具，用于通過粘合劑層將熱沉和BGA板疊層結構相結合，該夾具由頂板和底板構成，形成空腔，其中如此限定該空腔以便排列BGA板疊層結構、粘合劑層和熱沉，能精確地彼此結合，其中該夾具的總厚度比BGA板疊層結構、粘合劑層和熱沉三者相結合的厚度小20-40μm。
17.根據權利要求16的夾具，其中所述夾具由不銹鋼或環氧樹脂制成。
18.根據權利要求16的夾具，其中所述夾具的頂板和底板通過一組引導銷釘彼此固定。
19.根據權利要求16的夾具，其中所述夾具的頂板和底板通過一組溝槽彼此固定。
全文摘要
公開了一種用于制備高性能BGA板的方法和可用于該方法的夾具。該方法包括利用夾具將粘合劑預粘接到BGA板疊層結構或熱沉上；利用夾具，將在預粘接步驟中已經附著粘合劑的BGA板疊層結構或熱沉分別主粘接到熱沉或BGA板疊層結構上。利用各個熱沉和帶狀夾具，不用帶狀熱沉，可以制備高性能BGA板，并且可以防止熱沉的鍍Ni面受沾污。
文檔編號H01L21/50GK1399508SQ0113484
公開日2003年2月26日 申請日期2001年11月15日 優先權日2001年7月27日
發明者姜明杉, 樸建陽, 康丈珪 申請人:三星電機株式會社