用于焊點中空隙減少的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】根據(jù)一個或多個方面，一種減少焊點中空隙形成的方法可包括將焊膏沉積物應(yīng)用于基板；將焊料預(yù)成型件放入所述焊膏沉積物；將設(shè)備放置在所述焊料預(yù)成型件和所述焊膏沉積物上；以及處理所述焊膏沉積物和所述焊料預(yù)成型件以在所述設(shè)備與所述基板之間形成所述焊點。在一些方面，所述基板是印刷電路板且所述設(shè)備是集成電路封裝。
【專利說明】用于焊點中空隙減少的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一個或多個方面一般涉及焊點，且更具體來說涉及用于焊點中空隙減少的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在制造高性能電子組件時，集成電路封裝通常被焊接到例如印刷電路板的基板。在處理組件期間，可產(chǎn)生焊點中的空隙。過多空隙可能會導(dǎo)致功耗增加、操作溫度上升、電氣性能降低且使集成電路封裝總體不能達到其預(yù)期壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)一個或多個方面，一種減少焊點中空隙形成的方法可包括:將焊膏沉積物應(yīng)用于基板；將焊料預(yù)成型件放入焊膏沉積物；將設(shè)備放置在焊料預(yù)成型件和焊膏沉積物上；以及處理焊膏沉積物和焊料預(yù)成型件以在設(shè)備與基板之間形成焊點。
[0004]在一些方面，基板是印刷電路板且設(shè)備是集成電路封裝。處理步驟可包括:將焊膏沉積物和焊料預(yù)成型件加熱到約140°C到約275°C范圍內(nèi)的溫度。方法還可包括:將第二焊料預(yù)成型件放入焊膏沉積物。焊膏沉積物可應(yīng)用于大于或等于焊料預(yù)成型件厚度的厚度。將焊膏沉積物應(yīng)用于基板包括:將焊膏以圖案印刷到基板上。焊料預(yù)成型件的直徑可為約Imm和約15mm之間。焊料預(yù)成型件的厚度可為約0.025mm和約0.2mm之間。焊料預(yù)成型件可包括至少約99.9%重量的純金屬或純金屬合金。純金屬或純金屬合金可包括錫、銀、銻、銅、鉛、鎳、銦、鈀、鎵、鎘和鉍中的至少一個。在一些方面，焊料預(yù)成型件基本上不含焊劑。在至少某些方面，焊點的特征可在于空隙空間小于約40%的面積?；亓骱螅噶项A(yù)成型件可構(gòu)成焊點的約25%到約95%的體積。
[0005]根據(jù)一個或多個方面，一種組件可包括:印刷電路板；鍵合到印刷電路板的設(shè)備；和印刷電路板和設(shè)備之間的焊點?；亓骱螅更c的約25%到約95%的體積包括焊料預(yù)成型件。
[0006]在一些方面，焊點包括錫、銀、銻、銅、鉛、鎳、銦、鈀、鎵、鎘和鉍中的至少一個。焊點的特征可在于空隙空間小于約40%的面積。
[0007]根據(jù)一個或多個方面，一種用于將設(shè)備組裝到印刷電路板的套件可包括:焊膏；和至少一個焊料預(yù)成型件，其直徑在約Imm和約15mm之間且厚度在約0.025mm和0.2mm之間，至少一個焊料預(yù)成型件包括至少約99.9%重量的純金屬或純金屬合金。
[0008]在一些方面，至少一個焊料預(yù)成型件被放置在帶和卷軸封裝上。在其它方面，至少一個焊料預(yù)成型件被放置在托盤上以進行取放處理。在另外其它方面，至少一個焊料預(yù)成型件以自動和/或機器就緒封裝來封裝。
[0009]根據(jù)一個或多個方面，一種促進焊點中空隙減少的方法可包括:提供焊料預(yù)成型件和提供在回流之前將焊料預(yù)成型件應(yīng)用于印刷電路板上的焊膏沉積物以形成焊點的指令。[0010]在一些方面，方法還可包括提供焊膏。
[0011]根據(jù)一個或多個方面，一種在印刷電路板和集成電路封裝之間的焊點的特征可在于空隙空間小于約40%的面積，其中回流后，焊點的約25%到約95%的體積包括焊料預(yù)成型件。
[0012]下文詳細討論了其它方面、實施方案和這些示例性方面和實施方案的優(yōu)勢。另外，應(yīng)理解，上述信息和以下詳細描述僅是各種方面和實施方案的說明性實例，且旨在提供概述或框架來理解所請求方面和實施方案的本質(zhì)和特點。包括附圖以提供對各種方面和實施方案的說明和進一步理解，且附圖被并入本說明書且構(gòu)成本說明書的部分。附圖和說明書的剩余部分用以闡釋和所請求的方面和實施方案的原則和操作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下文參考附圖討論至少一個實施方案的各種方面。附圖是僅為達到說明和闡釋的目的而提供而不旨在限制本發(fā)明的定義。在附圖中:
