焊球和包括焊球的電路板的制作方法
【專利說明】焊球和包括焊球的電路板
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2014年3月10日提交至韓國知識產權局的韓國專利申請序列號10-2014-0027745的外國優先權，通過引用將其全部并入本申請。
技術領域
[0003]本發明的實施方式涉及焊球(solder ball)和包括焊球的電路板。
【背景技術】
[0004]根據諸如智能電話、平板PC、和筆記本電腦的各種電子產品的小型化、瘦身、輕量化的趨勢，安裝在此類電子產品內的各種電子組件，包括諸如電路板、CPU、通訊芯片、以及存儲器件的組件也應當變得更小。同時，根據電子組件的高性能趨勢，設備或者配線的密度日益增加。
[0005]同時，對于用于將諸如封裝組件的電子組件耦接至電路板或者將電路板彼此耦接的凸塊成型工藝(bump-forming process,凸面成型工藝)，也需要新的范式技術。
[0006]在常規的半導體倒裝芯片PCB的凸塊成型工藝中，主要使用利用焊膏(SP)的印刷方法。該常規的印刷方法使用包含其中混合小的金屬微粒和有機物質的焊劑的糊式SP。
[0007]然而，根據凸塊間距的小型化的趨勢，在印刷SP時存在由于焊劑的涂抹導致諸如產生凸塊橋接等的問題。
[0008]為了克服這些問題，提出微球安裝方法。該微球安裝方法對于微細凸塊間距的實現是有利的并且具有凸塊的尺寸和高度均一性高的優勢。
[0009]同時，該微球由具有諸如Sn-Ag-Cu和Sn-Cu的組合物的材料制成。這些材料被廣泛地用于實現SP或者焊球。
[0010]然而，當諸如易受應力損害的硅片等電子組件被耦接至由上述材料制成的常規的焊球時，諸如硅片的電子組件可能破裂。
[0011]因此，對有效緩沖在耦接過程中產生的應力的裝置的需求不斷增加。
【發明內容】
[0012]本發明的一方面是解決上述問題并且提供可以有效緩沖在耦接過程(couplingprocess)中產生的應力的焊球。
[0013]本發明的另一方面是提供即使在經歷使用焊球的耦接過程之后，可以降低由于破裂導致的次品率的電路板。
[0014]本發明的益處不限于解決上述問題；通過以下描述，本領域技術人員將清楚地理解上文沒有描述的其他技術方面。
[0015]根據本發明的一個方面，提供一種焊球，該焊球包括:核心，由在約20°C至約110°c保持液態的材料制成；中間層，由在低于約270°c的溫度下保持固態的材料制成；以及表面層，由具有約230°C至約270°C的熔化溫度的材料制成。
[0016]此時，形成中間層的材料可以是在約20°C至約270°C的溫度條件下沒有與形成核心的材料形成金屬間化合物的金屬。
[0017]此外，形成中間層的材料可以是在約20°C至約270°C的溫度條件下沒有與形成表面層的材料形成金屬間化合物的金屬。
[0018]此外，形成核心的材料可以包括選自Ga和Cs的至少一種材料。
[0019]此外，形成核心的材料可以包括選自Ga-Al、Ga-B1、Ga_In、Ga-Sn> Ga-Zn>Ga-Zn-Sn, B1-Pb-Sn, B1-Pb-Sn-Cd, B1-Pb-1n-Sn-Cd 及 B1-Pb-1n-Sn-Cd-Ti 中的至少一種材料。
[0020]此外，形成核心的材料可以包括選自Ga、Cs、Ga-Al.Ga-Bi, Ga-1n, Ga-Sn, Ga-Zn,Ga-Zn-Sn、B1-Pb-Sn、B1-Pb-Sn-Cd、B1-Pb-1n-Sn-Cd、以及 B1-Pb-1n-Sn-Cd-Ti 的至少一種材料，和形成中間層的材料可以包括選自Al、Zn、以及Pb的至少一種材料。
