專利名稱：電路基板上多余焊料的垂直去除的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及印刷電路基板，更具體地說，涉及防止再加工的印刷電路基板上的焊接缺陷。
背景技術(shù)：
在電子工業(yè)中使用印刷電路基板安置和互連電路。用于電子工業(yè)的印刷電路基板的示例包括陶瓷基板、印刷電路板、柔性印刷電路、金屬上陶瓷(porcelain-on-metal)基板以及硅上硅(silicon-on-silicon)基板。這些電路可包括大封裝內(nèi)的昂貴的微處理器或數(shù)字信號處理器，它們需要許多引腳連接至該印刷電路基板。例如，球柵陣列(BGA)封裝可用于這種電路。這些BGA封裝通常通過表面安裝技術(shù)電氣連接至印刷電路基板，其中表面安裝技術(shù)例如是使用熱空氣或諸如氖氣的其它熱氣體的大規(guī)模回流焊。
BGA封裝會特別地導(dǎo)致一些制造困難，這是因為印刷電路基板與BGA引腳間的焊點連接直接位于BGA封裝之下。因此，不能使用標準波峰焊回流焊技術(shù)，因為焊料不能移動至封裝之下形成焊點。此外，這些焊點的密度可以相當大，導(dǎo)致焊點間很小的間距，這會引起焊料橋接，使焊點短路。結(jié)果，必須使用特殊的組裝技術(shù)，包括預(yù)置在電路基板上并由焊料掩膜分隔的焊球、印刷焊膏或者焊料凸塊。然后將BGA封裝置于焊膏、焊料凸塊或焊球上，并利用熱空氣或諸如氖氣的其它熱氣體加熱該組件，熔化焊料，以將BGA引腳連接至印刷電路基板焊點。雖然大多數(shù)BGA連接與修復(fù)技術(shù)利用熱空氣熔化焊料，但對于單面組件，有時在電路基板之下使用加熱板或加熱筒熔化焊料。已經(jīng)用于局部熔化焊料的局部加熱電路基板的其它方法包括紅外輻射，軟光束能量，激光能量，以及施加熱壓縮蒸氣，例如fluorinert(其用于氣相回流系統(tǒng))。
在去除有缺陷的BGA封裝時此問題變得更加嚴重，因為去除過程通常涉及重新加熱焊點并仔細地去除BGA器件。如果該BGA器件沒有適當?shù)孛撾x電路板(例如出現(xiàn)側(cè)移)，則會出現(xiàn)焊料橋接，這需要進一步的恢復(fù)措施或者電路基板的報廢。此外，焊點間使用的焊料掩膜較為脆弱而且易于變形，如果在去除BGA封裝時出現(xiàn)任何側(cè)移，則會損壞該焊料掩膜。如果焊料掩膜受到損壞，則在再加工的電路基板上重新安裝新的BGA器件會導(dǎo)致新的焊料橋接，這又需要進一步的再加工。
現(xiàn)有技術(shù)的方法包括利用切割線去除封裝和使用高壓噴水。然而，這些機械方法必然會對焊料掩膜造成損壞。對焊料進行回流去除零件將對焊料掩膜造成最小程度的損壞。然而，在去除BGA封裝后可能在上面留下多余的殘留焊料，這需要對于電路基板進行進一步的再加工，例如使用本領(lǐng)域公知的編織銅焊料吸取器。進一步的再加工也會損壞焊料掩膜。
因此，需要一種從電路基板去除可導(dǎo)致焊料橋接的多余焊料而不損壞焊料掩膜的改進技術(shù)。還希望以簡單的單次班組操作形式提供這種改進，單次班組操作限制了破壞性側(cè)移的可能性。對于連接和斷開印刷電路基板使用相同的設(shè)備將進一步受益，這可使去除過程經(jīng)濟可行并保持過程可控。


利用所附權(quán)利要求中的特性闡述相信為新穎的本發(fā)明的特征。通過參考下面的說明并結(jié)合附圖可最好地理解本發(fā)明及其進一步的目標與優(yōu)勢，在附圖中，相同的附圖標記表示相同的元件，并且其中圖1是本領(lǐng)域公知的BGA器件和印刷電路基板組件的剖面圖；圖2是典型的回流焊去除BGA器件后的圖1的印刷電路基板的剖面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的接近圖2的印刷電路基板多余焊料放置的犧牲電路基板的剖面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的圖3的回流組件上犧牲電路基板操作的剖面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的在去除犧牲電路基板后圖4的印刷電路基板的剖面圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。