[0014]圖1A提供根據(jù)一個或多個實施方案的圖案化焊膏沉積物的示意圖；
[0015]圖1B提供根據(jù)一個或多個實施方案的相對于圖1A的焊膏沉積物放置在基板上的焊料預(yù)成型件的示意圖；
[0016]圖2A和2B提供根據(jù)一個或多個實施方案的在回流之前的焊點組件的示意圖；
[0017]圖3提供根據(jù)一個或多個實施方案的無鉛封裝組件；
[0018]圖4提供根據(jù)一個或多個實施方案的在隨附實例I中討論的數(shù)據(jù)；和
[0019]圖5提供根據(jù)一個或多個實施方案的在隨附實例2中討論的涂覆焊劑的預(yù)成型件的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]根據(jù)一個或多個實施方案，可減少焊點中的空隙同時維持焊點的強度。空隙減少可改善電子組件中集成電路封裝的完整性和壽命。有益地，焊點中空隙減少可改善散熱并降低集成電路封裝的功耗。改善的電氣性能可能會受到認可。集成電路封裝的可靠性也可改善。成本的節(jié)約也可通過減少在組件操作期間需要處理或返工的集成電路封裝的數(shù)量來認識到。根據(jù)一個或多個實施方案，可易于改造用于制造電子組件的現(xiàn)有系統(tǒng)和方法來促進焊點中的空隙減少。根據(jù)一個或多個實施方案，焊料預(yù)成型件可用以減少焊點中的空隙。在一些非限制性實施方案中，焊點的特征可在于空隙空間小于約50%的面積。在至少一些非限制性實施方案中，焊點的特征可在于空隙空間小于約35%。
[0021]根據(jù)一個或多個實施方案，第一元件可鍵合到第二元件以在其間形成接合點。在一些實施方案中，第一元件可為集成電路封裝且第二元件可為基板，例如印刷電路板(PCB)。可實施其它基板。在某些實施方案中，電子組件可通常包括鍵合到PCB的至少一個集成電路封裝。一些電子組件可包括鍵合到PCB的多個集成電路。集成電路封裝可為任何電子設(shè)備或封裝，例如但不限于，柵格陣列(LGA)、雙扁平無引線(DFN)、方形扁平封裝(QFP)、方形扁平無引線(QFN)、低剖面方形扁平封裝(LQFP)和微引線框架(MLF)。在至少一個替代性實施方案中，第一和第二元件可替代性地為集成電路封裝的第一和第二元件或待組裝的其它部件。其它第一和第二元件可根據(jù)關(guān)于空隙減少的各種實施方案來實施。[0022]根據(jù)一個或多個實施方案，第一元件使用例如粘合劑、樹脂或焊料的各種材料。焊膏通常用以將集成電路封裝鍵合到基板，例如PCB。焊膏可通常包括金屬或金屬合金。焊膏也可通常包括被稱為焊劑的一個或多個焊接劑。焊劑可包括一個或多個化學(xué)清洗和潤濕齊U。作為清洗劑，焊劑可通過從待接合的金屬表面去除氧化物質(zhì)來促進焊接。作為潤濕劑，焊劑可促進工件上的焊料流、抑制焊縫形成并有效地潤濕工件表面。
[0023]焊膏沉積物通常被應(yīng)用在PCB和集成電路封裝之間。焊膏沉積物可被處理以在集成電路封裝與PCB之間形成固體鍵合，從而形成電子系統(tǒng)或電子組件。處理可通常涉及冷卻、加熱或回流過程。在鍵合和冷卻過程中，氣體可能積存，例如，這可能是由于焊膏的焊劑組分的排氣。不希望受任何特定理論的束縛，積存排氣可在焊點中形成一個或多個空隙區(qū)域。焊膏夾在PCB和集成電路封裝之間也可產(chǎn)生焊點中的空隙區(qū)域。空隙通常是可容忍但不可取的。
[0024]集成電路封裝操作時通常產(chǎn)生熱。如果集成電路封裝不能有效地散熱，那么性能下可能降或遭受熱損傷。許多集成電路封裝利用熱路徑(例如與其底面相關(guān)的熱路徑)來散熱。熱路徑有時可包括導(dǎo)熱墊。導(dǎo)熱墊可被焊接到PCB，從而提供用于將熱從集成電路封裝傳遞到PCB的接地面的機制。將集成電路封裝鍵合到PCB因此促進沿著流動路徑將熱從集成電路封裝傳遞到PCB。粘合樹脂和焊料通常具有良好的導(dǎo)熱性和功能以將熱從集成電路封裝傳遞到PCB。另外，焊料具有良好的導(dǎo)電性以助于將集成電路封裝電氣接地。不希望受任何特定理論的束縛，空隙形成可削弱集成電路封裝和PCB之間的接合點的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性中的至少一個。作為較差電氣接地完整性的結(jié)果，集成電路也可經(jīng)歷高頻信號的降低的電氣性能。
