提高CCGA 器件软钎焊焊点可靠性的互连结构及实现方法

摘要

提高CCGA器件软钎焊焊点可靠性的互连结构及实现方法，属于微电子封装技术领域。本发明为了解决现有面阵列封装器件可靠性普遍低于周边引脚封装器件以及高频率、高功率的大芯片面阵列封装器件可靠性低、使用寿命短的问题。所述互连结构中的Cu柱由制成一体的圆柱体和两个端头构成，每个端头呈以直线或圆弧线为母线的回转体状，圆柱体位于呈背对设置的两个端头之间且三者同轴，圆柱体与端头之间平滑过渡；钎焊圆角的高度小于端头的高度。先采用高熔点的焊锡膏，将Cu柱一端钎焊到芯片载体基板一侧的金属膜焊盘上、然后再采用较低熔点的焊锡膏，将Cu柱的另一端钎焊到印刷电路板一侧的金属膜焊盘上。本发明所述互连结构可靠性高、使用寿命长，可用于大芯片的封装。

说明书

技术领域

本发明涉及一种CCGA器件的互连结构及其实现方法，涉及CCGA器件内部互连结构的改进，属于微电子封装技术领域。

背景技术

无铅化、微型化、多功能和高可靠性是近年来电子产品制造的努力方向。与四边引脚封装形式相比，面阵列排布焊点的封装形式在单位面积上的输入/输出(I/O)数量呈几何级数增加，促进了高密度封装技术的发展，使得电子产品不断向微型化、多功能的目标迈进。然而，高可靠性的目标却并没有得到同步发展，加速寿命试验数据表明，与PBGA(Plastic Ball Grid Array)这种无引脚的面阵列封装器件相比，引脚对应力的吸收作用使PLCC(Plastic Lead Chip Carrier)和QFP(Quad Flat Package)四边引脚封装器件焊点的疲劳寿命更高，是PBGA的2-3倍。

由于面阵列封装器件的热疲劳寿命随封装尺寸增加而降低，对于高频率、高功率、高I/O的大芯片封装，通常需要采用CGA(Column Grid Array)封装形式替代BGA(Ball GridArray)封装，借助高度更高的钎料柱来提高器件的散热能力并有效缓解陶瓷芯片载体基板与树脂基板之间TCE(Thermal Coefficient ofExpansion)差异引起的应力。尽管如此，大芯片CCGA(Ceramic Column Grid Array)器件的平均寿命较小尺寸芯片CBGA(CeramicBall Grid Array)器件约低1000个循环，甚至更差。

另外，CCGA器件中的高铅钎料柱互连也不符合无铅化封装的要求，CGA封装的应用处于尴尬的境地。IBM公司于2005年曾提出采用铜柱(这里所述“铜柱”为铜圆柱，铜圆柱的横截面积不变，参见图4)代替高铅钎料柱，由于热循环期间柔韧铜柱易于挠曲变形，互连内部的应力能够被部分释放，因此，铜柱互连的CCGA器件较钎料柱互连的CCGA器件的热疲劳寿命有所提高，但仅限于与小尺寸芯片CBGA相当的水平。

综上所述，目前的应用现状是，面阵列封装器件的热循环寿命普遍低于周边引脚封装器件，不能够实现封装的高可靠性与高密度、微型化、多功能目标的同步发展。因此，有必要采取有效方法和措施来提高面阵列封装器件的可靠性，以满足未来高频率、高功率、高I/O的大芯片封装的可靠性要求，同时为航空航天及军用电子产品的制造提供更高可靠性的封装。

发明内容

本发明为了解决现有面阵列封装器件可靠性低于周边引脚封装器件以及高频率、高功率的大芯片封装器件可靠性低、使用寿命较短的问题。本发明欲通过CCGA器件内部互连结构的改进，显著降低钎焊圆角内部的应力，目的是提供一种可使CCGA器件可靠性显著提高的、可用于大芯片封装的互连结构及其实现方法。