雖然本發(fā)明易于進行各種修改和替換形式，又在附圖中通過示例表示了特定實施例，并且將在此進行詳細說明。然而應(yīng)當理解，并不是要將本發(fā)明限制于所公開的特定形式。相反，本發(fā)明涵蓋落入由所附權(quán)利要求限定的廣泛范圍之內(nèi)的所有修改、等效和替換。
具體實施例方式
本發(fā)明提供一種從電路基板去除多余殘留焊料而不損壞焊料掩膜的改進方法。本發(fā)明還提供一種簡單的單次班組操作法，其限制了破壞性側(cè)移的可能性。此外，可將組裝電路基板的同樣設(shè)備用于將電路從印刷電路板脫離，使本發(fā)明經(jīng)濟可行同時保持過程可控。
本發(fā)明可用于從任何精細間距電子元器件的再加工部位去除多余焊料，不僅僅是球柵陣列。本發(fā)明還可用于BGA、Micro BGA、芯片級封裝(CSP)、倒裝芯片器件以及精細間距四方扁平封裝(QFP)和四方扁平無引線(QFN)封裝。本發(fā)明被配置為提供匹配用于再加工的元器件的腳印(footprint)的孔。典型的BGA焊盤直徑范圍從27密爾低至19密爾，因此本發(fā)明的孔直徑對于這些封裝將約為10密爾。但是，對于這種尺寸的BGA，孔直徑范圍可從10密爾粗至60密爾粗。這樣的尺寸也是對于QFP或QFN封裝的典型值。Micro BGA可具有12密爾小的焊盤，因此可以使用較小的孔徑。對于這種尺寸的MicroBGA，SCS范圍從10密爾粗至30密爾粗。對于CSP和倒裝芯片，這些焊盤的直徑為8至15密爾，并且這些孔甚至可以更小，范圍從5密爾粗至18密爾粗。
圖1是集成電路10，例如球柵陣列(BGA)器件，與印刷電路基板12的公知組裝。焊料14將各個BGA引腳16連接至印刷電路基板12上的各自電子焊盤18，印刷電路基板具有延伸至該電路基板之上或之外的其它電路的電子線路(未示出)，這在本領(lǐng)域內(nèi)公知。焊料掩膜20存在于電子焊盤18之間。焊料掩膜20由抗熔融焊料14的材料制成，這在本領(lǐng)域內(nèi)公知。這樣，焊料掩膜20防止能夠?qū)е码姎膺B接16、18短路的焊料橋接，焊料橋接引起需要組件再加工和需要希望恢復(fù)BGA器件10、印刷電路基板12或二者的組件的電氣故障。但是應(yīng)當明白，其它常見類型的電路故障也需要組件的再加工。對于柔性電路基板12，焊料掩膜20也必須為柔性的，這使焊料掩膜20在再加工過程中易于損壞。
圖2表示去除BGA器件之后典型的印刷電路基板12。通常，當BGA器件被焊接至電路基板時，有超過90％的焊料被施加至該BGA器件，并且小于10％的堆積焊料粘附于電路基板之上?？梢钥闯?，在去除器件后，多余焊料14可存在于印刷電路基板12上的多個位置。多余焊料量并不一致，但通常約為原始量的50％，其中僅需10％用于再加工目的。每一位置處的多余焊料是變化的量。盡管在元器件的再組裝中希望在印刷電路基板的電子觸點上留有一些焊料，但并不希望留有過多的焊料，因為這可能引起焊橋，如前所解釋。圖3-5展示了根據(jù)本發(fā)明從電路基板垂直去除多余焊料以保護焊料掩膜的方式。
圖3表示在準備去除多余焊料14時接近印刷電路基板12的多余焊料14放置的犧牲電路基板30(SCS)。該犧牲電路基板30包括多個金屬焊盤38。優(yōu)選地，該犧牲電路基板30還包括與這些焊盤38相連的多個孔32。這些孔可為各種形狀，但優(yōu)選地為圓柱形。通常，該電路基板由薄的柔性材料制成，例如本領(lǐng)域公知的FR4。犧牲電路基板30也可由諸如FR4的薄柔性材料制成，以與電路基板12一致。然而優(yōu)選的是，該犧牲電路基板30由剛性基板形成，例如本領(lǐng)域公知的樹脂注入玻璃織物，其比柔性FR4便宜地多。通常，孔32是穿過電路板30而形成的通孔，并且按照與去除的器件的引腳相匹配的圖案排列。例如，BGA封裝具有陣列形式的規(guī)則間隔的引腳，該陣列形式對應(yīng)于電路基板12的焊盤18位置。犧牲電路基板30的焊盤38和孔32將以陣列形式進行類似的排列，以與電路基板12上的多個多余焊料14凸塊對齊。