[0025]工業(yè)流水線設(shè)備和方法提供用于有效地生產(chǎn)大量電子組件的機械化過程。雖然焊點中某一程度的空隙可被容忍，然而，在安裝的集成電路封裝和PCB之間的焊點中存在過多空隙可使許多組件不能符合一個或多個操作規(guī)范，或例如IPC(國際電子工業(yè)聯(lián)接協(xié)會)或其它相關(guān)標準制定組織設(shè)定的工業(yè)標準。由于過多空隙而導(dǎo)致的此類失敗可導(dǎo)致由于返工、部件報廢率和PCB報廢率而產(chǎn)生的許多增加的制造費用。在關(guān)于預(yù)計具有相當(dāng)長的壽命的高端部件的特定情況下，關(guān)于減少空隙形成的一個或多個實施方案可提供此類部件將操作達到其預(yù)期壽命的相對低成本保證。在部件的預(yù)期壽命可能相對較短的其它實施方案中，然而，空隙減少可通過降低集成電路封裝的相關(guān)功耗來提供益處。在集成電路封裝由電池供電的情況下，例如在手機中，低功耗產(chǎn)生更長的電池壽命。因此，空隙減少可具有與電池供電集成電路技術(shù)相關(guān)的有用的應(yīng)用，具體說來，或具有通常與節(jié)省功耗的努力相關(guān)的有用的應(yīng)用。因此，根據(jù)一個或多個實施方案的空隙減少的可重復(fù)的系統(tǒng)的方法能夠在多個層面上改善制造過程的整體效率。
[0026]根據(jù)一個或多個實施方案，用于減少在焊點中形成的空隙空間的系統(tǒng)和方法可涉及使用一個或多個焊料預(yù)成型件。在一些實施方案中，可使用焊膏和一個或多個焊料預(yù)成型件的組合。在至少一個實施方案中，可減少熔化的焊點中焊劑的量。在一些實施方案中，在回流之前，至少一個預(yù)成型件可用以代替焊點中焊膏的至少一部分以減少存在的焊劑的量。在一些實施方案中，減少焊膏并添加預(yù)成型件可系統(tǒng)地減少空隙。可維持焊點的完整性和強度。在一些實施方案中，在回流之前，焊點中存在的焊膏和預(yù)成型件的相對量可被選擇以確保焊點的完整性同時實現(xiàn)期望的空隙形成的減少。[0027]根據(jù)一個或多個實施方案，所得焊點可具有減少的空隙空間。此外，根據(jù)一個或多個實施方案的系統(tǒng)和方法可被應(yīng)用到工業(yè)規(guī)模而無需購買新的固定設(shè)備。相反，現(xiàn)有的制造系統(tǒng)和方法可根據(jù)一個或多個實施方案來改造。例如，預(yù)成型件可被放置到帶和卷軸封裝或取放托盤上，從而允許易于將預(yù)成型件并入標準自動化流程。結(jié)合一個或多個預(yù)成型件使用焊膏可促進錨定。如本文所討論，結(jié)合焊膏使用一個或多個預(yù)成型件可用以固定或錨定預(yù)成型件，從而例如在沿流水線行進期間保持預(yù)成型件和集成電路封裝處于適當(dāng)位置。
[0028]本文公開的某些方面和實例提供用于減少焊點中的空隙空間或促進減少焊點中的空隙空間的方法、組件和套件。一個或多個實施方案涉及用于空隙減少的系統(tǒng)和方法。一些具體的實施方案涉及用于減少空隙形成的系統(tǒng)和方法，系統(tǒng)和方法實施焊膏和焊料預(yù)成型件以形成焊點。至少某些實施方案涉及用于通過焊膏和焊料預(yù)成型件的組合使用來減少焊點中空隙形成的方法。一些非限制性實施方案涉及一種組件，該組件包括通過焊點鍵合到PCB的集成電路封裝。在處理或回流之前，焊點可包括焊膏和至少一個焊料預(yù)成型件。其它非限制性實施方案可涉及一種用于將集成電路封裝組裝到PCB的套件。套件可包括焊膏和至少一個焊料預(yù)成型件?？赏ㄟ^提供焊料預(yù)成型件和用于在處理或回流之前將焊料預(yù)成型件應(yīng)用于印刷電路板上的焊膏沉積物以形成焊點的指令來促進焊點中空隙減少。
[0029]根據(jù)一個或多個實施方案，減少焊點中空隙形成的方法可涉及將焊膏沉積物應(yīng)用于基板。基板例如可為PCB?？扇Q于預(yù)期應(yīng)用而使用任何焊膏。如上文所討論，焊膏可通常包括一個或多個金屬或金屬合金，和一個或多個助焊劑。在一些實施方案中，焊膏可包括錫、銀、銻、銅、鉛、鎳、銦、鈀、鎵、鎘和鉍中的至少一個。在一些非限制性實施方案中，焊膏的材料可通常與放置在焊膏中的預(yù)成型件的材料相同，但這并不是嚴格必需的。在一些非限制性實施方案中，可使用可購自Cookson Electronics (確信電子)的任何焊膏。可用于本文所討論的焊膏和/或預(yù)成型件中的合金的非限制性實例包括:Sn/Ag/Cu ；Sn/Ag/Cu/Ni ；Sn/Ag/Cu/Ni/Bi ；Sn/Ag ；Sn/Ag/Cu/Bi ；Sn/Bi ；Sn/Bi/Ag ；Sn/Bi/Ag/Ni ；Sn/Bi/Ag/Cu ；Sn/Pb ；Sn/In ;和 Sn/Pb/Ag。