本发明欲达到的目标是：

1)、面阵列封装器件的热循环寿命与周边引脚封装器件相当，甚至更高；

2)、面阵列封装器件抵抗机械外载的能力显著提高。

本发明的设计构思：

传统CCGA器件中呈面阵列排布的焊柱互连，通常是采用低熔点的共晶钎料将中间位置的高熔点的高铅钎料柱的两端分别钎焊到芯片载体基板焊盘和印刷电路板焊盘上，形成的复合钎料焊点显然并不符合电子产品的无铅化要求。同时，传统CCGA的高铅钎料延性差，服役过程中不能借助于钎料柱的变形来释放内应力，因此容易在两种钎料的界面位置形成较大的应力集中而发生开裂。而铜柱CCGA互连，即采用低熔点的共晶钎料将中间位置的铜圆柱的两端分别钎焊到芯片载体基板焊盘和印刷电路板焊盘上的互连，虽能够通过变形来释放部分内应力，但钎料/Cu柱界面钎焊圆角尖端仍然是整个互连结构的应力应变集中位置(如图4的界面A部为应力应变集中位置)，即性能薄弱的钎焊圆角需要承担整个互连结构的峰值应变。

载荷条件一定情况下，器件焊点的可靠性一方面取决于连接材料及连接界面的性能，另一方面与封装结构或焊点几何密切相关。因此，在目前无铅钎料的开发已经相当成熟的条件下，互连结构的改进可遵循两个原则，一是降低不同载荷形式下互连的应力集中程度，二是基于电子器件的薄弱区通常位于钎料焊点界面或内部、70％以上电子产品的失效是由于钎料焊点开裂造成的事实，控制钎料焊点内部局部应力集中程度的同时，尽量通过设计使性能更好的材料代替性能薄弱的钎焊圆角承受互连的峰值应力和峰值应变。

本发明的技术方案为：

本发明所述互连结构包括Cu柱和位于Cu柱两端的钎焊圆角，所述互连结构用于实现芯片或芯片载体基板上的金属膜焊盘和印刷电路板上的金属膜焊盘之间的机械和电气连接，所述Cu柱由制成一体的圆柱体和两个端头构成，每个端头呈以直线或圆弧线为母线的回转体状，圆柱体位于呈背对设置的两个端头之间且三者同轴，圆柱体与端头之间平 滑过渡；钎焊圆角的高度小于端头的高度。

上述提高CCGA器件软钎焊焊点可靠性的互连结的实现方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、制备Cu柱：对铜圆柱丝的两端进行烧球(仅对铜圆柱丝的两端进行烧球形成的端头形状为球缺形)或对铜圆柱丝的两端进行烧球后再利用特定形状的模具在丝的一端对所烧Cu球实施挤压(对铜圆柱丝的两端进行烧球后再利用特定形状的模具在丝的一端对所烧Cu球实施挤压形成的端头形状为圆台形、球台形或其它形状)，以形成上述的端头的形状；

步骤二、先将适量的高熔点无铅钎料SnAg18的焊锡膏印刷到芯片载体基板一侧的呈阵列排布的多个金属膜焊盘上，将多个Cu柱的一端对中并垂直放置到对应的多个金属膜焊盘上，将多个Cu柱的一端一次钎焊到芯片载体基板一侧的多个金属膜焊盘上，钎焊温度控制在钎料液相线温度以上20～40℃；控制印刷的焊锡膏量，使形成的钎焊圆角的高度不超过Cu柱的端头的高度；

步骤三、然后将适量较低熔点的无铅钎料Sn3.0Ag0.5Cu的焊锡膏印刷到印刷电路板一侧的呈阵列排布的多个金属膜焊盘上，将多个Cu柱的另一端对中并垂直放置到对应的印刷电路板一侧的多个金属膜焊盘上，将多个Cu柱的另一端一次钎焊到印刷电路板一侧的多个金属膜焊盘上，钎焊温度控制在钎料液相线温度以上20～40℃；控制印刷的焊锡膏量，使钎焊圆角的高度不超过Cu柱的端头的高度；

