[发明专利]焊料柱及其制造方法

说明书

一种改进的焊料柱，具有包括焊料芯材料的焊料芯，围绕焊料芯的至少大部分外表面并且包括交织成网的多条线的外骨架套筒结构，以及形成于所述外骨架中所述多条线之间的多个空间。可以配置外骨架套筒，使得外骨架套筒将支撑焊料芯，从而防止焊料芯在超过焊料芯液相线温度的温度下塌陷。可选地，多个空间的每一个能够具有与该空间相邻的线的宽度一样大的宽度和高度，并且该空间可以配置为对焊料柱提供附加弹性。

参照优先权申请的结合

本申请要求2019年4月17日提交的、名称为焊料柱及其制造方法的62/835,322号美国专利申请，以及2019年6月13日提交的、名称为焊料柱及其制造方法的、专利申请号为16/440,905、目前美国专利号为10,477,698的美国专利的优先权，二者的内容以引用的方式结合在本文中，如同其全文在本文陈述。依据适当的法律基础要求优先权。

技术领域

本公开的设置一般涉及焊料柱结构以及用于制造焊料柱结构的方法。

背景技术

通常地，金属间连接形成于多个焊料柱和连接盘网格阵列(LGA)基底上的传导垫之间。初始时，使用一层焊膏覆盖LGA上的传导垫阵列。加热后，焊膏回流到传导垫上，引起焊料柱和LGA上的传导垫之间的金属间连接。LGA基底材料可以由陶瓷、塑料或硅材料组成。在回流工艺完成后，具有焊料柱的LGA在本领域中被称为柱栅阵列(CGA)或陶瓷柱栅阵列(CCGA)。一般而言，CGA器件上的焊料柱的数量范围可以是4至10000，或者随着电子器件和集成电路封装密度的持续增加而更多。

球栅阵列(BGA)器件是CGA柱栅阵列器件的一种替代。BGA器件包含由焊料球体(球)构成的阵列，以提供BGA基底上的传导垫和印刷电路板(PCB)之间的电连接。在本领域中，由陶瓷材料(诸如，氧化铝或Al₂O₃)构成的BGA基底被称为陶瓷球栅阵列(CBGA)。在苛刻的环境下或者当过热或功率过高时，经常需要陶瓷基底。

然而，BGA器件的一个潜在的问题是，BGA基底和PCB板之间会存在热膨胀系数(CTE)的实质差异。当大尺寸BGA基底附接到由塑料玻璃交织材料，诸如，FR-4或其他层压材料，制成的PCB板上时，该CTE差异的潜在问题通常变得更加棘手。这样的热膨胀系数差异会引起将BGA器件和PCB板相互连接的焊料球体(焊料球)的变形。随着时间推移，由于CTE不匹配的问题，在大尺寸BGA基底和塑料玻璃交织的PCB之间，焊料球和金属垫之间的电连接会断开。

CTE不匹配的问题已经通过使用圆柱状焊料柱替代焊料球体(焊料球)作为模组基底和PCB板之间的电互连而解决。传统上，在军事、航空航天和国防领域应用中趋向使用的焊料柱为圆柱状，并且通常具有大约0.50mm(0.020英寸)的直径，以及大约2.2mm(0.087英寸)的高度。然而，通常在大功率计算机服务器、人工智能(Ai)、5G无线通讯和微电子领域中使用的焊料柱，直径可能小至0.10mm(0.004英寸)或者大于0.889mm(0.035英寸)。进一步地，焊料柱的长度可能短至0.15mm(0.006英寸)或者长至3.81mm(0.150英寸)或者更长。

在将多个焊料柱附接至LGA基底之前，LGA基底上的传导垫通常覆盖有受控厚度的焊膏。在一些情况下，对于航空航天、军事和国防工业领域中的应用，可能优先考虑由铅锡合金，诸如，Sn63/Pb37，构成的焊膏。然而，在商业领域中，对于需要无铅材料的应用，可能使用无铅焊膏合金，诸如SAC305(Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5)，或其他含有铋(Bi)、铟(In)或其他添加物的无铅合金。焊料柱的另一种替代是微螺旋弹簧，通常由铍铜(Be-Cu)合金制成，并电镀有锡铅焊料(Sn60/Pb40)或其他镀层，诸如，镍金(Ni-Au)。

焊料柱通常竖直地垂直置于LGA基底上的对应传导垫阵列上。然后，基底通常与高温焊料柱或者与替代的引脚以及低温焊膏层一起被加热，使得焊膏回流，以在焊料柱和LGA传导垫之间形成金属间倒角连接，而无需熔化或破坏焊料柱。具有附接焊料柱的完整封装，在本领域中被称为柱栅阵列(CGA)或陶瓷柱栅阵列(CCGA)封装。