專利名稱：具有偏離中心的幾何形狀的焊盤中通孔及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電子封裝。更具體地，本發(fā)明涉及將集成電路的電接觸連接到具有通孔的鍵合焊盤。
背景技術(shù)：
集成電路(IC)通常組裝到封裝內(nèi)，封裝物理地和電連接到如印刷電路板(PCB)的基板上形成“電子組件”?！半娮咏M件”可以為“電子系統(tǒng)”的一部分?！半娮酉到y(tǒng)”在這里廣義地定義為包括“電子組件”的任何產(chǎn)品。電子系統(tǒng)的例子包括計算機(例如，桌上型電腦、膝上型電腦、手提電腦、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品等)、無線通信裝置(例如，蜂窩式電話、無繩電話、尋呼機等)、計算機外設(shè)(例如，打印機、掃描儀、監(jiān)視器等)、娛樂裝置(例如，電視機、收音機、立體聲、磁帶和光盤播放器、錄像機等)等。
在電子系統(tǒng)領(lǐng)域中，制造商之間存在不斷的競爭壓力，驅(qū)動他們要提高設(shè)備性能同時降低制造成本。這特別針對于基板上的IC封裝，每個新一代板級封裝一定帶來提高的性能同時通常使尺寸更小或者更緊湊。
基板通常包括多個絕緣層和金屬層，選擇性構(gòu)圖金屬層以提供金屬互連線(這里稱做“線跡”)，多個電子部件安裝在基板的一個或多個表面上，并通過線跡功能性互連。路線條(routing traces)通常運輸在系統(tǒng)的電子部件例如IC之間傳送的信號。一些IC具有較大量的輸入/輸出(I/O)焊盤。大量的I/O焊盤需要較大量的路線條。一些PCB需要多層路線條以容納所有的系統(tǒng)互連。
位于不同層內(nèi)的路線條通常通過形成在基板中的通孔電連接。通過制作穿過PCB一些或全部層的孔然后用例如銅或鎢等導(dǎo)電材料涂覆或電鍍內(nèi)部孔表面制成通孔。
將部件安裝在基板上的常規(guī)方法之一稱做表面安裝技術(shù)(SMT)。SMT元件具有直接焊接到基板表面的端子或引線(通常稱做“電接觸”)。SMT元件由于它們的尺寸小和安裝簡單而廣泛使用。SMT元件的一種常規(guī)類型利用球柵陣列(BGA)連接到基板。BGA元件在一個表面具有多個焊料球，每個焊料球表示一個電接觸。每個焊料球連接到元件內(nèi)的導(dǎo)體。
如BGA元件的SMT元件的電接觸連接到基板表面上對應(yīng)的金屬化安裝或鍵合焊盤(這里也稱做“焊接區(qū)”)，以便建立到基板的可靠物理接觸以及建立在SMT元件和連接到焊接區(qū)的至少一個導(dǎo)電條之間的電連接。通常一個焊接區(qū)專用于一個SMT電接觸。
為了制造其中包括IC封裝的部件以較高密度安裝的PCB，現(xiàn)已知使用焊盤中通孔結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中，通孔形成在每個安裝焊盤或焊接區(qū)中，由此保存了PCB上可由通孔和焊接區(qū)隔離占用的有價值的“空間(real estate)”。所得電子系統(tǒng)可以較低成本、更小尺寸制造，因此可以更有商業(yè)吸引力。
在SMT元件安裝到基板上之前，用焊膏選擇性地涂覆基板焊接區(qū)。要將SMT元件安裝到基板上，要在基板上仔細(xì)地定位或“對齊”元件，以使它的電接觸(例如焊料球)與對應(yīng)的焊接區(qū)對準(zhǔn)。最后，焊料球和焊接區(qū)加熱到焊料球和焊膏熔化的溫度，由此它們物理地融合并形成合適的電和物理連接。
在基板焊接區(qū)涂覆有焊膏之前，焊料掩模或焊料抗蝕劑材料層首先施加到基板上除焊接區(qū)之外的所有地方。對于焊盤中通孔結(jié)構(gòu)，通孔帽蓋材料通常施加到基板的下表面以塞住通孔的下開口。然后，焊膏施加到基板上表面上的焊接區(qū)。
焊料掩模、通孔帽蓋以及焊膏可以包括一種或多種揮發(fā)性材料。這種材料可以包括揮發(fā)性有機化合物(VOC)。這種VOC的一個例子為聚乙二醇，它通常用在PCB制造中。與焊膏的約183攝氏度的液化溫度相比，聚乙二醇具有約170攝氏度的沸點。