[0030]根據(jù)一個或多個實施方案，焊膏可使用各種已知的技術(shù)應(yīng)用于基板，例如印刷方法。在一些實施方案中，焊膏可被應(yīng)用作為單一沉積物?；迳铣练e物的尺寸和/或體積可對應(yīng)于將要鍵合到基板的集成電路封裝的大小或期望得到的焊點的大小。在一些非限制性實施方案中，焊膏沉積物的體積可約為處理之后所得焊點的體積的兩倍。在其它實施方案中，焊膏可以任何期望的圖案而不是單一沉積物被應(yīng)用。模板或其它技術(shù)可用以創(chuàng)建期望的圖案。例如，如圖1A示出，焊膏110可以格子圖案或窗花圖案被應(yīng)用。在一些非限制性實施方案中，焊膏可以一般與嵌入例如PCB的基板中的導(dǎo)電觸點的圖案匹配的圖案被沉積。不希望受任何特定理論的束縛，圖案化焊膏可減少所用焊膏的總體積并提供用于在可有助于減少空隙形成的處理期間排氣焊膏中存在的揮發(fā)性焊劑的路徑。焊膏可被應(yīng)用于任何期望的厚度。在至少一些實施方案中，焊膏沉積物的厚度可通常大于或等于將要放入焊膏沉積物的預(yù)成型件的厚度。在一些非限制性實施方案中，一個或多個預(yù)成型件可被插入以構(gòu)成應(yīng)用的焊膏圖案留下的體積空隙。模板厚度可取決于期望的焊接高度且可受到部件間距、長寬比和其它因素的影響。在一些實施方案中，可能期望將焊膏印刷到大導(dǎo)熱墊的角落并將一個或多個預(yù)成型件插入導(dǎo)熱墊的中心?；鶎右部杀粦?yīng)用于預(yù)成型件下方。[0031]根據(jù)一個或多個實施方案，一個或多個焊料預(yù)成型件接著可被放入基板上的焊膏沉積物中。焊料預(yù)成型件可包括一個或多個金屬或金屬合金，這取決于預(yù)期應(yīng)用。例如，焊料預(yù)成型件通?？蔀轭A(yù)成型固體而不是焊膏?？捎糜陬A(yù)成型件的金屬的一些實例包括但不限于錫、銀、銻、銅、鉛、鎳、銦、鈀、鎵、鎘和鉍。焊料預(yù)成型件可為任何大小和形狀，取決于預(yù)期應(yīng)用。在一些實施方案中，預(yù)成型件通?？蔀閳A盤狀。預(yù)成型件可具有任何期望的厚度。在一些實施方案中，預(yù)成型件通?？杀绕浔环湃氲暮父嗟某练e物薄。預(yù)成型件可足夠薄以適于放在將要鍵合到基板的部件或設(shè)備下方。在一些非限制性實施方案中，預(yù)成型件的厚度可在約0.025和0.2毫米之間。同樣，預(yù)成型件可為任何期望的直徑。在一些實施方案中，將要鍵合的集成電路封裝的尺寸或?qū)⒁褂玫幕宓奶卣骺捎绊戭A(yù)成型件的大小。在一些非限制性實施方案中，圓盤狀預(yù)成型件可具有約I和15mm之間的直徑。在一些實施方
案中，實施的預(yù)成型件可為可購自Cookson Electronics的任何Alpha+ExactaMoy'1、]^.料預(yù)成型件。
[0032]根據(jù)一個或多個實施方案，焊料預(yù)成型件可基本上不含焊劑。在一些非限制性實施方案中，焊料預(yù)成型件可為至少99%的純金屬或純金屬合金。在一些實施方案中，焊料預(yù)成型件可為約99.9%的純金屬或純金屬合金。在至少一些實施方案中，焊料預(yù)成型件可為約99.99%的純金屬或純金屬合金。根據(jù)一個或多個實施方案，并不包含焊劑，焊料預(yù)成型件可依賴存在于周圍焊膏中的焊劑來支持處理或回流。因此，可維持焊點的完整性和強度，同時減少空隙。在一些具體的非限制性實施方案中，基本上無焊劑的預(yù)成型件可與焊膏焊劑涂覆復(fù)合。預(yù)成型件可涂覆有焊劑固體。不希望受任何特定理論的束縛，此類涂覆可確保預(yù)成型件的完整的回流，并且也提供處理后集成電路封裝到基板的魯棒性低空隙連接。因此，作為焊料預(yù)成型件和焊膏的組合使用的代替，在一些非限制性實施方案中，空隙減少也可通過使用焊劑涂覆預(yù)成型件來實現(xiàn)。通常，可能期望最小化涂覆在預(yù)成型件上的焊劑的量以最小化空隙。由于預(yù)成型件具有比焊膏中使用的焊粉小得多的表面積，可能需要更少的焊劑來進行有效的焊 接。在焊膏可能不結(jié)合預(yù)成型件使用的此類非限制性實例中，預(yù)成型件可替代性地例如通過使引線從集成電路封裝延伸到PCB來固定、錨定或保持處于適當(dāng)位置。在一些實施方案中，在處理之前，集成電路封裝的引線可被放入焊膏，且涂覆焊劑的預(yù)成型件可被放置成與集成電路封裝的導(dǎo)熱墊接觸。根據(jù)一個或多個實施方案，預(yù)成型件可涂覆有焊劑。涂覆有焊劑的帶和卷軸預(yù)成型件可通常根據(jù)一個或多個實施方案來實施。