步骤四、完成以上步骤，即可获得软钎焊焊点可靠性显著提高的CCGA互连结构。

本发明具有以下有益技术效果：

本发明的创新点在于通过铜圆柱端部(参见图1a、图2a和图3a的1-2)几何形状设计，使互连结构的峰值应变由位于钎焊圆角尖端(参见图4中的A部，钎料与Cu柱的界面)转变为位于铜圆柱的端部(参见图1b、图2b和图3b的B部)。换言之，在热循环期间或机械外力载荷作用下，本发明所述的Cu柱1的圆柱体1-1与两个端头部分1-2(Cu质圆台、Cu质球台或Cu质球缺或其它)的过渡处(参见图1b、图2b和图3b的B部)承担了互连结构的峰值应力和峰值应变，使钎焊圆角2(参见图1、图2和图3)内部及界面的应力应变显著降低，性能薄弱的钎焊圆角2被保护，焊点可靠性可得到显著提高。

本发明适用于高可靠性要求的面阵列封装器件的互连和大芯片面阵列封装器件的互连。本发明使承受热循环载荷和机械外载的CCGA器件的软钎焊焊点可靠性显著提高。本发明使面阵列封装器件的可靠性与周边引脚封装器件相当，促进了面阵列封装的高可靠 性与无铅化、微型化、多功能目标的同步协调发展。本发明所述的提高CCGA器件软钎焊焊点可靠性的互连结构及实现方法，适用于热膨胀系数差别较大的芯片或芯片载体基板与印刷电路板之间的面阵列排布的电气及机械互连。

本发明的具体有益效果表现在以下几个方面：

(1)采用两端呈背对的圆台形、球台形漏斗状的Cu柱互连或哑铃形Cu柱的互连代替CCGA器件的高铅钎料柱互连，可实现CCGA器件的无铅化封装。

(2)采用两端呈背对的圆台形、球台形漏斗状的Cu柱互连或哑铃形Cu柱的互连代替CCGA器件的高铅钎料柱互连，柔韧性好的Cu柱在热循环期间或机械外力载荷作用下可发生变形，可释放部分内应力，可降低互连的应力集中程度，可靠性较高铅钎料柱互连提高。

(3)采用两端呈背对的圆台形、球台形漏斗状的Cu柱互连或哑铃形Cu柱的互连代替CCGA器件的Cu圆柱互连，Cu质的圆台、球台或哑铃球部分强制钎料在其外围和焊盘之间润湿并形成圆滑过渡的互连轮廓形状，互连结构的应力集中程度降低，可进一步提高焊点可靠性。

(4)采用两端呈背对的圆台形、球台形漏斗状的Cu柱互连或哑铃形Cu柱互连代替CCGA器件的Cu柱互连，热循环期间或机械外力载荷作用下铜质的圆台、球台或哑铃球承担了互连结构的峰值应力和峰值应变，钎焊圆角的应力应变显著降低，性能薄弱的钎焊圆角被保护，焊点可靠性可得到显著提高。

(5)采用两端呈背对的圆台形、球台形漏斗状的Cu柱互连或哑铃形Cu柱互连代替CCGA器件的Cu柱互连，改变了Cu柱/钎料界面方向与热循环期间或机械外力载荷作用下互连主应力方向之间的角度关系，不利于裂纹的萌生和进一步扩展，焊点可靠性可得到显著提高。

(6)采用两端呈背对的圆台形、球台形漏斗状的Cu柱互连或哑铃形Cu柱互连代替CCGA器件的焊柱互连，使承受热循环载荷和机械外载的CCGA器件的软钎焊焊点可靠性显著提高，使面阵列封装器件的可靠性与周边引脚封装器件相当，促进了面阵列封装的高可靠性与无铅化、微型化、多功能目标的同步协调发展，工程意义较为理想。

附图说明

图1a是对应实施例1的由Cu柱1钎焊形成的互连结构的纵切面示意图，其中，Cu柱1呈两端背对的圆台形漏斗状；图1b是图1a的局部放大，是Cu柱1一端端头附近的钎焊焊点形状及几何参数示意图；图中，1-1为Cu柱1的圆柱体部分，1-2为Cu柱1两 端的Cu质圆台体部分，2为钎焊圆角，3为芯片或芯片载体基板，4为印刷电路板，5为芯片或芯片载体基板上的金属膜焊盘、印刷电路板上的金属膜焊盘。