對于含有焊盤中通孔的PCB，當(dāng)加熱焊料球和焊接區(qū)時產(chǎn)生問題，這是因為通孔中以液體形式殘留的未固化或過量的VOC會膨脹或“排氣”向上進入上面的焊料球。這導(dǎo)致焊料球膨脹到能夠接觸到相鄰焊料球的位置，產(chǎn)生短路。該現(xiàn)象稱做“BGA橋連”。此外，VOC強有力的排氣在焊料球接觸通孔的地方留下空隙，顯著減弱連接或形成開路。
由于以上提到的原因，及以下通過閱讀和理解本說明書對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說顯而易見的其它原因，非常需要一種將集成電路連接到提供較高密度的基板同時提供較高質(zhì)量互連的裝置和方法。


圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的PCB掩模和篩網(wǎng)的透視圖；圖2示出了沿圖1的線50截取的圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)PCB的剖面圖，和對準(zhǔn)以連接到現(xiàn)有技術(shù)PCB的IC封裝的剖面圖；圖3示出了焊料回流操作期間連接到IC封裝的圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)PCB，其中由于揮發(fā)物的排氣使相鄰的焊料球橋連；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的PCB、掩模以及篩網(wǎng)的透視圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例兩個焊接區(qū)的示意性俯視圖，每個具有偏離中心的通孔；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例沿圖4的線150截取的圖4所示PCB的剖面圖，和對準(zhǔn)連接到PCB的IC封裝的剖面圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在焊料回流操作期間連接到IC封裝的本發(fā)明的PCB，其中相鄰的焊料球膨脹但沒有接觸；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例連接到IC封裝的本發(fā)明的PCB；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例覆蓋具有多個焊接區(qū)的基板一部分的IC的頂視圖，每一個焊接區(qū)有偏離中心的通孔；和圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制造電子組件的方法流程圖，包括在焊接區(qū)中形成偏離中心的通孔以抑制相鄰的焊料球形成橋連。
具體實施例方式
在本發(fā)明下面的詳細(xì)說明中，參考作為本發(fā)明一部分的附圖，并且其中借助可以實施本發(fā)明的具體優(yōu)選實施例進行了說明。非常詳細(xì)地介紹了這些實施例以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，應(yīng)該理解可以利用其它實施例并且可以進行組成、機械和電變化同時不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此下面詳細(xì)的說明不是限定性的，本發(fā)明的范圍可以僅由附帶的權(quán)利要求書進行限定。
本發(fā)明提供了焊料回流期間排氣產(chǎn)生質(zhì)量缺陷的熱膨脹物質(zhì)例如揮發(fā)性的有機化合物(VOC)的解決方案。這里示出和介紹了各種實施例。在一個實施例中，形成焊盤中通孔結(jié)構(gòu)中的溝槽(channel)偏離焊盤中心以使焊料回流期間排氣的影響最小。通過在焊盤或焊接區(qū)中偏離通孔溝槽，焊料球的膨脹顯著減少，減小了相鄰焊料球接觸的可能性，使更多的焊料留在焊點中，并減小了焊接區(qū)上的剪切應(yīng)力和沖擊疲勞。也介紹了制造方法、本發(fā)明對基板、電子組件以及電子系統(tǒng)的應(yīng)用。