[0021]此外，形成表面層的材料可以包括Sn。
[0022]根據本發明的另一方面，提供一種電路板，該電路板包括:設置在電路板的至少一個表面上的根據上述方面的焊球；和導電圖案。
[0023]此外，選自有源器件、無源器件、印刷電路板、以及半導體封裝件的至少一個可以耦接至焊球。
[0024]根據本發明的另一方面，提供一種焊球，該焊球包括:核心，由第一金屬制成；中間層，由第二金屬制成；以及表面層，由第三金屬制成，其中，第一金屬和第二金屬可以是在約20°C至約270°C的溫度條件下沒有形成金屬間化合物的材料。
[0025]此時，核心可以由在約20°C至約110°C保持液態的材料制成，中間層可以由在低于約270°C的溫度下保持固態的材料制成，和表面層可以由具有約230°C至約270°C的熔化溫度的材料制成。
[0026]此外，中間層可被設置為覆蓋核心的外側，和表面層可以被設置為覆蓋中間層。
[0027]此外，形成核心的材料可以包括選自Ga、Cs、Ga-Al.Ga-Bi, Ga-1n, Ga-Sn, Ga-Zn,Ga-Zn-Sn、B1-Pb-Sn、B1-Pb-Sn-Cd、B1-Pb-1n-Sn-Cd、以及 B1-Pb-1n-Sn-Cd-Ti 的至少一種材料，和形成中間層的材料可以包括選自Al、Zn、以及Pb的至少一種材料。
[0028]此外，形成表面層的材料可以包括Sn。
[0029]根據本發明的另一方面，焊球包括核心、中間層、以及表面層。中間層具有比表面層和核心的熔點高的熔點。
[0030]其他方面和/或優點將部分地在接下來說明中闡述，部分將從說明書中顯而易見，或者通過本發明的實踐可以獲悉。
【附圖說明】
[0031]從下列實施方式的描述并且結合附圖，本發明的總體發明構思的這些和/或其他方面以及優點將變得顯而易見且更容易理解，在附圖中:
[0032]圖1是示意性地示出了根據本發明的實施方式的焊球的截面圖；
[0033]圖2A是示出根據本發明的實施方式的在焊球上進行回流處理之前的材料狀態的示圖；
[0034]圖2B是示出根據本發明的實施方式的在焊球上進行回流處理時的材料狀態的示圖；
[0035]圖3A是示意性地示出了根據本發明的實施方式的電路板的截面圖；
[0036]圖3B是示意性地示出了根據本發明的另一個實施方式的電路板的截面圖；
[0037]圖4A是示意性地示出取決于Ga和Al的比率與溫度的狀態的金屬相圖；
[0038]圖4B是示意性地示出取決于Ga和Bi的比率與溫度的狀態的金屬相圖；
[0039]圖4C是示意性地示出取決于Ga和In的比率與溫度的狀態的金屬相圖；
[0040]圖4D是示意性地示出取決于Ga和Sn的比率與溫度的狀態的金屬相圖；
[0041]圖4E是示意性地示出取決于Ga和Zn的比率與溫度的狀態的金屬相圖；
[0042]圖5A是示意性地示出取決于Cs和Sn的比率與溫度的狀態的金屬相圖；
[0043]圖5B是示意性地示出取決于Bi和Cs的比率與溫度的狀態的金屬相圖；和
[0044]圖5C是示意性地示出取決于In和Cs的比率與溫度的狀態的金屬相圖。
【具體實施方式】
[0045]通過參考以下結合附圖詳細描述的實施方式，本發明的優點和特征以及實現本發明的方法將是顯而易見的。然而，本發明并不局限于以下公開的實施方式且可以以各種不同的形式實現。提供實施方式僅是為了完善本發明的公開內容和為了向本領域技術人員充分表現本發明的范圍。通篇說明書，相同的附圖標記指代相同的元件。