图2a是对应实施例2的由Cu柱1钎焊形成的互连结构的纵切面示意图，其中，Cu柱1呈两端背对的球台形漏斗状；图2b是图2a的局部放大，是Cu柱1一端端头附近的钎焊焊点形状及几何参数示意图；图中，1-1为Cu柱1的圆柱体部分，1-2为Cu柱1两端的Cu质球台部分，2为钎焊圆角，3为芯片或芯片载体基板，4为印刷电路板，5为芯片或芯片载体基板上的金属膜焊盘、印刷电路板上的金属膜焊盘。

图3a是对应实施例3的由Cu柱1钎焊形成的互连结构的纵切面示意图，其中，Cu柱1的两端端头呈球缺形，类似哑铃形状；图3b是图3a的局部放大，是Cu柱1一端端头附近的钎焊焊点形状及几何参数示意图；图中，1-1为Cu柱1的圆柱体部分，1-2为Cu柱1两端的Cu质球缺部分，2为钎焊圆角，3为芯片或芯片载体基板，4为印刷电路板，5为芯片或芯片载体基板上的金属膜焊盘、印刷电路板上的金属膜焊盘。

图4为现有技术中由铜圆柱钎焊形成的CCGA互连结构的纵切面示意图(背景技术中提及的)。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1a、图1b、图2a、图2b、图3a和图3b所示，本实施方式所述的提高CCGA器件软钎焊焊点可靠性的互连结构包括Cu柱1和位于Cu柱1两端的钎焊圆角2，所述互连结构用于实现芯片或芯片载体基板3上的金属膜焊盘5和印刷电路板4上的金属膜焊盘5之间的机械和电气连接，所述Cu柱1由制成一体的圆柱体1-1和两个端头1-2构成，每个端头1-2呈以直线或圆弧线为母线的回转体状，圆柱体1-1位于呈背对设置的两个端头1-2之间且三者同轴，圆柱体1-1与端头1-2之间平滑过渡；钎焊圆角2的高度h小于端头1-2的高度l₁。

具体实施方式二：如图1a和图1b所示，本实施方式中每个端头1-2的形状为圆台形；圆柱体1-1的两端各与一个端头1-2的上底面(小端端面)制成一体。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图2a和图2b所示，本实施方式中每个端头1-2的形状为下底面半径为球半径的球台形(球台形是指球体被两个平行平面所截而夹在两平面中间的部分)；圆柱体1-1的两端各与一个端头1-2的上底面(小端端面)制成一体。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：如图3a和图3b所示，本实施方式中每个端头1-2的形状为高度大于球半径的球缺形；圆柱体1-1的两端各与一个端头1-2的上的直面制成一体。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：如图1a和图1b所示，本实施方式中圆柱体1-1的直径d大于等于0.20mm且小于等于金属膜焊盘5的直径D的1/3(0.20≤d≤D/3)，Cu柱1的高度l大于等于1.50mm且小于等于3.00mm(150≤l≤3.00)；Cu柱1的圆台形端头1-2的下底面(大端端面)直径d₁为圆柱体1-1直径d的1.5倍至2倍，圆台形端头1-2的高度l₁大于等于圆柱体1-1的直径d的二分之一且小于等于圆台形端头1-2下底面(大端端面)直径d₁的二分之一(d/2≤l₁≤d₁/2)。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式六：如图2a和图2b所示，本实施方式中圆柱体1-1的直径d大于等于0.20mm且小于等于金属膜焊盘5直径D的1/3(0.20≤d≤D/3)，Cu柱1的高度l大于等于1.50mm且小于等于3.00mm(150≤l≤3.00)；Cu柱1的球台形端头1-2的下底面直径d₁为圆柱体1-1直径d的1.5倍至2倍，球台形端头1-2的高度l₁为圆柱体1-1直径d的0.75倍至1倍。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式七：如图3a和图3b所示，本实施方式中圆柱体1-1的直径d大于等于0.20mm且小于等于金属膜焊盘5直径D的2/5(0.20≤d≤2D/5)，Cu柱1的高度l大于等于2.00mm且小于等于3.50mm(2.00≤l≤3.50)；球缺形端头1-2的球直径d₁为圆柱体1-1直径d的1.5倍至2倍，球缺形端头1-2的高度l₁为圆柱体1-1直径d的1.5倍至2倍。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。

