專利名稱：電子裝置和電子元件安裝方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過焊料結合將一個或多個電子元件安裝到印刷電路板 上的技術。
背景技術：
安裝在印刷電路板上的在底表面上均至少具有一個電極(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)、 芯片級封裝(CSP)、觸點柵格陣列(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)。利用下述工序將所述電子元件安裝到印刷電路板上。首先，將用于 結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 路板結合到一起。將印刷電路板上的焊盤和電子元件的焊盤結合在一起的焊料通常具 有類似鼓狀的受壓形狀。結果，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減少，由此眾 所周知，在焊料接合部處的應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。為了實現(xiàn)電子產(chǎn)品尺寸和重量的減小，用于結合 的焊膏的供應量必然減小。因此，當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。關于通過焊料將一個或多個電子元件和印刷電路板結合在一起的技術，專利文件已經(jīng)公開，例如日本未審查專利申請公報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)實施方式的一個方面， 一種電子裝置包括結合材料、在底表面 上設有多個焊盤的電子元件以及在表面上設有多個焊盤的印刷電路板， 所述印刷電路板的至少一個焊盤通過結合材料與所述電子元件中的至少 一個焊盤連接，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設有供形成結合材料的虛設焊 盤，該虛設焊盤上的結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。


圖1是表示根據(jù)本發(fā)明實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)明實施方式的在焊膏供應到焊盤后的回流工藝。
具體實施方式
本發(fā)明涉及一種電子裝置，其包括電子元件，在其底表面上設有 至少一個用于焊料結合的焊盤；和印刷電路板，其具有至少一個待與電子元件底表面的至少一個焊盤焊料結合的焊盤，印刷電路板的所述至少 一個焊盤設置在其表面上，本發(fā)明還涉及一種電子元件安裝方法，該方 法通過焊料結合將在底表面上具有至少一個用于焊料結合的焊盤的電子 元件安裝到在表面上設有至少一個待與電子元件底表面的至少一個焊盤 焊料結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，設有用于與BGA封裝電子元件20 焊料結合的三個焊盤101、 102和103以及用于與LCC封裝電子元件30 焊料結合的一個焊盤104。另一方面，對于BGA封裝電子元件20，在其 底表面上設有用于與印刷電路板10焊料結合的三個焊盤201 、202和203， 對于LCC封裝電子元件30，在其底表面上設有一個用于與印刷電路板 10焊料結合的焊盤301 (如圖l所示)。在安裝期間，電子元件20的底表面21上的三個焊盤201、 202和 203分別設置在與印刷電路板10的表面11上的三個焊盤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。焊盤是否延伸至側表面無關緊 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結合在一起。在將 電子元件20和30安裝到印刷電路板10上時，將焊膏印刷到印刷電路板 10和電子元件20和30的一側或兩側的焊盤上，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減少，且焊料接合部處的應力會被吸收，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角部布置 多個由樹脂制成的虛設突起或類似物以使虛設突起用作隔離件從而確保 較大偏距的技術。但是，除例行工序外，采用上述方法必需在底表面上設置隔離件的 工序，從而導致成本增加。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 位置設有三個焊盤501、 502和503。這三個焊盤中，兩個焊盤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上設有兩個焊盤601和602。在電子元 件60的底表面61上，上述兩個焊盤601和602分別設置在與形成在印 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相對的位置沒有設置焊盤。用于 將印刷電路板50和電子元件60結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。結果，供應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供應有等量的焊膏。由于用作虛設焊盤的焊盤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，設有兩個焊 盤701和702。在電子元件70的底表面71上，焊盤701設置在與形成在 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、熔融并固化焊膏而 形成。相比之下，焊盤702是虛設焊盤。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，焊膏在熔融后供應到 焊盤702上，被固化以形成在印刷電路板50 —側為圓形的焊料顆粒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，所有關于電子元件70的焊盤供應有等量的 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，進一步增大了偏距S。