專利名稱：電子裝置和電子元件安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過焊料結(jié)合將一個(gè)或多個(gè)電子元件安裝到印刷電路板 上的技術(shù)。
背景技術(shù)：
安裝在印刷電路板上的在底表面上均至少具有一個(gè)電極(焊盤)的電子元件(封裝)得到廣泛使用。電子元件的示例包括球柵陣列(BGA)、 芯片級(jí)封裝(CSP)、觸點(diǎn)柵格陣列(LGA)、四方形扁平無引腳封裝(QFN)、 小型無引腳封裝(SON)以及引腳芯片載體(LCC)。利用下述工序?qū)⑺鲭娮釉惭b到印刷電路板上。首先，將用于 結(jié)合的焊膏印刷在電子元件底表面的焊盤上，或印刷在印刷電路板上與 電子元件底表面上的焊盤對應(yīng)的焊盤上。將電子元件放置在印刷電路板 上并在回流爐中加熱，由此，電子元件通過用于安裝的焊料而與印刷電 路板結(jié)合到一起。將印刷電路板上的焊盤和電子元件的焊盤結(jié)合在一起的焊料通常具 有類似鼓狀的受壓形狀。結(jié)果，在印刷電路板的表面與電子元件的底表 面之間的距離(偏距(standoff))減小了，并且在相鄰焊盤之間容易發(fā)生 由焊料一焊料接觸引起的短路。在安裝了電子元件的印刷電路板中，如果確保較大偏距，那么由焊料一焊料接觸引起的短路就會(huì)減少，由此眾 所周知，在焊料接合部處的應(yīng)力被吸收以防止焊料開裂或剝落，從而延 長產(chǎn)品壽命。但是，隨著電子產(chǎn)品尺寸和重量的減小，焊盤間的間距和焊盤面積 的最小化的速度增加。為了實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品尺寸和重量的減小，用于結(jié)合 的焊膏的供應(yīng)量必然減小。因此，當(dāng)今的安裝情況具有朝采用不利于提 高可靠性的工藝發(fā)展的趨勢。對于該情況，這里的問題在于怎樣確保較大偏距。關(guān)于通過焊料將一個(gè)或多個(gè)電子元件和印刷電路板結(jié)合在一起的技術(shù)，專利文件已經(jīng)公開，例如日本未審查專利申請公報(bào)No.8-46313、 No.2001-94244、 No.5-160563、 No.2000-307237和No.7-38225。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)實(shí)施方式的一個(gè)方面， 一種電子裝置包括結(jié)合材料、在底表面 上設(shè)有多個(gè)焊盤的電子元件以及在表面上設(shè)有多個(gè)焊盤的印刷電路板， 所述印刷電路板的至少一個(gè)焊盤通過結(jié)合材料與所述電子元件中的至少 一個(gè)焊盤連接，以將所述印刷電路板和所述電子元件電連接，其中所述 電子元件或所述印刷電路板中的任一個(gè)設(shè)有供形成結(jié)合材料的虛設(shè)焊 盤，該虛設(shè)焊盤上的結(jié)合材料抵靠所述電子元件或所述印刷電路板的所 述表面中的另一個(gè)。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式怎樣將電子元件安裝到印刷電路板 上的示意圖；圖2是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的電子裝置的特征部分；以及圖3是表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的在焊膏供應(yīng)到焊盤后的回流工藝。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明涉及一種電子裝置，其包括電子元件，在其底表面上設(shè)有 至少一個(gè)用于焊料結(jié)合的焊盤；和印刷電路板，其具有至少一個(gè)待與電子元件底表面的至少一個(gè)焊盤焊料結(jié)合的焊盤，印刷電路板的所述至少 一個(gè)焊盤設(shè)置在其表面上，本發(fā)明還涉及一種電子元件安裝方法，該方 法通過焊料結(jié)合將在底表面上具有至少一個(gè)用于焊料結(jié)合的焊盤的電子 元件安裝到在表面上設(shè)有至少一個(gè)待與電子元件底表面的至少一個(gè)焊盤 焊料結(jié)合的焊盤的印刷電路板上。