[0033]在一些非限制性實施方案中，單一預(yù)成型件可被放入焊膏沉積物的中心。在其它實施方案中，單一焊料預(yù)成型件可通常被偏置。在一些實施方案中，兩個或更多個預(yù)成型件可用于單一焊膏沉積物。在其它實施方案中，焊料預(yù)成型件可被放入焊膏圖案的每個部分。焊料預(yù)成型件的數(shù)量和其相對于焊膏沉積物的定位可通常取決于例如焊膏沉積物的圖案化以及將要鍵合到組件中的集成電路封裝的大小的因素。圖1B示出以“窗格”圖案應(yīng)用的焊膏110，其中預(yù)成型件120放入焊膏。不希望受任何特定理論的束縛，焊膏可用以將預(yù)成型件保持或固定處于適當(dāng)位置以免在處理期間移動。在一些實施方案中，與集成電路封裝相關(guān)的引線或引腳可有助于對齊組件，使得集成電路封裝可被錨定到PCB。
[0034]根據(jù)一個或多個實施方案，例如集成電路封裝的部件或設(shè)備接著可被放置在沉積的焊膏和預(yù)成型件上。在一些實施方案中，在回流之前，設(shè)備可被放置在焊膏和預(yù)成型件的組合上。在回流之前，焊點部件因此可夾在基板和將要被鍵合的部件之間。圖2A和2B*出根據(jù)一個或多個實施方案的在回流之前的組件的側(cè)視圖。圖2A示出在將設(shè)備放置到焊膏和焊料預(yù)成型件的組合上之前的各種部件的定位。圖2B示出在處理步驟之前的圖2A的部件的定位。通常在圖2B的10指示的組件包括印刷電路板14。焊膏16的沉積物被應(yīng)用于印刷電路板14。焊料預(yù)成型件18被放置在焊膏16上。集成電路封裝12被應(yīng)用于焊膏16和焊料預(yù)成型件18。集成電路封裝12的導(dǎo)熱墊20至少與焊膏16接觸。焊膏16也與導(dǎo)線22接觸，導(dǎo)線22可與集成電路封裝12相關(guān)聯(lián)。預(yù)成型件18可足夠薄以適于放在封裝12下方。如下文所討論，處理之后，焊膏16和焊料預(yù)成型件18將形成將集成電路封裝12鍵合到印刷電路板14的焊點。在一些優(yōu)選的實施方案中，回流后，焊點約25%到約95%的體積可包括焊料預(yù)成型件。
[0035]根據(jù)一個或多個實施方案，組件接著可被處理以在集成電路封裝和例如PCB的基板之間形成焊點。處理可通常涉及加熱和/或冷卻。焊料預(yù)成型件可被加熱以熔化焊膏并與焊膏焊膏復(fù)合，然后被冷卻以在基板和集成電路封裝之間形成固體焊點。在一些非限制性實施方案中，處理步驟可包括:將焊膏沉積物和焊料預(yù)成型件加熱到約140°C到約275°C范圍內(nèi)的溫度。焊料然后可冷卻并固化，從而形成固體鍵合。
[0036]根據(jù)一個或多個非限制性實施方案，預(yù)成型件厚度可決定焊膏和設(shè)備之間的相互作用。在一些實施方案中，取決于預(yù)成型件的厚度，部件導(dǎo)熱墊可能不與焊劑接觸直到預(yù)成型件塌陷為止。這可減少接觸時間，使得焊膏中的焊劑有較少的機會還原導(dǎo)熱墊。在涉及具有引線的部件的一些實施方案中，相對薄的預(yù)成型件可與焊膏結(jié)合使用，且部件引線仍可與印刷的焊膏接觸，因此在回流之前將部件錨定到PCB，其中引線與焊膏接觸且導(dǎo)熱墊與焊膏接觸。
[0037]在此類實施方案中，使用比焊膏厚的預(yù)成型件可能有問題，因為部件的引線將不與焊膏接觸，且在處理之后引線和墊與焊膏的不對齊有可能發(fā)生。然而，在涉及如圖3示出的僅在底面包含許多墊的無鉛封裝的一些實施方案(例如LGA)中，可使用比焊膏沉積物厚的預(yù)成型件，同時回流后仍能實現(xiàn)減小的空隙和適當(dāng)?shù)牟考?PCB對齊。這可通過相對簡單的夾具來達成。如果在處理期間用夾具維持部件墊相對于板墊的定向，那么預(yù)成型件將塌陷成熔化的焊料，且部件將下降到板墊。發(fā)生一些自動對齊，借此部件由于焊料到部件墊上的毛細作用和潤濕作用而傾向于自身定向。在只考慮表面安裝墊的情況下，夾具可能相對便宜但足夠在處理后達到可接受的部件位置。
