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CN101267714A - 电子装置和电子元件安装方法 - Google Patents

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CN101267714A CNA2008100881352A CN200810088135A CN101267714A CN 101267714 A CN101267714 A CN 101267714A CN A2008100881352 A CNA2008100881352 A CN A2008100881352A CN 200810088135 A CN200810088135 A CN 200810088135A CN 101267714 A CN101267714 A CN 101267714A
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Abstract

根据实施方式的一个方面，一种电子装置包括结合材料、在底表面上设有多个焊盘的电子元件以及在表面上设有多个焊盘的印刷电路板，所述印刷电路板的至少一个焊盘通过结合材料与所述电子元件中的至少一个焊盘连接，以将所述印刷电路板和所述电子元件电连接，其中所述电子元件或所述印刷电路板中的任一个设有供形成结合材料的虚设焊盘，该虚设焊盘上的结合材料抵靠所述电子元件或所述印刷电路板的所述表面中的另一个。

Description

电子装置和电子元件安装方法
技术领域
本发明涉及通过焊料结合将一个或多个电子元件安装到印刷电路板上的技术。
背景技术
安装在印刷电路板上的在底表面上均至少具有一个电极(焊盘)的电子元件(封装)得到广泛使用。电子元件的示例包括球栅阵列(BGA)、芯片级封装(CSP)、触点栅格阵列(LGA)、四方形扁平无引脚封装(QFN)、小型无引脚封装(SON)以及引脚芯片载体(LCC)。
利用下述工序将所述电子元件安装到印刷电路板上。首先，将用于结合的焊膏印刷在电子元件底表面的焊盘上，或印刷在印刷电路板上与电子元件底表面上的焊盘对应的焊盘上。将电子元件放置在印刷电路板上并在回流炉中加热，由此，电子元件通过用于安装的焊料而与印刷电路板结合到一起。
将印刷电路板上的焊盘和电子元件的焊盘结合在一起的焊料通常具有类似鼓状的受压形状。结果，在印刷电路板的表面与电子元件的底表面之间的距离(偏距(standoff))减小了，并且在相邻焊盘之间容易发生由焊料-焊料接触引起的短路。在安装了电子元件的印刷电路板中，如果确保较大偏距，那么由焊料-焊料接触引起的短路就会减少，由此众所周知，在焊料接合部处的应力被吸收以防止焊料开裂或剥落，从而延长产品寿命。
但是，随着电子产品尺寸和重量的减小，焊盘间的间距和焊盘面积的最小化的速度增加。为了实现电子产品尺寸和重量的减小，用于结合的焊膏的供应量必然减小。因此，当今的安装情况具有朝采用不利于提高可靠性的工艺发展的趋势。
对于该情况，这里的问题在于怎样确保较大偏距。
关于通过焊料将一个或多个电子元件和印刷电路板结合在一起的技术，专利文件已经公开，例如日本未审查专利申请公报No.8-46313、No.2001-94244、No.5-160563、No.2000-307237和No.7-38225。
发明内容
根据实施方式的一个方面，一种电子装置包括结合材料、在底表面上设有多个焊盘的电子元件以及在表面上设有多个焊盘的印刷电路板，所述印刷电路板的至少一个焊盘通过结合材料与所述电子元件中的至少一个焊盘连接，以将所述印刷电路板和所述电子元件电连接，其中所述电子元件或所述印刷电路板中的任一个设有供形成结合材料的虚设焊盘，该虚设焊盘上的结合材料抵靠所述电子元件或所述印刷电路板的所述表面中的另一个。
附图说明
图1是表示根据本发明实施方式怎样将电子元件安装到印刷电路板上的示意图；
图2是表示根据本发明实施方式的电子装置的特征部分；以及
图3是表示根据本发明实施方式的在焊膏供应到焊盘后的回流工艺。