圖1是表示電子元件怎樣安裝到印刷電路板上的示意圖。在圖1中示出了一種狀態(tài)，其中BGA封裝電子元件20和LCC封裝 電子元件30安裝到印刷電路板(母板)10的表面11上。在印刷電路板10的表面11上，設(shè)有用于與BGA封裝電子元件20 焊料結(jié)合的三個(gè)焊盤101、 102和103以及用于與LCC封裝電子元件30 焊料結(jié)合的一個(gè)焊盤104。另一方面，對于BGA封裝電子元件20，在其 底表面上設(shè)有用于與印刷電路板10焊料結(jié)合的三個(gè)焊盤201 、202和203， 對于LCC封裝電子元件30，在其底表面上設(shè)有一個(gè)用于與印刷電路板 10焊料結(jié)合的焊盤301 (如圖l所示)。在安裝期間，電子元件20的底表面21上的三個(gè)焊盤201、 202和 203分別設(shè)置在與印刷電路板10的表面11上的三個(gè)焊盤101、102和103 相對的位置。同樣，在安裝期間，電子元件30的底表面31上的焊盤301 設(shè)置在與印刷電路板10的表面11上的焊盤104相對的位置。在此，電 子元件30是LCC封裝。焊盤301延伸到LCC封裝的側(cè)表面。但是，在 此，只要焊盤存在于底表面上就足夠了。焊盤是否延伸至側(cè)表面無關(guān)緊 要。此處，互相相對的焊盤，即，印刷電路板10上的焊盤101、 102、 103和電子元件20上的焊盤201、 202、 203;以及印刷電路板10上的焊 盤104和電子元件30上的焊盤301分別通過焊料401結(jié)合在一起。在將 電子元件20和30安裝到印刷電路板10上時(shí)，將焊膏印刷到印刷電路板 10和電子元件20和30的一側(cè)或兩側(cè)的焊盤上，并將電子元件20和30 放置在印刷電路板10上。然后，在回流爐中加熱印刷電路板10上的電 子元件20和30，焊料在熔融后固化。由此，電子元件20和30通過焊料 結(jié)合安裝到印刷電路板10上。在此，將印刷電路板IO上的焊盤101、 102、 103和104與電子元件 20和30上的焊盤201、 202、 203和301結(jié)合在一起的焊料通常都具有類 似鼓的受壓形狀，如圖1所示。結(jié)果，印刷電路板10的表面11與電子 元件20和30的底表面21和31之間的距離(偏距S)變小，在相鄰焊盤 之間易于發(fā)生由焊料一焊料接觸引起的短路，從而對焊料接合部的長期可靠性非常有害。另一方面，如果確保較大偏距，那么眾所周知，由焊 料一焊料接觸引起的短路會(huì)減少，且焊料接合部處的應(yīng)力會(huì)被吸收，防 止焊料開裂或剝落，從而延長產(chǎn)品壽命。為了解決上述問題，提出了通過在電子元件底表面的四個(gè)角部布置 多個(gè)由樹脂制成的虛設(shè)突起或類似物以使虛設(shè)突起用作隔離件從而確保 較大偏距的技術(shù)。但是，除例行工序外，采用上述方法必需在底表面上設(shè)置隔離件的 工序，從而導(dǎo)致成本增加。在下文中，將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1表示怎樣將電子元件安裝到印刷電路板上，圖2表示根據(jù)本發(fā)明的電子裝置的特征部分。與圖1中的情況一樣，圖2表示怎樣將BGA封裝電子元件60和LCC 封裝電子元件70安裝到印刷電路板(母板)50上。在印刷電路板50的表面51上，在與BGA封裝電子元件60相對的 位置設(shè)有三個(gè)焊盤501、 502和503。這三個(gè)焊盤中，兩個(gè)焊盤502和503 是用于印刷電路板50和電子元件60之間的電連接的焊盤。