集成电路封装结构及降低散热焊盘焊接空洞的实现方法与流程

本发明属于集成电路领域，具体涉及一种集成电路封装结构及降低散热焊盘焊接空洞的实现方法。

背景技术：

1、集成电路封装结构中的热焊盘空洞问题，指的是在集成电路封装过程中焊点内部形成的一种缺陷。具体来说，它是指在集成电路芯片的热焊盘（通常是散热焊盘，用于增强芯片的热传导）与焊料（如焊锡膏或其他焊接材料）之间，在回流焊工艺中未能完全填充焊料，从而在焊点内部或界面处留下未被焊料填充的空间或气泡。这些空洞的存在会直接影响到焊接质量，具体表现在以下几个方面：

2、热传导能力下降：空洞会降低热焊盘的热传导效率，因为焊料中的空气是不良的热导体，阻碍了热量从芯片到散热路径的有效传递，可能导致芯片过热，影响集成电路的稳定性和寿命。

3、机械强度和可靠性降低：焊接空洞可能成为应力集中的弱点，降低封装结构的机械强。

4、集成电路封装结构散热焊盘与钎料的接触面经常设计为弧形面，这个弧形面形状是会影响回流焊焊接过程中散热焊盘焊接空洞的数量，这种影响主要通过以下几个机制体现：

5、毛细作用的促进：弧形面设计可以创造出一个从中心向边缘逐渐变宽的间隙，这种不平行的间隙结构有助于利用毛细作用原理；在回流焊过程中，钎料在加热熔化后，会优先填充较小的间隙（即靠近散热焊盘中心的部分），随后逐渐向外扩展；这种填充模式有助于气体从较大的间隙端排出，从而减少焊接空洞的形成；

6、气体排放路径优化：弧形设计可以为焊接过程中产生的挥发性气体提供更有效的排放路径；当钎料填充时，气体能够沿焊盘与散热焊盘之间的较大间隙更容易地逃逸，避免了气体被封闭在焊料内部形成空洞；

7、焊接应力分布：弧形界面可以更均匀地分配焊接过程中的热应力和机械应力，减少局部应力集中，这有助于避免因应力导致的裂纹或空洞形成；

8、焊接界面的稳定性：合适的弧形设计能够增加钎料与散热焊盘接触的表面积，提高焊接界面的稳定性，有助于形成更加致密、无缺陷的焊接接头，减少空洞的产生；

9、因此，散热焊盘与钎料接触面的弧形设计是一个重要的工程细节，这个弧形面的几何形态，可以在回流焊过程中有效地减少焊接空洞，提升集成电路封装的可靠性和性能，不过现有技术并没有关注这类的技术设计,更加没有有关散热焊盘与钎料接触面的弧形的工程细节技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种集成电路封装结构及降低散热焊盘焊接空洞的实现方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、集成电路封装结构包括位于上部的集成电路本体，集成电路本体下部为下凸起散热焊盘，下凸起散热焊盘下部为钎料，钎料下部为电路板焊盘，下凸起散热焊盘与钎料的接触面是弧形面，弧形面曲率半径由钎料流动的表面张力系数与钎料流动时接触角计算获得。

4、优选地，弧形面曲率半径由钎料流动的表面张力系数与钎料流动时接触角计算获得具体的：

5、构建钎料流动的表面张力与曲率关系方程，描述曲面钎料液体的表面张力与曲率之间的关系：

6、；

7、其中，γ 是钎料流动的表面张力系数，θ 是钎料流动的接触角，r 是下凸起散热焊盘与钎料的接触面曲率半径；

8、根据钎料流动的表面张力与曲率关系方程，反推出下凸起散热焊盘与钎料的接触面曲率半径r：

9、；

10、确定钎料流动的接触角θ，钎料流动的表面张力系数γ，计算得到下凸起散热焊盘与钎料的接触面曲率半径r，将得到的下凸起散热焊盘与钎料的接触面曲率半径r应用于散热焊盘的弧形面。

11、优选地，对下凸起散热焊盘与钎料的接触面曲率半径r进行微调，包括：

12、毛细流动计算通过以下公式进行：

13、；

14、fc是毛细力，γ 是钎料流动的表面张力系数，r 是下凸起散热焊盘与钎料的接触面曲率半径；按照目标毛细力、钎料流动的表面张力系数γ计算得到调整之后的下凸起散热焊盘与钎料的接触面曲率半径r。

15、优选地，对下凸起散热焊盘与钎料的接触面曲率半径r进行微调，包括：通过调整散热焊盘直径d与下凸起散热焊盘与钎料的接触面曲率半径r的比例对下凸起散热焊盘与钎料的接触面曲率半径r进行微调。