具体实施方式
本发明涉及一种电子装置，其包括：电子元件，在其底表面上设有至少一个用于焊料结合的焊盘；和印刷电路板，其具有至少一个待与电子元件底表面的至少一个焊盘焊料结合的焊盘，印刷电路板的所述至少一个焊盘设置在其表面上，本发明还涉及一种电子元件安装方法，该方法通过焊料结合将在底表面上具有至少一个用于焊料结合的焊盘的电子元件安装到在表面上设有至少一个待与电子元件底表面的至少一个焊盘焊料结合的焊盘的印刷电路板上。
图1是表示电子元件怎样安装到印刷电路板上的示意图。
在图1中示出了一种状态，其中BGA封装电子元件20和LCC封装电子元件30安装到印刷电路板(母板)10的表面11上。
在印刷电路板10的表面11上，设有用于与BGA封装电子元件20焊料结合的三个焊盘101、102和103以及用于与LCC封装电子元件30焊料结合的一个焊盘104。另一方面，对于BGA封装电子元件20，在其底表面上设有用于与印刷电路板10焊料结合的三个焊盘201、202和203，对于LCC封装电子元件30，在其底表面上设有一个用于与印刷电路板10焊料结合的焊盘301(如图1所示)。
在安装期间，电子元件20的底表面21上的三个焊盘201、202和203分别设置在与印刷电路板10的表面11上的三个焊盘101、102和103相对的位置。同样，在安装期间，电子元件30的底表面31上的焊盘301设置在与印刷电路板10的表面11上的焊盘104相对的位置。在此，电子元件30是LCC封装。焊盘301延伸到LCC封装的侧表面。但是，在此，只要焊盘存在于底表面上就足够了。焊盘是否延伸至侧表面无关紧要。
此处，互相相对的焊盘，即，印刷电路板10上的焊盘101、102、103和电子元件20上的焊盘201、202、203；以及印刷电路板10上的焊盘104和电子元件30上的焊盘301分别通过焊料401结合在一起。在将电子元件20和30安装到印刷电路板10上时，将焊膏印刷到印刷电路板10和电子元件20和30的一侧或两侧的焊盘上，并将电子元件20和30放置在印刷电路板10上。然后，在回流炉中加热印刷电路板10上的电子元件20和30，焊料在熔融后固化。由此，电子元件20和30通过焊料结合安装到印刷电路板10上。
在此，将印刷电路板10上的焊盘101、102、103和104与电子元件20和30上的焊盘201、202、203和301结合在一起的焊料通常都具有类似鼓的受压形状，如图1所示。结果，印刷电路板10的表面11与电子元件20和30的底表面21和31之间的距离(偏距S)变小，在相邻焊盘之间易于发生由焊料-焊料接触引起的短路，从而对焊料接合部的长期可靠性非常有害。另一方面，如果确保较大偏距，那么众所周知，由焊料-焊料接触引起的短路会减少，且焊料接合部处的应力会被吸收，防止焊料开裂或剥落，从而延长产品寿命。
为了解决上述问题，提出了通过在电子元件底表面的四个角部布置多个由树脂制成的虚设突起或类似物以使虚设突起用作隔离件从而确保较大偏距的技术。
但是，除例行工序外，采用上述方法必需在底表面上设置隔离件的工序，从而导致成本增加。
在下文中，将参考附图描述根据本发明的实施方式。
图1表示怎样将电子元件安装到印刷电路板上，图2表示根据本发明的电子装置的特征部分。
与图1中的情况一样，图2表示怎样将BGA封装电子元件60和LCC封装电子元件70安装到印刷电路板(母板)50上。
在印刷电路板50的表面51上，在与BGA封装电子元件60相对的位置设有三个焊盘501、502和503。这三个焊盘中，两个焊盘502和503是用于印刷电路板50和电子元件60之间的电连接的焊盘。焊盘501不用于印刷电路板50和电子元件60之间的电连接。也就是说，焊盘501是虚设焊盘。换句话说，在电子元件60的底表面上，电子元件60在与焊盘501相对的位置没有焊盘。并且，印刷电路板50还具有焊盘504。在印刷电路板50的表面上，焊盘504设置在与LCC封装电子元件70相对的位置。焊盘504用于印刷电路板50和电子元件70之间的电连接。