焊盤501不 用于印刷電路板50和電子元件60之間的電連接。也就是說，焊盤501 是虛設(shè)焊盤。換句話說，在電子元件60的底表面上，電子元件60在與 焊盤501相對的位置沒有焊盤。并且，印刷電路板50還具有焊盤504。 在印刷電路板50的表面上，悍盤504設(shè)置在與LCC封裝電子元件70相 對的位置。焊盤504用于印刷電路板50和電子元件70之間的電連接。在電子元件60的底表面61上設(shè)有兩個(gè)焊盤601和602。在電子元 件60的底表面61上，上述兩個(gè)焊盤601和602分別設(shè)置在與形成在印 刷電路板50表面上的焊盤502和503相對的位置。焊盤601和502與焊 盤602和503中的每組都使用焊料402結(jié)合。相比之下，如上所述，在 電子元件60的底表面上，在與焊盤501相對的位置沒有設(shè)置焊盤。用于 將印刷電路板50和電子元件60結(jié)合在一起的焊料顆粒403與電子元件 60的底表面61直接接觸。結(jié)果，供應(yīng)到形成在印刷電路板50上的焊盤 501的焊料顆粒403在印刷電路板50 —側(cè)上形成圓形。焊料顆粒403通過其圓頂上推電子元件60，由此在印刷電路板50和電子元件60之間形 成較大偏距S。在此，使用作虛設(shè)焊盤的焊盤501的面積(此處，如尺寸 Al所示)小于印刷電路板50上的其它焊盤502和503的面積(此處， 如尺寸al所示)(即AKal)。在安裝電子元件60期間，焊盤501、 502 和503供應(yīng)有等量的焊膏。由于用作虛設(shè)焊盤的焊盤501的面積小于用 于將印刷電路板50和電子元件60電連接的其它焊盤502和503的面積， 所以在悍盤501上，通過焊料的熔融和固化形成高度大于在焊盤502和 503上形成的焊料顆粒402的高度的焊料顆粒403，由此進(jìn)一步增大偏距 S。并且，在LCC封裝的另一電子元件70的底表面71上，設(shè)有兩個(gè)焊 盤701和702。在電子元件70的底表面71上，焊盤701設(shè)置在與形成在 印刷電路板50的表面上的焊盤504相對的位置上。焊盤701和焊盤504 通過焊料顆粒404電連接，焊料顆粒404通過供應(yīng)、熔融并固化焊膏而 形成。相比之下，焊盤702是虛設(shè)焊盤。在印刷電路板50的表面51上， 在與焊盤702相對的位置上沒有形成焊盤。由此，焊膏在熔融后供應(yīng)到 焊盤702上，被固化以形成在印刷電路板50 —側(cè)為圓形的焊料顆粒405。 焊料顆粒405通過其圓頂下推印刷電路板50以在印刷電路板50和電子 元件70之間形成較大偏距S。這里，使焊盤702的面積(此處如尺寸A2 所示)小于另一個(gè)焊盤701的面積(此處如尺寸a2所示)(即，A2<a2)。 在安裝電子元件70的期間，所有關(guān)于電子元件70的焊盤供應(yīng)有等量的 焊膏。由于焊盤702的面積小于用于將印刷電路板50和電子元件70電 連接的另一焊盤701的面積，所以在焊盤702上，通過焊料的熔融和固 化形成高度大于在焊盤701上的焊料顆粒404的高度的焊料顆粒405，由 此，進(jìn)一步增大了偏距S。圖2表示了一個(gè)實(shí)施例，其中虛設(shè)焊盤形成在印刷電路板和電子元 件的每一個(gè)上。虛設(shè)焊盤可以只設(shè)在印刷電路板上或只設(shè)在電子元件上。 而且優(yōu)選的是，例如在電子元件底表面的四個(gè)角處都設(shè)有一個(gè)虛設(shè)焊盤， 即，總共設(shè)有四個(gè)虛設(shè)焊盤，或者設(shè)置超過四個(gè)的虛設(shè)焊盤。在一個(gè)電 子元件上設(shè)置至少三個(gè)虛設(shè)焊盤使得電子元件可以與印刷電路板平行地安裝而不偏斜。并且，電子元件個(gè)數(shù)越多，增大印刷電路板與電子元件 之間的偏距S的力越強(qiáng)。印刷電路板與電子元件之間的偏距取決于目標(biāo)元件的重量、焊盤的 數(shù)量、焊盤的面積和供應(yīng)焊料的數(shù)量和種類。