具体实施方式八：如图1a、图1b、图2a、图2b、图3a和图3b所示，本实施方式所述的提高CCGA器件软钎焊焊点可靠性的互连结的实现方法是按照以下步骤实现的：

步骤一、制备Cu柱1：对铜圆柱丝的两端进行烧球(仅对铜圆柱丝的两端进行烧球形成的端头形状为球缺形)或对铜圆柱丝的两端进行烧球后再利用特定形状的模具在丝的一端对所烧Cu球实施挤压(对铜圆柱丝的两端进行烧球后再利用特定形状的模具在丝的一端对所烧Cu球实施挤压形成的端头形状为圆台形、球台形或其它形状)，以形成具体实施方式一所述的端头1-2的形状；

步骤二、先将适量的高熔点无铅钎料SnAg18的焊锡膏印刷到芯片载体基板3一侧的呈阵列排布的多个金属膜焊盘5上，将多个Cu柱1的一端对中并垂直放置到对应的多个金属膜焊盘5上，将多个Cu柱1的一端一次钎焊到芯片载体基板3一侧的多个金属膜焊盘5上，钎焊温度控制在钎料液相线温度以上20～40℃；控制印刷的焊锡膏量，使形成 的钎焊圆角2的高度h不超过Cu柱1的端头1-2的高度l₁；

步骤三、然后将适量较低熔点的无铅钎料Sn3.0Ag0.5Cu的焊锡膏印刷到印刷电路板4一侧的呈阵列排布的多个金属膜焊盘5上，将多个Cu柱1的另一端对中并垂直放置到对应的印刷电路板4一侧的多个金属膜焊盘5上，将多个Cu柱1的另一端一次钎焊到印刷电路板4一侧的多个金属膜焊盘5上，钎焊温度控制在钎料液相线温度以上20～40℃；控制印刷的焊锡膏量，使钎焊圆角2的高度h不超过Cu柱1的端头1-2的高度l₁；

步骤四、完成以上步骤，即可获得软钎焊焊点可靠性显著提高的CCGA互连结构。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

实施例：

实施例1：参见图1a～1b，所述的提高CCGA器件软钎焊焊点可靠性的互连结构，由中间位置的Cu柱1和两端的钎焊圆角2组成，即采用无铅钎料将呈阵列排布的多个中间位置的Cu柱1的两端分别钎焊到对应的芯片载体基板3上的金属膜焊盘5和印刷电路板4上的金属膜焊盘5上形成的，其中Cu柱1的两端被加工成圆台形；而为了维持封装次序，两端的钎焊圆角2分别由熔点大约相差100℃的两种无铅钎料钎焊形成，其中，印刷电路板4一侧采用的是低熔点的表面组装通用的无铅钎料，所述的互连结构的具体实现过程为：

步骤一、根据电性能确定Cu柱1的长径比(Cu柱1的高度l和Cu圆柱体1-1的直径d的比值)范围：根据被替代的传统CCGA器件中高铅钎料柱的直径和高度，按公式(1)计算电性能优于高铅钎料柱的Cu柱1的长径比的范围，

其中：l为柱高度；d为柱直径，即Cu柱1的圆柱体1-1的直径；ρ为电阻率；

步骤二、根据刚度要求确定Cu柱1的圆柱体1-1的直径d和Cu柱1的高度l范围：为保证Cu柱1在热形变载荷和其上结构重力及机械外力载荷的作用下具有足够的刚度，Cu圆柱体1-1的直径d应不小于0.20mm，Cu柱1的高度l不大于3mm；

步骤三、根据封装密度确定Cu圆柱体1-1直径d的范围：在封装密度不变的情况下，即上下基板金属膜焊盘直径D和焊盘间距不变的情况下，为保证钎焊圆角2的良好润湿 和钎焊连接，Cu圆柱体1-1直径d最大不超过焊盘直径D的1/3；