16、本申请还公开了一种降低散热焊盘焊接空洞的实现方法，包括步骤有：

17、选用含有活性助焊剂的钎料，以高精度的全自动印刷机和定制钢网，确保钎料印刷到电路板焊盘，将集成电路本体下部的下凸起散热焊盘置于钎料并且使得下凸起散热焊盘与钎料的接触面是弧形面，弧形面曲率半径由钎料流动的表面张力系数与钎料流动时接触角计算获得；

18、制定回流焊温度曲线，包括预热、保温、回流和冷却阶段的温度与时间控制，确保钎料充分熔化并有足够时间排除气体；在回流焊炉内使用氮气氛围。

19、优选地，在下凸起散热焊盘的非接触面设计微结构加强筋或减震结构。

20、优选地，在下凸起散热焊盘与电路板焊盘间引入柔性材料层，作为应力缓冲区，进一步分散焊接应力。

21、优选地，弧形面曲率半径由钎料流动的表面张力系数与钎料流动时接触角计算获得具体的：

22、构建钎料流动的表面张力与曲率关系方程，描述曲面钎料液体的表面张力与曲率之间的关系：

23、；

24、其中，γ 是钎料流动的表面张力系数，θ 是钎料流动的接触角，r 是下凸起散热焊盘与钎料的接触面曲率半径； 根据钎料流动的表面张力与曲率关系方程，反推出下凸起散热焊盘与钎料的接触面曲率半径r：

25、；

26、确定钎料流动的接触角θ，钎料流动的表面张力系数γ，计算得到下凸起散热焊盘与钎料的接触面曲率半径r，将得到的下凸起散热焊盘与钎料的接触面曲率半径r应用于散热焊盘的弧形面。

27、有益效果:本申请的技术方案通过精心设计的集成电路封装结构及优化的焊接方法，显著提高了焊接质量，特别是针对散热焊盘空洞问题提出了创新性的解决方案，实现了以下显著的技术效果：

28、显著减少焊接空洞率：利用精确计算的弧形接触面曲率设计，优化毛细作用力引导钎料流动，优先填充小间隙并有效排出气体，显著降低了焊接空洞的产生，空洞率控制在极低水平，提高了封装的电气性能和可靠性。

29、增强焊接界面稳定性与可靠性：通过优化的曲率设计和微结构，增加了钎料与散热焊盘的接触面积，形成更加稳定、致密的焊接接头，减少了界面缺陷，提升了长期工作环境下抗热循环应力的能力，延长了使用寿命。

技术特征：

1.集成电路封装结构，其特征在于，包括位于上部的集成电路本体，集成电路本体下部为下凸起散热焊盘，下凸起散热焊盘下部为钎料，钎料下部为电路板焊盘，下凸起散热焊盘与钎料的接触面是弧形面，弧形面曲率半径由钎料流动的表面张力系数与钎料流动时接触角计算获得。

2.根据权利要求1所述的集成电路封装结构，其特征在于，弧形面曲率半径由钎料流动的表面张力系数与钎料流动时接触角计算获得具体的：

3.根据权利要求1所述的集成电路封装结构，其特征在于，对下凸起散热焊盘与钎料的接触面曲率半径r进行微调，包括：

4.根据权利要求1所述的集成电路封装结构，其特征在于，对下凸起散热焊盘与钎料的接触面曲率半径r进行微调，包括：通过调整散热焊盘直径d与下凸起散热焊盘与钎料的接触面曲率半径r的比例对下凸起散热焊盘与钎料的接触面曲率半径r进行微调。

5.降低散热焊盘焊接空洞的实现方法，其特征在于，包括步骤有:

6.根据权利要求5所述的降低散热焊盘焊接空洞的实现方法，其特征在于，在下凸起散热焊盘的非接触面设计微结构加强筋或减震结构。

7.根据权利要求5所述的降低散热焊盘焊接空洞的实现方法，其特征在于，在下凸起散热焊盘与电路板焊盘间引入柔性材料层，作为应力缓冲区，进一步分散焊接应力。

8.根据权利要求5所述的降低散热焊盘焊接空洞的实现方法，其特征在于，弧形面曲率半径由钎料流动的表面张力系数与钎料流动时接触角计算获得具体的：

技术总结本发明具体涉及一种集成电路封装结构及降低散热焊盘焊接空洞的实现方法，其包括位于上部的集成电路本体，集成电路本体下部为下凸起散热焊盘，下凸起散热焊盘下部为钎料，钎料下部为电路板焊盘，下凸起散热焊盘与钎料的接触面是弧形面，弧形面曲率半径由钎料流动的表面张力系数与钎料流动时接触角计算获得。本申请的技术方案通过精心设计的集成电路封装结构及优化的焊接方法，利用精确计算的弧形接触面曲率设计，优化毛细作用力引导钎料流动，优先填充小间隙并有效排出气体，显著降低了焊接空洞的产生，空洞率控制在极低水平。技术研发人员：赵越,刘顺生受保护的技术使用者：深圳市秀武电子有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/29