但是，偏距的高度可以通 過調(diào)節(jié)虛設(shè)焊盤的直徑、數(shù)量以及供應(yīng)焊膏量來控制。具體地說，在10平方毫米的72—引腳QFN元件中，在母板側(cè)上安裝有十個(gè)直徑為0.3毫 米的虛設(shè)焊盤。在虛設(shè)焊盤的每個(gè)安裝部分上，比虛設(shè)焊盤大近似20% 的金屬掩模(厚度0.12毫米)被穿孔。當(dāng)沒有設(shè)置虛設(shè)焊盤時(shí)，印刷 電路板和電子元件之間的偏距為30至50|im，但可以確定，上述條件下 虛設(shè)焊盤的安裝使得印刷電路板與電子元件之間的偏距可增至70至 90pm。并且已經(jīng)證實(shí)，安裝更多的虛設(shè)焊盤或?qū)噶狭康目刂剖沟糜∷?電路板和電子元件之間的偏距可進(jìn)一步加大。在具有底部電極的電子元件中，當(dāng)焊料結(jié)合的偏距較小(0到20jam) 時(shí)，作用于元件的端子電極上的集中應(yīng)力約為150到200MPa。根據(jù)長期 可靠性測試，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在上述具有底部電極的元件的焊料接合部發(fā)生開 裂破損之前的時(shí)間很短。另一方面，在本發(fā)明中，在印刷電路板和/或 電子元件上安裝一個(gè)或者多個(gè)虛設(shè)焊盤使焊料結(jié)合確保了約為150pm的 焊料結(jié)合偏距，使集中應(yīng)力降低至50到70MPa。在長期可靠性測試中已 經(jīng)證實(shí)，在焊料接合部發(fā)生開裂破損之前的時(shí)間比上述前一情況長50到 60倍。圖3表示在焊膏供應(yīng)到焊盤后的回流工藝。如圖3所示，圖2所示的待安裝到印刷電路板50上的電子元件60 和電子元件70被放到入口側(cè)傳送帶801上，被傳送到回流爐80而到達(dá) 主加熱區(qū)域80a。焊膏已經(jīng)供應(yīng)到印刷電路板50與電子元件60和70之 間。焊膏因到達(dá)主加熱區(qū)域80a而熔融。在主加熱區(qū)域80a中，基板反 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)81升起印刷電路板50，然后將其慢慢反轉(zhuǎn)，并且基底反轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 81將其放置到出口側(cè)傳送帶802上。出口側(cè)傳送帶802僅支撐處于反轉(zhuǎn) 狀態(tài)的印刷電路板50，因此電子元件60和70的自重作用到印刷電路板 50上的電子元件60和70上。此時(shí)焊料的熔融溫度被抑制在一溫度水平，從而將焊料的粘度保持在使焊料不滴落到具有反轉(zhuǎn)的電子元件60和70 的印刷電路板50上的程度。出口側(cè)傳送帶802將印刷電路板50放在其 上并傳送出回流爐80。用于將印刷電路板50和電子元件60和70結(jié)合的 熔融焊料在回流爐80外變冷并固化。這里，由于印刷電路板50反轉(zhuǎn)， 電子元件60和70的自重作用到放在印刷電路板50上的電子元件60和 電子元件70上，熔融焊料延伸，從而形成較高偏距S。根據(jù)本發(fā)明的電子元件和印刷電路板具有至少一個(gè)用于形成上述偏 距的虛設(shè)焊盤，虛設(shè)焊盤與焊料顆粒連接，因此，雖然焊料顆粒在虛設(shè) 焊盤側(cè)上伸展，但它遠(yuǎn)離虛設(shè)焊盤的頂側(cè)由于表面張力而成圓形，由此 增大偏距。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的電子裝置，電子元件的一個(gè)底表面和印刷 電路板的表面中的任一個(gè)表面具有至少一個(gè)虛設(shè)焊盤，而在所述表面的 另一個(gè)的相對位置則沒有，并且焊料顆粒與至少一個(gè)虛設(shè)焊盤連接，由 此，可在不增加用于將電子元件和印刷電路板結(jié)合在一起的焊膏的供應(yīng) 量的情況下有效增大偏距。