步骤四、根据步骤一、二、三(同时满足)选择并确定Cu圆柱体1-1的直径d和Cu柱1的高度l；

步骤五、加工符合步骤四形状尺寸要求的Cu柱1，Cu柱1加工成型时，控制其两端的Cu质圆台部分的底部直径d₁约为圆柱体1-1直径d的1.5倍至2倍，控制圆台形端头1-2的高度l₁大于等于圆柱体1-1的直径d的二分之一且小于等于圆台下底面(大端端面)直径d₁的二分之一；

步骤六、先采用高熔点的无铅钎料，如SnAg18，将所有呈面阵列排布的Cu柱1的一端钎焊到芯片载体基板3一侧的金属膜焊盘5上，然后再采用较低熔点的表面组装通用的无铅钎料，如Sn3.0Ag0.5Cu，将所有呈面阵列排布的Cu柱1的另一端钎焊到印刷电路板4一侧的金属膜焊盘5上。控制钎焊前印刷的焊锡膏量，使钎焊圆角2的高度h不超过Cu质圆台的高度l₁。根据以上步骤设计、加工和连接，即可获得软钎焊焊点可靠性显著提高的CCGA互连。

实施例2：参见图2a～2b，所述的提高CCGA器件软钎焊焊点可靠性的互连结构，由中间位置的Cu柱1和两端的钎焊圆角2组成，即采用无铅钎料将呈阵列排布的多个中间位置的Cu柱1的两端分别钎焊到对应的芯片载体基板3上的金属膜焊盘5和印刷电路板4上的金属膜焊盘5上形成的，其中Cu柱1的两端被加工成球台形；而为了维持封装次序，两端的钎焊圆角2分别由熔点大约相差100℃的两种无铅钎料钎焊形成，其中，印刷电路板4一侧采用的是低熔点的表面组装通用的无铅钎料，所述的互连结构的具体实现过程为：

步骤一、根据电性能确定Cu柱1的长径比(Cu柱1的高度l和Cu圆柱体1-1的直径d的比值)范围：根据被替代的传统CCGA器件中高铅钎料柱的直径和高度，按公式(1)计算电性能优于高铅钎料柱的Cu柱1的长径比的范围，

其中：l为柱高；d为柱直径，即Cu柱1的圆柱体1-1的直径；ρ为电阻率；

步骤二、根据刚度要求确定Cu柱1的圆柱体1-1的直径d和Cu柱1的高度l范围：为保证Cu柱1在热形变载荷和其上结构重力及机械外力载荷的作用下具有足够的刚度，Cu圆柱体1-1的直径d应不小于0.20mm，Cu柱1的高度l不大于3mm；

步骤三、根据封装密度确定圆柱体1-1直径d的范围：在封装密度不变的情况下，即上下基板的金属膜焊盘直径D和焊盘间距不变的情况下，为保证钎焊圆角2的良好润湿和钎焊连接，圆柱体1-1直径d最大不超过焊盘直径D的1/3；

步骤四、根据步骤一、二、三(同时满足)选择并确定Cu圆柱体1-1的直径d和Cu柱1的高度l；

步骤五、加工符合步骤四形状尺寸要求的Cu柱1，Cu柱1加工成型时，控制其两端的Cu质球台部分的底部直径d₁为Cu圆柱体1-1直径d的1.5倍至2倍，控制Cu质球台高度l₁约等于Cu圆柱体1-1直径d的0.75倍至1倍；

步骤六、先采用高熔点的无铅钎料，如SnAg18，将所有呈面阵列排布的Cu柱1一端钎焊到芯片载体基板3一侧的金属膜焊盘5上，然后再采用较低熔点的表面组装通用的无铅钎料，如Sn3.0Ag0.5Cu，将所有呈面阵列排布的Cu柱1的另一端钎焊到印刷电路板4一侧的金属膜焊盘5上。控制钎焊前印刷的焊锡膏量，使钎焊圆角2的高度h不超过Cu质球台的高度l₁。根据以上步骤设计、加工和连接，即可获得软钎焊焊点可靠性显著提高的CCGA互连。