[0038]根據(jù)一個或多個實施方案，組件可包括:印刷電路板，鍵合到印刷電路板的部件或設(shè)備，和鍵合印刷電路板和設(shè)備的焊點。根據(jù)一個或多個實施方案，在回流或處理后，焊點約25%到約95%的體積可由焊料預(yù)成型件構(gòu)成?？蓽y量的空隙空間的減少可通過在處理之前使用焊料預(yù)成型件來代替焊點中焊膏的至少一部分來檢測。在一些非限制性實施方案中，回流后，焊料預(yù)成型件可構(gòu)成焊點少至10%的體積。在一些實施方案中，在回流之前，焊料預(yù)成型件可構(gòu)成焊點約25%到約95%的體積。在其它實施方案中，回流后，焊料預(yù)成型件可構(gòu)成焊點約25%到約80%的體積。在另外的實施方案中，回流后，焊料預(yù)成型件可構(gòu)成焊點約50%到約80%的體積。在一些非限制性實施方案中，根據(jù)一個或多個實施方案形成的焊點的特征可在于最終空隙空間小于約50%的面積。在另外的實施方案中，焊點的特征可在于最終空隙空間小于約40%的面積。在一些實施方案中，焊點的特征可在于最終空隙空間小于約35%的面積。在一些非限制性實施方案中，焊點可具有小于約30%的面積的最終空隙空間。在至少一些實施方案中，焊點可具有小于約20%的面積的最終空隙空間。在某些非限制性實施方案中，焊點可具有小于約10%的面積的最終空隙空間?？障犊臻g可通過焊點的X線影像或通過其它成像技術(shù)來測量。在一些實施方案中，是空隙的焊點的總面積的一部分可通常表示空隙空間占焊點面積的百分比。
[0039]根據(jù)一個或多個實施方案，在被并入焊點之前，預(yù)成型件可被放置在促進將預(yù)成型件自動放置到例如印刷電路板的基板上的不同形式的封裝上。例如，預(yù)成型件可被放到帶和卷軸封裝，或取放托盤上。
[0040]以上方面并不限于集成電路封裝被接合到PCB的應(yīng)用。如上文所討論，各種第一和第二元件可使用本文討論的技術(shù)來鍵合。例如，在一些非限制性實施方案中，預(yù)成型件和焊膏的組合可用以接合單一集成電路封裝的部件。集成電路封裝內(nèi)焊接的接合點理想性的特征可在于低空隙和在后續(xù)處理期間承受回流以將集成電路封裝接合到基板的能力。承受這個后續(xù)加熱過程可例如通過選擇合適的焊膏和焊料預(yù)成型件合金以增加集成電路封裝內(nèi)焊點的含鉛量來實現(xiàn)。
[0041]根據(jù)一個或多個實施方案，可提供用于將設(shè)備組裝到印刷電路板的套件。套件可包括焊膏和至少一個焊料預(yù)成型件。在一些非限制性實施方案中，預(yù)成型件可具有在約Imm和約15_之間的直徑和在約0.025_和0.2_之間的厚度。在某些非限制性實施方案中，焊料預(yù)成型件可為至少約99.9%重量的純金屬或純金屬合金，剩余的0.1%由雜質(zhì)和微量元素組成。在至少一個實施方案中，焊料預(yù)成型件可為至少約99.99%重量的純金屬或純金屬合金，剩余的0.01%由雜質(zhì)和微量兀素組成。高純度金屬或金屬合金可改善空隙性能，因為雜質(zhì)例如通過干擾潤濕而干擾接合點形成。套件也可包括在回流之前將焊料預(yù)成型件應(yīng)用于印刷電路板上的焊膏沉積物以形成焊點的指令。
[0042]根據(jù)一個或多個其它實施方案，促進焊點中空隙減少的方法可包括:提供焊料預(yù)成型件，和提供在回流之前將焊料預(yù)成型件應(yīng)用于印刷電路板上的焊膏沉積物以形成焊點指令的指令。
[0043]實例I
[0044]對具有30mm2的導(dǎo)熱墊并距離板0.05-0.1Omm且距離預(yù)成型件2或4mm的部件進行實驗。使用典型厚度為約0.062英寸的FR4玻璃環(huán)氧樹脂印刷電路板。板涂飾是有機表面防護劑(OSP)。所使用的焊膏是SAC3054號粉。圓盤形預(yù)成型件是尺寸為4mm的直徑和
0.1mm的厚度與2mm的直徑和0.1mm的厚度的SAC305合金。所使用的回流曲線是工業(yè)中典型使用的直線上升型(溫度比時間)和浸潤型曲線。所印刷的焊膏圖案包括沒有預(yù)成型件(控制)的100%覆蓋以及覆蓋50%低至<20%的墊區(qū)的印刷焊膏的各種窗格圖案。對應(yīng)于50%覆蓋，使用產(chǎn)生45%的焊點體積的小預(yù)成型件。對應(yīng)于< 20%覆蓋，使用產(chǎn)生焊點的顯著更高百分比(> 80% )的大預(yù)成型件。
[0045]圖4提供涉及預(yù)成型件與焊膏的組合使用以減少空隙形成的實驗的結(jié)果。y軸表示空隙形成的面積占焊點總面積的百分比。X軸表示處理之后焊料預(yù)成型件占總焊點的體積百分比。趨勢線指示預(yù)成型件的相對體積的增加和空隙區(qū)域占焊點的百分比的降低之間的關(guān)系。隨著預(yù)成型件體積占焊點總體積的百分比增大，空隙減小。有預(yù)成型件或沒有預(yù)成型件是關(guān)于空隙的最重要的因素。