除了以上優(yōu)點之外，本發(fā)明的改進的焊盤中通孔裝置和方法與現(xiàn)有的封裝技術(shù)兼容，由此以較低的操作成本實現(xiàn)了顯著的質(zhì)量提高，由此使本發(fā)明的裝置和方法更具有商業(yè)競爭力。
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)PCB12、掩模2以及篩網(wǎng)3的透視圖。PCB12的表面1具有多個焊盤中通孔結(jié)構(gòu)(僅示出了其中的兩個)，每個包括形成在上面并連接到具有孔5的通孔15的O形焊接區(qū)4。焊膏可以施加到每個焊接區(qū)4，IC封裝上的對應(yīng)焊料球可以連接到焊接區(qū)4，如下所示。
雖然在IC封裝技術(shù)中通孔可以是實心體或空心體，但這里使用的術(shù)語“通孔”是指空心的通孔。通孔15包括如銅的導(dǎo)電材料，其電連接PCB12的不同層(未示出)上的電路線跡。通孔15可以是任何類型或截面，但通常為圓形。在圖1示出的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中，通孔15基本上是銅或鍍銅的圓柱體，具有有限的基本均勻的厚度的壁，其部分延伸到PCB12內(nèi)(如虛線所示)或者完全穿過PCB12，這取決于PCB的多少層需要連接。通常穿過所有或部分PCB12鉆孔，然后用如銅或鎢的導(dǎo)電金屬覆蓋孔的內(nèi)壁形成通孔15。
如上面的背景技術(shù)部分中提到的，PCB12上的焊接區(qū)4需要用焊膏涂覆，準(zhǔn)備與IC封裝的對應(yīng)焊料球接合。為此，掩模2設(shè)置在PCB12的表面1上，篩網(wǎng)裝置3將焊膏沿箭頭10指示的方向穿過掩模2中的孔8分布。這些焊膏通常包括焊料粉、焊劑、懸浮劑以及溶劑的組合。焊膏不僅涂覆焊接區(qū)4，也通過孔5進入到通孔15內(nèi)。
焊膏篩選操作之后，根據(jù)多個工藝變量，在一些或所有液體成分蒸發(fā)期間，允許固化或硬化焊膏。當(dāng)揮發(fā)性液體成分沒有全部蒸發(fā)時，會發(fā)生顯著問題，如參照圖3將介紹。
應(yīng)該注意在如上參考圖1所述施加焊膏之前，可以使用其它掩模以施加含揮發(fā)性液體成分的其它材料到PCB12的表面1。例如，可以施加焊料抗蝕劑以定義要保留焊膏的PCB12的表面1的區(qū)域。此外，可以不使用掩模將揮發(fā)性液體成分例如溶劑施加到PCB12。
此外，如前面和下面將介紹的，設(shè)置在通孔15下面并且通常向上延伸到通孔15內(nèi)的通孔帽蓋(17，圖2)可包括在經(jīng)歷焊料回流溫度時顯著排氣的未固化的揮發(fā)性成分。在一些現(xiàn)有技術(shù)的焊盤中通孔的結(jié)構(gòu)中，通孔帽蓋材料中未固化的揮發(fā)性成分構(gòu)成了焊料回流期間排氣的最主要原因。
可被涂敷到PCB12的表面1的各種材料中的揮發(fā)性液體成分為熱膨脹物質(zhì)，即受熱時它們膨脹。這些揮發(fā)性液體成分可以是任何合適的類型，經(jīng)常包括揮發(fā)性的有機化合物，例如聚乙二醇。
圖2示出了沿圖1的線50截取的圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)PCB12的剖面圖，和被對準(zhǔn)連接到現(xiàn)有技術(shù)PCB12的IC封裝20的剖面圖。示出的通孔15含有熱膨脹物質(zhì)，例如“通孔填料”14，在現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中可以包括固化的材料以及如揮發(fā)性的有機化合物的熱膨脹物質(zhì)。僅示出了通孔15內(nèi)的通孔填料14的特定水平面；水平面可以在全滿和空之間的任何范圍。
在圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中，通孔填料14主要是來自通孔帽蓋17的通孔帽蓋材料。然而，通孔填料14也可以包括處理的溶劑殘留物。此外，如上所述，通孔填料14也可以包括焊膏。焊膏材料施加到PCB12的上表面1的操作結(jié)果是，焊膏16留在焊接區(qū)4上以及通孔25內(nèi)，這里它構(gòu)成了通孔填料14的相對較小部分。
每個通孔15的下側(cè)(如圖2所示)具有通孔帽蓋17以防止如焊膏的通孔填料14流過通孔。通孔帽蓋17包括例如環(huán)氧樹脂。通孔帽蓋材料在施加到PCB12之后通常需要固化。當(dāng)這些通孔帽蓋材料沒有完全固化時，它們會引起通孔15內(nèi)顯著的排氣，由此造成焊料球橋連，正如以下將參考圖3討論的。通孔帽蓋17不僅覆蓋通孔15的底部開口，也向上延伸到通孔15內(nèi)。
IC封裝20包括接觸、突點或球22所連接的多個(僅示出其中的兩個)焊接區(qū)21，每個包括如焊料的導(dǎo)電材料。焊料球22與焊接區(qū)4的形狀、尺寸和間距近似相同。焊料球22與焊接區(qū)4對準(zhǔn)或“對齊”。
在隨后的回流操作中(下面圖3中將介紹)，包括焊料球22、焊接區(qū)4以及通孔15的封裝結(jié)構(gòu)基本上被加熱到焊料材料的熔點或液化?；亓鞑僮鞯哪康氖鞘购噶锨?2和焊接區(qū)4上的焊膏16流在一起，以使冷卻時IC封裝20的焊接區(qū)21與基板12的焊接區(qū)4物理連接和電連接。
圖3示出了焊料回流操作期間連接到IC封裝20的圖2所示的現(xiàn)有技術(shù)PCB12，其中由于揮發(fā)物的排氣使相鄰的焊料球22橋連。
當(dāng)在焊料回流操作期間對包括IC封裝20和PCB12的封裝結(jié)構(gòu)進行加熱時，焊料球22熔化。此外，通孔15內(nèi)的通孔填料14中的任何VOC均受熱并膨脹。通過通孔帽蓋17可以防止通孔15下部中的通孔填料14內(nèi)的VOC從通孔15向下流出。由于當(dāng)現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)加熱到焊料液化時，在通孔填料14內(nèi)存在未蒸發(fā)的熱膨脹材料，因此通孔填料14會在上面熔化的焊料球22內(nèi)排氣產(chǎn)生大氣泡23，使焊料球22鼓脹效應(yīng)地橫向膨脹。當(dāng)相鄰的焊料球22在所示的區(qū)域26接觸時，在電子結(jié)構(gòu)的電路徑中產(chǎn)生短路，電子結(jié)構(gòu)會發(fā)生操作性故障或者甚至整體失效。
圖3所示的焊盤中通孔結(jié)構(gòu)的幾何形狀造成了相鄰焊料球22的橋連。焊料球22牢固地粘附到IC封裝20上的焊接區(qū)21以及PCB12上的焊接區(qū)4。而且，焊料球22具有使即使熔化的焊料球22保持大致球形的高表面張力。由于通孔15在焊接區(qū)4內(nèi)的中心，因此由熔化的焊料球22形成的氣泡相當(dāng)對稱，它們的壁具有基本上均勻的厚度，能夠相當(dāng)大程度地阻止坍塌。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例PCB112、掩模102以及篩網(wǎng)103的透視圖。
PCB112的表面100具有多個焊盤中通孔結(jié)構(gòu)(僅示出其中2個)，每個包括形成在上面并連接到具有孔105的通孔115(虛線所示)的焊接區(qū)104。
通孔115可以是任何類型或截面，但在實施例中示出了圓形。通孔115可以部分延伸到PCB112內(nèi)或者整個穿過PCB112，這取決于PCB的多少層需要連接。
在一個實施例中，鉆出通孔115。通孔115具有稍小于它們的鉆孔直徑的完成直徑。在一個實施例中，通孔115的未完成直徑在.33到.38毫米(13到15密耳)的范圍中。鍍覆之后，通孔115的完成直徑在.25到.33毫米(10到13密耳)的范圍中。焊接區(qū)104的直徑在.61到.71毫米(24到28密耳)的范圍中。