实施例3：参见图3a～3b，所述的提高CCGA器件软钎焊焊点可靠性的互连结构，由中间位置的Cu柱1和两端的钎焊圆角2组成，即采用无铅钎料将呈阵列排布的多个中间位置的Cu柱1的两端分别钎焊到对应的芯片载体基板3上的金属膜焊盘5和印刷电路板4上的金属膜焊盘5上形成的，其中Cu柱1的两端被加工成球缺形(球缺高度大于球的半径)；而为了维持封装次序，两端的钎焊圆角2分别由熔点大约相差100℃的两种无铅钎料钎焊形成，其中，印刷电路板4一侧采用的是低熔点的表面组装通用的无铅钎料，所述的互连结构的具体实现过程为：

步骤一、根据电性能确定Cu柱1的长径比(Cu柱1的高度l和Cu圆柱体1-1的直径d的比值)范围：根据被替代的传统CCGA器件中高铅钎料柱的直径和高度，按公式(1)计算电性能优于高铅钎料柱的Cu柱1的长径比的范围，

其中：l为柱高度；d为柱直径，即Cu柱1的圆柱体1-1的直径；ρ为电阻率；

步骤二、根据刚度要求确定Cu柱1的圆柱体1-1的直径d和Cu柱1的高度l范围：为保证Cu柱1在热形变载荷和其上结构重力及机械外力载荷的作用下具有足够的刚度，Cu圆柱体1-1的直径d应不小于0.20mm，Cu柱1的高度l不大于3.50mm；

步骤三、根据封装密度确定Cu圆柱体1-1直径d的范围：在封装密度不变的情况下，即上下基板的金属膜焊盘直径D和焊盘间距不变的情况下，为保证钎焊圆角2的良好润湿和钎焊连接，Cu圆柱体1-1直径d最大不超过焊盘直径D的2/5；

步骤四、根据步骤一、二、三(同时满足)选择并确定Cu圆柱体1-1的直径d和Cu柱1的高度l；

步骤五、加工符合步骤四形状尺寸要求的Cu柱1，Cu柱1加工成型时，控制其两端的Cu质球缺部分的最大直径d₁约为圆柱体1-1直径d的1.5倍至2倍，控制Cu质球缺部分高度l₁约等于圆柱体1-1直径d的1.5倍至2倍；

步骤六、先采用高熔点的无铅钎料，如SnAg18，将所有呈面阵列排布的Cu柱1一端钎焊到芯片载体基板3一侧的金属膜焊盘5上，然后再采用较低熔点的表面组装通用的无铅钎料，如Sn3.0Ag0.5Cu，将所有呈面阵列排布的Cu柱1的另一端钎焊到印刷电路板4一侧的金属膜焊盘5上。控制钎焊前印刷的焊锡膏量，使钎焊圆角2的高度h不超过Cu质球缺部分的高度l₁。根据以上步骤设计、加工和连接，即可获得软钎焊焊点可靠性显著提高的CCGA互连。

按上述实施例，设计如下的CCGA器件的改进互连结构，陶瓷芯片载体基板3和印刷电路板4的金属膜焊盘5的直径D均为0.80mm，Cu圆柱体1-1直径d为0.25mm，Cu柱1的高度l为2.46mm，Cu柱1的两端Cu质端头1-2呈球台形，球台形下底面直径d₁为0.50mm，球台形高度l₁为0.25mm，两端分别采用Sn18Ag和Sn3.0Ag0.5Cu无铅钎料实现钎焊连接，形成的钎焊圆角2的高度h为Cu质端头1-2高度的2/3。该互连结构的有限元计算结果表明，与相同高度l、相同直径d的普通Cu柱CCGA互连(其Cu柱高度l为2.46mm、Cu柱直径d为0.25mm，背景技术中提到的普通Cu圆柱)相比，互连结构的峰值应力和峰值应变均转移到性能好的Cu柱1内部，热循环载荷和弯矩载荷下性能薄弱的钎焊圆角内部的最大等效塑性应变值至少可降低至普通Cu柱CCGA的1/10，即Cu柱互连的CCGA器件寿命可提高10倍。

本发明所提及的Cu柱的几何形状参数的单位均为mm。