[0046]本文中使用的術語是用來解釋實施方式，而不是限制本發明。在整個說明書中，除非上下文另有明確的指示，否則單數形式也包括復數形式。本文中使用的術語“包括”和/或“包含”除了上面提及的組件、步驟、操作和/或器件之外，并不排除另一種組件、步驟、操作和/或器件的存在和附加。
[0047]為了說明的簡便和清晰，附圖示出了構造的一般形式，并且可以省略已知的特征和技術的描述和細節，以避免不必要地使本發明的描述的實施方式的討論變得晦澀。此外，在附圖中的元件不一定按比率繪制。例如，在附圖中的一些元件的尺寸可相對于其他元件放大，以幫助提高對本發明的實施方式的理解。不同附圖中的相同附圖標記表示相同的元件。
[0048]在說明書和權利要求書中的術語“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果有的話)是用于區分相似的元件，并且不一定用于描述描述特定的順序或時間順序。應當理解，在合適的情況下，如此使用的術語可互換，因此，例如，本文中描述的本發明的實施方式能夠按本文中示出的或另外描述的那些順序之外的順序來操作。類似地，如果在本文中方法被描述為包括一系列步驟，如本文中呈現的這些步驟的順序不一定是可以執行這些步驟的唯一的順序，并且某些所述步驟可以被省略和/或本文中未描述的某些其他步驟可被添加至該方法。此外，術語“包含”、“包括”、“具有”和其任何變形，旨在涵蓋非排他性的包括，因此，包含一組元件的工藝、方法、物品或設備不一定限于那些元件，而是可包括未明確列出的或對這些工藝、方法、物品或設備所固有的其他元件。
[0049]在本說明書和權利要求書中的術語“左”、“右”、“前”、“后”、“頂部”、“底部”、“上”、
“下”等(如果有的話)是用于描述的目的，并且不一定用于描述永久的相對位置。應當理解，在合適的情況下，如此使用的術語可互換，因此，例如，本文中描述的本發明的實施方式能夠按本文中示出的或另外描述的那些方位之外的方位來操作。如本文中使用的術語“耦接”被定義為以電的或非電的方式直接地或間接地連接。本文中被描述為彼此“鄰近”的對象可以是彼此物理接觸、彼此之間非常接近或在相同的一般區域或作為彼此的范圍中，視使用短語的上下文情況而定。本文中短語“在一個實施方式中”的出現不一定都指相同的實施方式。
[0050]在下文中，將參照附圖詳細地描述本發明的實施方式的配置和操作效果。
[0051]圖1是示意性地示出了根據本發明的實施方式的焊球100的截面圖。
[0052]參考圖1，根據本發明的實施方式的焊球100可以包括核心110、中間層120、以及表面層130。
[0053]此時，核心110可以被設置在焊球100的中心，中間層120可以形成為覆蓋核心110的外表面,和表面層130可以形成為覆蓋中間層120。
[0054]即，在實施方式中，焊球100可以被實現為由核心110-中間層120-表面層130組成的三層結構。
[0055]此外，核心110、中間層120、以及表面層130中的至少一個可以具有大致的球形或者橢圓形狀。
[0056]同時，核心110可以由在室溫下保持液態的材料制成。
[0057]以及中間層120可以由甚至在相對高溫的環境中保持固態的材料制成。
[0058]此外，表面層130可以由在室溫下保持固態和在預定溫度之上的高溫環境中變成液態的材料制成。
[0059]在實施方式中，核心110可以由在20至110°C保持液態的材料制成，中間層120可以由在低于270°C的溫度下保持固態的材料制成，和表面層130可以由具有230至270°C的熔化溫度的材料制成。
[0060]在使用焊球100的耦接過程中可以進行回流處理。此時，當回流處理被執行時，可以向耦接部提供熱風以將焊球100加熱至230至2