以類似于上面參照圖1介紹的方式，PCB112上的焊接區(qū)104涂覆有焊膏，準(zhǔn)備與IC封裝的對應(yīng)焊料球接合。為此，掩模102設(shè)置在PCB112的表面100上，篩網(wǎng)裝置103將焊膏通過箭頭110指示的方向通過掩模102中的孔108分布。這些焊膏通常包括焊料粉、焊劑、懸浮劑以及溶劑的組合。該操作之后根據(jù)多個工藝變量，在一些或全部液體成分蒸發(fā)期間固化或硬化焊膏。
以類似于上面圖1介紹的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)的方式，無論是否使用掩模，在參考圖4介紹的施加焊膏之前，含VOC的其它材料或其它揮發(fā)性液體成分可以施加到PCB112的表面100。例如，可以施加焊料抗蝕劑以限定PCB112的表面100上的區(qū)域，該區(qū)域為焊膏要保持的位置，例如焊接區(qū)104。同樣，設(shè)置在通孔115下側(cè)并向上延伸到通孔115內(nèi)的通孔帽蓋(117，圖6)可包括當(dāng)經(jīng)歷焊料回流溫度時顯著排氣的未固化的揮發(fā)性成分。
在可被施加到PCB112的表面100的各種材料內(nèi)的揮發(fā)性液體成分為熱膨脹物質(zhì)，即受熱時它們膨脹。對于以上介紹的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)，這些揮發(fā)性液體成分可以是任何合適的類型，通常包括揮發(fā)性的有機化合物(VOC)，例如聚乙二醇。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的兩個焊接區(qū)130和131的示意性俯視圖，每個焊接區(qū)分別具有偏離中心的通孔134和135。焊接區(qū)130和131表示PCB112的任何兩個相鄰的焊接區(qū)，它們與焊接區(qū)104(圖4)類似或相同。雖然PCB112上的焊接區(qū)分成至少兩個不同組，如圖9所示并且如下所述，焊接區(qū)130和131可以是被認(rèn)為來自相同組的焊接區(qū)。焊接區(qū)130包括通孔134，焊接區(qū)131包括通孔135。
焊接區(qū)130具有幾何中心132和邊緣138。類似地，焊接區(qū)131具有幾何中心133和邊緣139。通孔134和135分別具有幾何中心136和137。
相鄰的焊接區(qū)130和131的通孔在分別距它們各自的焊接區(qū)的幾何中心相同的偏移距離140和141處形成。此外，各焊接區(qū)130和131的通孔135和136的幾何中心基本上在相同的方向偏移。換句話說，通孔135和135的偏移量140和141分別具有基本相同的角度。例如，通孔130和131的幾何中心136和137分別各自偏移它們各自的焊接區(qū)(130，131)的幾何中心(132和133)90度(參考圖5的X軸145和Y軸146提供的笛卡爾坐標(biāo)網(wǎng)格)。
雖然偏移通孔可以以規(guī)則、正交的圖形提供在焊盤或焊接區(qū)中，如圖5所示，但本發(fā)明不限于這種圖形，可以為具有任何相關(guān)變量的變化的許多其它類型的圖形，這些變量包括但不限于焊接區(qū)尺寸、通孔尺寸、相對實際的偏移距離、偏移角以及間距。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例沿圖4的線150截取的圖4所示PCB112的剖面圖，和對準(zhǔn)連接到現(xiàn)有技術(shù)PCB112的IC封裝120的剖面圖。PCB112和IC封裝120形成了可以為電子系統(tǒng)一部分的電子組件。
如上圖2示出的現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)介紹的，示出的通孔115含有熱膨脹物質(zhì)，例如“通孔填料”114，可以包括固化材料以及如揮發(fā)性的有機化合物的熱膨脹物質(zhì)。僅示出了通孔115內(nèi)通孔填料114的特定水平面；水平面可以在全滿和空之間的任何范圍。