[0046]實例2[0047]如圖5所示形成根據(jù)一個或多個實施方案的空隙減少預(yù)成型件。暗區(qū)表示印刷的焊膏而白色區(qū)域表示涂覆焊劑的焊料預(yù)成型件。這些涂覆焊劑的預(yù)成型件在測試期間提供
可重復(fù)的結(jié)果。
[0048]現(xiàn)已描述了一些說明性實施方案，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)顯而易見，上文僅是說明性而非限制性的，且僅以舉例的方式提供。許多修改和其它實施方案在本領(lǐng)域一般技術(shù)人員的范圍內(nèi)且被認為是落入本發(fā)明的范圍。特別說來，雖然本文提供的許多實例涉及到方法行為或系統(tǒng)元素的具體組合，但是應(yīng)理解，這些行為和這些元素可用其它方式組合來達到同樣的目的。
[0049]應(yīng)理解，本文討論的設(shè)備、系統(tǒng)和方法的實施方案并不將應(yīng)用限于本說明書或附圖中闡述的構(gòu)造細節(jié)和部件的設(shè)置。設(shè)備、系統(tǒng)和方法能夠在其它實施方案中實施，且能夠用各種方式來實踐或執(zhí)行。本文僅為說明性的目的而提供具體實施的實例且實例并不旨在為限制性的。特別說來，結(jié)合任何一個或多個實施方案討論的行為、元素和特征并不旨在被排除在任何其它實施方案中起到類似的作用。
[0050]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，本文描述的參數(shù)和配置是示例性的，且實際參數(shù)和/或配置將取決于使用本發(fā)明的系統(tǒng)和技術(shù)的具體應(yīng)用。通過使用不超過常規(guī)實驗，本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)認識到或能夠確定本發(fā)明的具體實施方案的等效物。因此應(yīng)理解，本文描述的實施方案僅以舉例的方式提供，且在所附權(quán)利要求書和其等效物的范圍中，可用具體描述的方式以外的方式來實踐本發(fā)明。
[0051]另外，也應(yīng)理解，本發(fā)明針對本文描述的每個特征、系統(tǒng)、子系統(tǒng)或技術(shù)和本文描述的兩個或更多個特征、系統(tǒng)、子系統(tǒng)或技術(shù)的任何組合，且如果兩個或更多個特征、系統(tǒng)、子系統(tǒng)，和技術(shù)并不相互矛盾，那么特征、系統(tǒng)、子系統(tǒng)和/或方法的任何組合就被認為是在如權(quán)利要求書中所實施的本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外，只結(jié)合一個實施方案討論的行為、元素和特征并不旨在被排除在其它實施方案中起到類似的作用。
[0052]本文使用的措辭和術(shù)語是為達描述的目的而不應(yīng)理解為限制性。如本文所使用，術(shù)語“多個”指的是兩個或更多個項目或部件。在說明書正文或權(quán)利要求書等中，術(shù)語“包括”、“包含”、“承載”、“具有”、“含有”和“涉及”是開放式術(shù)語，即意指“包括但不限于”。因此，使用術(shù)語意指涵蓋下文列出的項目及其等效物以及另外的項目。只有過渡短語
“由......構(gòu)成”和“基本上由......構(gòu)成”相對于權(quán)利要求書分別是封閉或半封閉的過渡
短語。權(quán)利要求書中使用例如“第一”、“第二”、“第三”等的序數(shù)術(shù)語來修改權(quán)利要求元素，其自身并不意味著一個權(quán)利要求元素比另一權(quán)利要求元素的任何優(yōu)先、優(yōu)先權(quán)或次序或者執(zhí)行方法的行為的時間頁序，而只是用作標簽來將具有某一名字的一個權(quán)利要求元素與具有相同名字的另一權(quán)利要求元素區(qū)分開(而使用序數(shù)術(shù)語)以區(qū)分權(quán)利要求元素。
【權(quán)利要求】