每一焊盤38和孔32的一部分具有在其上布置的焊料吸附材料34。通常將銅或者銅合金用于焊料吸附材料34。優(yōu)選地，焊盤38和孔32鍍有金，以保持焊料吸附材料的完整性。然而，可等效地利用其它焊料吸附材料與合金。犧牲電路基板30的孔32包括鍍有焊料吸附材料的通孔34。焊盤38和可選的孔32與通孔34被配置為提供所需數(shù)量的多余焊料吸取，如下詳述。
由于多余焊料凸塊14的不均勻特性，犧牲電路板30的焊盤38不會都與多余焊料凸塊接觸。然而一旦回流，將形成與所有焊料凸塊14的接觸。此外，犧牲電路基板30在電路基板12上的對齊放置并不是關(guān)鍵的，因為回流的焊料凸塊的表面張力將對齊這二者，如圖4中所示。
圖4表示回流組件上犧牲電路基板的操作。具體地，犧牲電路基板30的多個焊盤38和孔32垂直地接近電路基板12的多余焊料14，以將多余焊料垂直吸附至焊盤38和孔32上，并且隨后進入犧牲電路基板30的孔32的通孔36。提供熱源38將多余焊料加熱至液態(tài)。優(yōu)選地，該熱源為回流多余焊料的熱氣體源，例如空氣或氖氣?；亓鞯暮噶?4將附著至焊盤38和孔32的焊料吸附表面34，并且表面張力通過毛細(吸取)作用將多余焊料14吸入孔32。在已知焊料吸附表面34材料的情況下，選擇孔、通孔和焊盤的尺寸以及加熱時間，以去除大部分多余焊料，但是在電路12的焊盤18上保留預(yù)定量，以允許附連新的零件(例如BGA器件)。
在優(yōu)選實施例中，向犧牲電路基板的焊盤和孔施加助焊劑，以輔助焊料吸附材料的吸附性。更優(yōu)地，應(yīng)用真空源40進一步輔助多余焊料的吸取?？捎酶采w孔的真空殼42或者可通過其它適當?shù)姆绞绞┘诱婵?，以向每個孔提供真空。真空源42被施加至多余焊料液對面的通孔，以輔助將焊料吸取至孔內(nèi)。使用的真空量可控制將多余焊料吸取至孔內(nèi)后保留在電路基板上的殘留焊料量?？梢赃@樣施加真空，使焊料部分地進入通孔，完全進入通孔，或者甚至超過通孔的頂端。
圖5表示垂直去除犧牲電路基板14后的印刷電路基板12?？梢岳没虿焕檬┘诱婵?如同所示)完成垂直去除，但是焊料必須處于液態(tài)。焊盤38和孔32保持多余焊料15，其中在去除過程后保留預(yù)定量的殘留焊料14。對于柔性電路基板，焊料掩膜非常容易受到損壞。因此，將犧牲電路基板14垂直提起，以防止損壞焊料掩膜，這方便了新器件和電路基板的適當組裝，沒有形成焊料橋的危險，并在電路基板12的焊盤18上保持適當量的殘留焊料14。此外，垂直去除減少了污染電路基板的可能性。去除之后，可再加工犧牲電路基板以供進一步的使用。然而，賣掉犧牲電路板更為經(jīng)濟。
本發(fā)明還包括一種從電路基板垂直去除多余焊料的方法。參考圖6，該方法包括向犧牲電路基板提供多個焊盤和可選的孔的第一步驟60。優(yōu)選地，該電路基板是柔性電路板并且該犧牲電路基板是剛性電路板。然而，該犧牲電路基板也可為柔性的或者剛性的。每一焊盤和孔的一部分具有其上布置的焊料吸附材料。具體地，步驟60包括向連接至孔的焊盤提供鍍有焊料吸附材料的通孔。
優(yōu)選地，下一步驟62包括向犧牲電路基板或者向待再加工的部位施加助焊劑。
下一步驟64包括將犧牲電路基板的多個焊盤和孔與電路基板的多余焊料垂直接近的放置。
下一步驟66包括將多余焊料加熱至液態(tài)。優(yōu)選地，包括利用熱空氣或諸如氖氣的其它熱氣體回流多余焊料。執(zhí)行類似用于BGA去除的回流焊溫度曲線，以使多余焊料變?yōu)橐簯B(tài)，并且浸潤犧牲電路基板的焊盤和孔。
下一步驟68包括將多余焊料垂直吸取至焊盤上，并且吸取至犧牲電路基板的可選孔內(nèi)。優(yōu)選地，此步驟包括向孔施加真空，以輔助將焊料吸取至孔的通孔內(nèi)，但也可以不利用真空，而是通過孔中焊料的毛細作用完成此步驟。
下一步驟70包括當焊料處于液態(tài)時從電路基板的近處垂直提起犧牲電路基板。前面步驟68的真空可用于此目的。例如，當焊料處于液態(tài)時，利用真空作用提起犧牲電路基板。垂直地進行提起以防止損壞該電路基板的焊料掩膜。實際上，提供步驟60的焊盤、孔以及通孔的尺寸被配置為在吸取68和提起70步驟后在電路基板上保留希望的焊料殘留量。