在电子元件60的底表面61上设有两个焊盘601和602。在电子元件60的底表面61上，上述两个焊盘601和602分别设置在与形成在印刷电路板50表面上的焊盘502和503相对的位置。焊盘601和502与焊盘602和503中的每组都使用焊料402结合。相比之下，如上所述，在电子元件60的底表面上，在与焊盘501相对的位置没有设置焊盘。用于将印刷电路板50和电子元件60结合在一起的焊料颗粒403与电子元件60的底表面61直接接触。结果，供应到形成在印刷电路板50上的焊盘501的焊料颗粒403在印刷电路板50一侧上形成圆形。焊料颗粒403通过其圆顶上推电子元件60，由此在印刷电路板50和电子元件60之间形成较大偏距S。在此，使用作虚设焊盘的焊盘501的面积(此处，如尺寸A1所示)小于印刷电路板50上的其它焊盘502和503的面积(此处，如尺寸a1所示)(即A1＜a1)。在安装电子元件60期间，焊盘501、502和503供应有等量的焊膏。由于用作虚设焊盘的焊盘501的面积小于用于将印刷电路板50和电子元件60电连接的其它焊盘502和503的面积，所以在焊盘501上，通过焊料的熔融和固化形成高度大于在焊盘502和503上形成的焊料颗粒402的高度的焊料颗粒403，由此进一步增大偏距S。
并且，在LCC封装的另一电子元件70的底表面71上，设有两个焊盘701和702。在电子元件70的底表面71上，焊盘701设置在与形成在印刷电路板50的表面上的焊盘504相对的位置上。焊盘701和焊盘504通过焊料颗粒404电连接，焊料颗粒404通过供应、熔融并固化焊膏而形成。相比之下，焊盘702是虚设焊盘。在印刷电路板50的表面51上，在与焊盘702相对的位置上没有形成焊盘。由此，焊膏在熔融后供应到焊盘702上，被固化以形成在印刷电路板50一侧为圆形的焊料颗粒405。焊料颗粒405通过其圆顶下推印刷电路板50以在印刷电路板50和电子元件70之间形成较大偏距S。这里，使焊盘702的面积(此处如尺寸A2所示)小于另一个焊盘701的面积(此处如尺寸a2所示)(即，A2＜a2)。在安装电子元件70的期间，所有关于电子元件70的焊盘供应有等量的焊膏。由于焊盘702的面积小于用于将印刷电路板50和电子元件70电连接的另一焊盘701的面积，所以在焊盘702上，通过焊料的熔融和固化形成高度大于在焊盘701上的焊料颗粒404的高度的焊料颗粒405，由此，进一步增大了偏距S。
图2表示了一个实施例，其中虚设焊盘形成在印刷电路板和电子元件的每一个上。虚设焊盘可以只设在印刷电路板上或只设在电子元件上。而且优选的是，例如在电子元件底表面的四个角处都设有一个虚设焊盘，即，总共设有四个虚设焊盘，或者设置超过四个的虚设焊盘。在一个电子元件上设置至少三个虚设焊盘使得电子元件可以与印刷电路板平行地安装而不偏斜。并且，电子元件个数越多，增大印刷电路板与电子元件之间的偏距S的力越强。
印刷电路板与电子元件之间的偏距取决于目标元件的重量、焊盘的数量、焊盘的面积和供应焊料的数量和种类。但是，偏距的高度可以通过调节虚设焊盘的直径、数量以及供应焊膏量来控制。具体地说，在10平方毫米的72-引脚QFN元件中，在母板侧上安装有十个直径为0.3毫米的虚设焊盘。在虚设焊盘的每个安装部分上，比虚设焊盘大近似20％的金属掩模(厚度：0.12毫米)被穿孔。当没有设置虚设焊盘时，印刷电路板和电子元件之间的偏距为30至50μm，但可以确定，上述条件下虚设焊盘的安装使得印刷电路板与电子元件之间的偏距可增至70至90μm。并且已经证实，安装更多的虚设焊盘或对焊料量的控制使得印刷电路板和电子元件之间的偏距可进一步加大。
在具有底部电极的电子元件中，当焊料结合的偏距较小(0到20μm)时，作用于元件的端子电极上的集中应力约为150到200MPa。根据长期可靠性测试，已经发现在上述具有底部电极的元件的焊料接合部发生开裂破损之前的时间很短。另一方面，在本发明中，在印刷电路板和/或电子元件上安装一个或者多个虚设焊盘使焊料结合确保了约为150μm的焊料结合偏距，使集中应力降低至50到70MPa。在长期可靠性测试中已经证实，在焊料接合部发生开裂破损之前的时间比上述前一情况长50到60倍。