圖2表示了一個實施例，其中虛設焊盤形成在印刷電路板和電子元 件的每一個上。虛設焊盤可以只設在印刷電路板上或只設在電子元件上。 而且優(yōu)選的是，例如在電子元件底表面的四個角處都設有一個虛設焊盤， 即，總共設有四個虛設焊盤，或者設置超過四個的虛設焊盤。在一個電 子元件上設置至少三個虛設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。印刷電路板與電子元件之間的偏距取決于目標元件的重量、焊盤的 數(shù)量、焊盤的面積和供應焊料的數(shù)量和種類。但是，偏距的高度可以通 過調(diào)節(jié)虛設焊盤的直徑、數(shù)量以及供應焊膏量來控制。具體地說，在10平方毫米的72—引腳QFN元件中，在母板側上安裝有十個直徑為0.3毫 米的虛設焊盤。在虛設焊盤的每個安裝部分上，比虛設焊盤大近似20% 的金屬掩模(厚度0.12毫米)被穿孔。當沒有設置虛設焊盤時，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，安裝更多的虛設焊盤或對焊料量的控制使得印刷 電路板和電子元件之間的偏距可進一步加大。在具有底部電極的電子元件中，當焊料結合的偏距較小(0到20jam) 時，作用于元件的端子電極上的集中應力約為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或者多個虛設焊盤使焊料結合確保了約為150pm的 焊料結合偏距，使集中應力降低至50到70MPa。在長期可靠性測試中已 經(jīng)證實，在焊料接合部發(fā)生開裂破損之前的時間比上述前一情況長50到 60倍。圖3表示在焊膏供應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被放到入口側傳送帶801上，被傳送到回流爐80而到達 主加熱區(qū)域80a。焊膏已經(jīng)供應到印刷電路板50與電子元件60和70之 間。焊膏因到達主加熱區(qū)域80a而熔融。在主加熱區(qū)域80a中，基板反 轉機構81升起印刷電路板50，然后將其慢慢反轉，并且基底反轉機構 81將其放置到出口側傳送帶802上。出口側傳送帶802僅支撐處于反轉 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的電子元件60和70 的印刷電路板50上的程度。出口側傳送帶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， 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用于形成上述偏 距的虛設焊盤，虛設焊盤與焊料顆粒連接，因此，雖然焊料顆粒在虛設 焊盤側上伸展，但它遠離虛設焊盤的頂側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，電子元件的一個底表面和印刷 電路板的表面中的任一個表面具有至少一個虛設焊盤，而在所述表面的 另一個的相對位置則沒有，并且焊料顆粒與至少一個虛設焊盤連接，由 此，可在不增加用于將電子元件和印刷電路板結合在一起的焊膏的供應 量的情況下有效增大偏距。
權利要求
1、一種電子裝置，該電子裝置包括結合材料；在底表面上設有多個焊盤的電子元件；以及在表面上設有多個焊盤的印刷電路板，所述印刷電路板的所述多個焊盤中的至少一個通過結合材料與所述電子元件中的至少一個焊盤連接，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有供形成結合材料的虛設焊盤，該虛設焊盤上的結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。
2、 根據(jù)權利要求l所述的電子裝置，其中，所述結合材料的表面形 狀通過所述電子裝置的回流處理形成。
3、 根據(jù)權利要求l所述的電子裝置，其中，所述電子元件的底表面 設有所述虛設焊盤。
4、 根據(jù)權利要求l所述的電子裝置，其中，所述印刷電路板的表面 設有所述虛設焊盤。
5、 根據(jù)權利要求1所述的電子裝置，其中，設有至少三個所述虛設 焊盤，每個所述虛設焊盤與結合材料連接。
6、 根據(jù)權利要求l所述的電子裝置，其中，所述虛設焊盤的面積小 于所述焊盤的面積。
7、 一種電子裝置，該電子裝置包括 在底表面上設有多個焊盤的電子元件；以及在表面上設有多個焊盤的印刷電路板，所述印刷電路板的所述多個 焊盤中的至少一個通過焊料突起與所述電子元件中的至少一個焊盤連 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有供形成所述焊料突起的虛 設焊盤，該虛設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相碰。
8、 根據(jù)權利要求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)供應到設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焊盤上的結合材料熔融，所述電子元件放置在所 述印刷電路板上，并且在使所述結合材料延展的同時，在所述結合材料固化前反轉所述印 刷電路板。
全文摘要
根據(jù)實施方式的一個方面，一種電子裝置包括結合材料、在底表面上設有多個焊盤的電子元件以及在表面上設有多個焊盤的印刷電路板，所述印刷電路板的至少一個焊盤通過結合材料與所述電子元件中的至少一個焊盤連接，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設有供形成結合材料的虛設焊盤，該虛設焊盤上的結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。
文檔編號H05K3/34GK101267714SQ20081008813
公開日2008年9月17日 申請日期2008年3月14日 優(yōu)先權日2007年3月14日
發(fā)明者山本敬一 申請人:富士通株式會社