權(quán)利要求
1、一種電子裝置，該電子裝置包括結(jié)合材料；在底表面上設(shè)有多個(gè)焊盤的電子元件；以及在表面上設(shè)有多個(gè)焊盤的印刷電路板，所述印刷電路板的所述多個(gè)焊盤中的至少一個(gè)通過結(jié)合材料與所述電子元件中的至少一個(gè)焊盤連接，以將所述印刷電路板和所述電子元件電連接，其中所述電子元件或所述印刷電路板設(shè)有供形成結(jié)合材料的虛設(shè)焊盤，該虛設(shè)焊盤上的結(jié)合材料抵靠所述電子元件或所述印刷電路板的所述表面中的另一個(gè)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子裝置，其中，所述結(jié)合材料的表面形 狀通過所述電子裝置的回流處理形成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子裝置，其中，所述電子元件的底表面 設(shè)有所述虛設(shè)焊盤。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子裝置，其中，所述印刷電路板的表面 設(shè)有所述虛設(shè)焊盤。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝置，其中，設(shè)有至少三個(gè)所述虛設(shè) 焊盤，每個(gè)所述虛設(shè)焊盤與結(jié)合材料連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子裝置，其中，所述虛設(shè)焊盤的面積小 于所述焊盤的面積。
7、 一種電子裝置，該電子裝置包括 在底表面上設(shè)有多個(gè)焊盤的電子元件；以及在表面上設(shè)有多個(gè)焊盤的印刷電路板，所述印刷電路板的所述多個(gè) 焊盤中的至少一個(gè)通過焊料突起與所述電子元件中的至少一個(gè)焊盤連 接，以將所述印刷電路板和所述電子元件電連接，其中所述電子元件或所述印刷電路板設(shè)有供形成所述焊料突起的虛 設(shè)焊盤，該虛設(shè)焊盤上的焊料突起與所述電子元件或所述印刷電路板的 所述表面中的另一個(gè)相碰。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子裝置，其中所述焊料突起的表面形狀 通過所述電子裝置的回流處理確定。
9、 一種電子元件安裝方法，該方法包括以下步驟通過加熱使已經(jīng)供應(yīng)到設(shè)置在所述電子元件的底表面或印刷電路板 的表面上的焊盤和虛設(shè)焊盤上的結(jié)合材料熔融，所述電子元件放置在所 述印刷電路板上，并且在使所述結(jié)合材料延展的同時(shí)，在所述結(jié)合材料固化前反轉(zhuǎn)所述印 刷電路板。
全文摘要
根據(jù)實(shí)施方式的一個(gè)方面，一種電子裝置包括結(jié)合材料、在底表面上設(shè)有多個(gè)焊盤的電子元件以及在表面上設(shè)有多個(gè)焊盤的印刷電路板，所述印刷電路板的至少一個(gè)焊盤通過結(jié)合材料與所述電子元件中的至少一個(gè)焊盤連接，以將所述印刷電路板和所述電子元件電連接，其中所述電子元件或所述印刷電路板中的任一個(gè)設(shè)有供形成結(jié)合材料的虛設(shè)焊盤，該虛設(shè)焊盤上的結(jié)合材料抵靠所述電子元件或所述印刷電路板的所述表面中的另一個(gè)。
文檔編號(hào)H05K3/34GK101267714SQ20081008813
公開日2008年9月17日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月14日
發(fā)明者山本敬一 申請人:富士通株式會(huì)社