图3表示在焊膏供应到焊盘后的回流工艺。
如图3所示，图2所示的待安装到印刷电路板50上的电子元件60和电子元件70被放到入口侧传送带801上，被传送到回流炉80而到达主加热区域80a。焊膏已经供应到印刷电路板50与电子元件60和70之间。焊膏因到达主加热区域80a而熔融。在主加热区域80a中，基板反转机构81升起印刷电路板50，然后将其慢慢反转，并且基底反转机构81将其放置到出口侧传送带802上。出口侧传送带802仅支撑处于反转状态的印刷电路板50，因此电子元件60和70的自重作用到印刷电路板50上的电子元件60和70上。此时焊料的熔融温度被抑制在一温度水平，从而将焊料的粘度保持在使焊料不滴落到具有反转的电子元件60和70的印刷电路板50上的程度。出口侧传送带802将印刷电路板50放在其上并传送出回流炉80。用于将印刷电路板50和电子元件60和70结合的熔融焊料在回流炉80外变冷并固化。这里，由于印刷电路板50反转，电子元件60和70的自重作用到放在印刷电路板50上的电子元件60和电子元件70上，熔融焊料延伸，从而形成较高偏距S。
根据本发明的电子元件和印刷电路板具有至少一个用于形成上述偏距的虚设焊盘，虚设焊盘与焊料颗粒连接，因此，虽然焊料颗粒在虚设焊盘侧上伸展，但它远离虚设焊盘的顶侧由于表面张力而成圆形，由此增大偏距。
如上所述，根据本发明的电子装置，电子元件的一个底表面和印刷电路板的表面中的任一个表面具有至少一个虚设焊盘，而在所述表面的另一个的相对位置则没有，并且焊料颗粒与至少一个虚设焊盘连接，由此，可在不增加用于将电子元件和印刷电路板结合在一起的焊膏的供应量的情况下有效增大偏距。

Claims (9)

1、一种电子装置，该电子装置包括：
结合材料；
在底表面上设有多个焊盘的电子元件；以及
在表面上设有多个焊盘的印刷电路板，所述印刷电路板的所述多个焊盘中的至少一个通过结合材料与所述电子元件中的至少一个焊盘连接，以将所述印刷电路板和所述电子元件电连接，
其中所述电子元件或所述印刷电路板设有供形成结合材料的虚设焊盘，该虚设焊盘上的结合材料抵靠所述电子元件或所述印刷电路板的所述表面中的另一个。
2、根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述结合材料的表面形状通过所述电子装置的回流处理形成。
3、根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述电子元件的底表面设有所述虚设焊盘。
4、根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述印刷电路板的表面设有所述虚设焊盘。
5、根据权利要求1所述的电子装置，其中，设有至少三个所述虚设焊盘，每个所述虚设焊盘与结合材料连接。
6、根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述虚设焊盘的面积小于所述焊盘的面积。
7、一种电子装置，该电子装置包括：
在底表面上设有多个焊盘的电子元件；以及
在表面上设有多个焊盘的印刷电路板，所述印刷电路板的所述多个焊盘中的至少一个通过焊料突起与所述电子元件中的至少一个焊盘连接，以将所述印刷电路板和所述电子元件电连接，
其中所述电子元件或所述印刷电路板设有供形成所述焊料突起的虚设焊盘，该虚设焊盘上的焊料突起与所述电子元件或所述印刷电路板的所述表面中的另一个相碰。
8、根据权利要求7所述的电子装置，其中所述焊料突起的表面形状通过所述电子装置的回流处理确定。
9、一种电子元件安装方法，该方法包括以下步骤：
通过加热使已经供应到设置在所述电子元件的底表面或印刷电路板的表面上的焊盘和虚设焊盘上的结合材料熔融，所述电子元件放置在所述印刷电路板上，并且
在使所述结合材料延展的同时，在所述结合材料固化前反转所述印刷电路板。
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