1.一種減少焊點中空隙形成的方法，其包括: 將焊膏沉積物應(yīng)用于基板； 將焊料預(yù)成型件放入所述焊膏沉積物； 將設(shè)備放置在所述焊料預(yù)成型件和所述焊膏沉積物上；以及 處理所述焊膏沉積物和所述焊料預(yù)成型件以在所述設(shè)備與所述基板之間形成所述焊點。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述基板是印刷電路板，且其中所述設(shè)備是集成電路封裝。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述處理步驟包括:將所述焊膏沉積物和所述焊料預(yù)成型件加熱到約140°C到約275°C范圍內(nèi)的溫度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其進一步包括所述焊膏沉積物中的多個預(yù)成型件。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述焊膏沉積物被應(yīng)用于大于或等于所述焊料預(yù)成型件厚度的厚度。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將所述焊膏沉積物應(yīng)用于所述基板包括:將所述焊膏以圖案印刷到所 述基板上。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述焊料預(yù)成型件的直徑在約Imm和約15mm之間。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述焊料預(yù)成型件的厚度在約0.025mm和約0.2mm之間。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述焊料預(yù)成型件包括至少約99.9%重量的純金屬或純金屬合金。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述純金屬或所述純金屬合金包括錫、銀、銻、銅、鉛、鎳、銦、鈀、鎵、鎘和鉍中的至少一個。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述焊料預(yù)成型件基本上不含焊劑。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述焊點的特征在于空隙空間小于約40%的面積。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中處理之后，所述焊料預(yù)成型件構(gòu)成所述焊點的約25%到約95%的體積。
14.一種組件，其包括: 印刷電路板； 設(shè)備，其鍵合到所述印刷電路板；和 焊點，其在所述印刷電路板與所述設(shè)備之間， 其中處理之后，所述焊點的約25%到約95%的體積包括焊料預(yù)成型件。
15.如權(quán)利要求14所述的組件，其中所述焊點包括錫、銀、銻、銅、鉛、鎳、銦、鈀、鎵、鎘和鉍中的至少一個。
16.如權(quán)利要求14所述的組件，其中所述焊點的特征在于空隙空間小于約40%的面積。
17.一種用于將設(shè)備組裝到印刷電路板的套件，其包括: 焊膏；和 至少一個焊料預(yù)成型件，其直徑在約Imm和約15mm之間且厚度在約0.025mm和0.2mm之間，所述至少一個焊料預(yù)成型件包括至少約99.9%重量的純金屬或純金屬合金。
18.如權(quán)利要求17所述的套件，其中所述至少一個焊料預(yù)成型件被放置在帶和卷軸封裝上。
19.如權(quán)利要求17所述的套件，其中所述至少一個焊料預(yù)成型件被放置在托盤上以進行取放處理。
20.如權(quán)利要求17所述的套件，其中所述至少一個焊料預(yù)成型件以自動機器就緒封裝來封裝。
21.一種促進焊點中空隙減少的方法，其包括: 提供焊料預(yù)成型件；以及 提供在處理之前將所述焊料預(yù)成型件應(yīng)用于印刷電路板上的焊膏沉積物以形成所述焊點的指令。
22.如權(quán)利要求19所述的方法，其進一步包括提供焊膏。
23.—種在印刷電路板與集成電路封裝之間的焊點，所述焊點的特征在于空隙空間小于約40%的面積，其中處理之后，所述焊點的約25%到約95%的體積包括焊料預(yù)成型件。
【文檔編號】H05K3/34GK104025727SQ201280048839
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月26日
【發(fā)明者】P·J·凱普, 德蒙奇·米歇爾, E·S·托米 申請人:阿爾發(fā)金屬有限公司