在圖6所示的實施例中，通孔填料114主要是來自通孔帽蓋117的通孔帽蓋材料。然而，通孔填料114也可以包括處理的溶劑殘留物和焊膏。焊膏材料施加到PCB112的上表面100的操作結(jié)果是，焊膏116留在焊接區(qū)104上以及通孔115內(nèi)，在那里通常構(gòu)成了通孔填料114的相對較小部分。
每個通孔115的下側(cè)(如圖6所示)具有通孔帽蓋117以防止如焊膏的通孔填料114從通孔流出。在一個實施例中，通孔帽蓋117包括環(huán)氧樹脂，但在另一實施例中，它可以包括環(huán)氧樹脂和丙烯酸脂的混合物。通孔帽蓋117包括通過熱和/或紫外線處理而部分或全部固化的焊接掩模材料。在示出的一個實施例中，通孔帽蓋117不僅覆蓋通孔115的底部開口，也向上延伸到通孔115內(nèi)。
IC封裝120包括多個(僅示出其中兩個)接觸、突點或球122，每個包括如焊料的導(dǎo)電材料。焊料球122具有與焊接區(qū)104近似相同的形狀、尺寸和間距。焊料球122與焊接區(qū)104對準(zhǔn)或“對齊”。
在隨后的操作中(下面圖7中將介紹)，已涂覆有焊膏116的焊料球122和焊接區(qū)104基本上被加熱到焊接材料的熔點或液化，使焊料球122和焊接區(qū)104上的焊膏116在一起流動。這使得在冷卻時IC封裝120的焊接區(qū)121與PCB112的焊接區(qū)104物理連接和電連接。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在焊料回流操作期間連接到IC封裝120的本發(fā)明的PCB112，其中相鄰的焊料球膨脹但沒有接觸。
當(dāng)在回流操作期間對包括IC封裝120和PCB112的封裝結(jié)構(gòu)進行加熱時，焊料球122熔化。此外，通孔115內(nèi)的通孔填料114中的任何VOC受熱并膨脹。利用通孔帽蓋119可以防止通孔115下部中的通孔填料114內(nèi)的VOC從通孔115向下流出。
由于當(dāng)封裝結(jié)構(gòu)加熱到焊料液相線時在通孔填料114內(nèi)存在未蒸發(fā)的熱膨脹材料，通孔填料114在位于上面的熔化的焊料球122內(nèi)排氣產(chǎn)生大氣泡123，使焊料球122鼓脹效應(yīng)地橫向膨脹。然而，在相鄰的焊料球122可接觸結(jié)合之前，通過焊料球122中變薄的壁段125排出一些或所有含在氣泡123內(nèi)的氣體，使焊料球122基本上坍塌，由此焊料球122中如果不是全部那么也是大多數(shù)的焊料保持在IC封裝120的焊接區(qū)121和PCB112的焊接區(qū)104之間的原位。
圖7示出的焊盤中通孔結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)有效地有助于焊料球122的早期坍塌。如以上參考圖3示出的現(xiàn)有技術(shù)的電子結(jié)構(gòu)所介紹的，焊料球122牢固地粘附到IC封裝120上的焊接區(qū)121以及PCB112上的焊接區(qū)104。對于現(xiàn)有技術(shù)的例子，焊料球122具有使即使熔化的焊料球122保持大致球形的高表面張力。
然而，由于通孔115在焊接區(qū)104內(nèi)偏移，因此由熔化的焊料球122形成的氣泡不對稱。通孔115最接近焊接區(qū)104的邊緣一側(cè)的焊料球122的壁段125薄于焊料球122的相對壁。這使得氣體更容易從焊料球122的較薄壁段125排出。由此在焊料球122生長得大到相互接觸，或者有足夠的力斷開導(dǎo)致大量的焊料流失，或者引起剪切應(yīng)力或?qū)附訁^(qū)104沖擊疲勞損傷之前，焊接區(qū)104的這些壁段125具有較早坍塌的強烈傾向。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，連接到IC封裝120的本發(fā)明的PCB112。