本發(fā)明的上述說明僅為示例性，并不是要限制本申請?zhí)岢龅娜魏螌＠姆秶?。本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求的廣泛范圍限制。
權(quán)利要求
1.一種用于從電路基板垂直去除多余焊料的方法，該方法包括以下步驟向犧牲電路基板提供多個焊盤，每一焊盤的一部分具有布置在其上的焊料吸附材料；將所述犧牲電路基板的多個焊盤與所述電路基板的多余焊料垂直接近地放置；將所述多余焊料加熱至液態(tài)；將所述多余焊料垂直吸取至所述犧牲電路基板的焊盤上；以及當所述焊料處于液態(tài)時，從所述電路基板的近處垂直提起所述犧牲電路基板。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述電路基板是柔性的，并且其中所述提供步驟包括提供剛性犧牲電路基板。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述加熱步驟包括利用熱氣體來回流所述多余焊料。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述提供步驟包括提供連接至所述焊盤的焊料吸附孔，所述孔包括鍍有焊料吸附材料的通孔。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述吸取步驟包括將所述焊料吸取至所述孔的通孔內(nèi)。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述焊盤、孔以及通孔的尺寸被配置為在所述吸取和提起步驟后在電路基板上保留焊料殘留量。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述提起步驟包括向所述孔施加真空，以輔助將所述焊料吸取至所述孔內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括向所述犧牲電路基板施加助焊劑的步驟。
9.一種用于從電路基板垂直去除多余焊料的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括用于將所述多余焊料加熱至液態(tài)的熱源；具有多個孔的犧牲電路基板，每個孔的一部分具有在其上布置的焊料吸附材料，所述孔被配置為與所述電路基板上多個多余焊料凸塊對齊，所述犧牲電路基板的多個孔與所述電路基板的多余焊料垂直接近地放置，以將所述多余焊料垂直吸取至所述犧牲電路基板的孔內(nèi)；以及施加至所述電路基板的助焊劑。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述犧牲電路基板的孔包括鍍有焊料吸附材料的通孔和與其相連的焊料吸附材料的焊盤，并且所述系統(tǒng)進一步包括真空源，其中所述真空源被施加至多余焊料液對面的通孔，以輔助將所述焊料吸取至所述孔內(nèi)，所述真空源和孔被配置為在將所述多余焊料吸取至所述孔內(nèi)后，在電路基板上保留焊料殘留量。
全文摘要
一種用于從電路基板垂直去除多余焊料的方法，該方法包括利用具有可吸附焊料的多個焊盤和孔的犧牲電路基板(60)。該犧牲電路基板的焊盤和孔與該電路基板的多余焊料垂直接近地放置(64)。多余焊料被加熱至液態(tài)(66)，其中將多余焊料垂直吸取至焊盤上并吸取至該犧牲電路基板的孔內(nèi)(68)。此后，當焊料處于液態(tài)時從電路基板的近處垂直提起該犧牲電路基板(70)，帶走多余焊料，但是在電路基板上留下預(yù)定量的焊料。
文檔編號H05K3/42GK1874868SQ200480031897
公開日2006年12月6日 申請日期2004年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月28日
發(fā)明者威廉·C·魏格勒, 羅伯特·巴布拉, 詹姆士·E·赫博爾德, 托馬斯·P·高爾, 史蒂文·G·夏基 申請人:摩托羅拉公司