作為相應(yīng)焊接區(qū)104內(nèi)通孔115偏移的直接結(jié)果，焊料球122與對應(yīng)的焊接區(qū)104的焊膏116(圖6)一起流動，使焊料球122形成與焊接區(qū)104高質(zhì)量的物理連接和電連接。即使發(fā)生排氣，它對焊料球122的影響是無關(guān)緊要的，因為在相鄰的焊料球122相互接觸之前，焊料球122容易排氣和坍塌。所得電子組件獲得相當(dāng)高的集成度并且可以用相當(dāng)?shù)偷某杀局圃臁?br> 圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，覆蓋具有多個焊接區(qū)151，161，171和181的基板112一部分的IC20的俯視圖，每個焊接區(qū)都具有各自的偏離中心的通孔152，162，172和182。為了避免焊料回流操作期間熔化的焊料球(122，圖7)中不對稱表面張力使IC20遠(yuǎn)離與焊接區(qū)，例如焊接區(qū)104(圖7)適當(dāng)對齊的可能性，任何IC的焊接區(qū)被排列為兩組，以使表面張力較均等。
在圖9示出的簡化例中，其中一組焊接區(qū)151排列在虛線160的左手側(cè)，另一組161排列在虛線160的右手側(cè)。焊接區(qū)151和161以及通孔152和162用虛線框表示，因為它們在IC20的下面。
焊接區(qū)151中的通孔152以遠(yuǎn)離虛線160的方向偏移。焊接區(qū)161中的通孔162以相反方向偏移。
類似布置用于基板112底部中的其它焊接區(qū)171和181，其中焊接區(qū)171中的通孔172以遠(yuǎn)離虛線170的方向偏移，焊接區(qū)181中的通孔182以相反方向偏移。要安裝到包括四個單獨焊接區(qū)171和四個單獨焊接區(qū)181的八個焊接區(qū)的IC(未示出)的中心線將近似與虛線170對準(zhǔn)，以便在焊料回流操作期間焊料球中的不對稱表面張力不會使IC滑向一側(cè)。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制造電子組件的方法流程圖，包括形成焊接區(qū)中偏離中心的通孔以抑制相鄰的焊料球橋連。該方法從200開始。
在202中，多個焊接區(qū)被制備在如PCB的基板表面上。每個焊接區(qū)具有幾何中心和邊緣，例如焊接區(qū)130具有幾何中心132和邊緣138(圖5)。
在204中，在每個焊接區(qū)中形成通孔。在一個實施例中，通過鉆孔形成通孔；然而，本發(fā)明的范圍不限于鉆孔，可以使用任何形成通孔的合適工藝，例如沖孔、微穿孔、消融、激光打孔(blasting)、蝕刻等。在焊接區(qū)的幾何中心和邊緣(例如，圖5的焊接區(qū)130的幾何中心132和邊緣138)之間的區(qū)域中，每個通孔形成有其幾何中心(例如圖5的通孔134的幾何中心136)。在一個實施例中，在焊接區(qū)的幾何中心沒有鉆或其它形式形成通孔。然而，在其它實施例中，通孔可以偏離中心或在中心形成。
未完成的通孔被鉆出或以其它形式形成在基板中之后，用如銅的導(dǎo)電材料涂覆或鍍覆通孔的內(nèi)壁。
相鄰焊接區(qū)的通孔(例如，圖5中的焊接區(qū)130，131)基本上在距它們各自的焊接區(qū)的幾何中心相同的距離處形成(例如，圖5的距離140，141)。
如對圖9進行討論的那樣，基板包括至少兩組焊接區(qū)。一組焊接區(qū)內(nèi)的相鄰焊接區(qū)的通孔的幾何中心以基本相同的方向偏移；即這種通孔與相應(yīng)焊接區(qū)的幾何中心的偏移具有基本相同的角度。例如，在圖5中，通孔130和131各自的幾何中心136和137分別與各焊接區(qū)(130，131)的幾何中心(132，133)偏移90度。在相同方向具有通孔偏移的焊接區(qū)組進一步在圖9中顯示，其中虛線160左邊的焊接區(qū)151組具有朝左偏移的通孔152，虛線160右邊的另一焊接區(qū)161組具有朝右偏移的通孔162。
在206中，一種材料施加在基板的表面上(頂部和/或底部)，包括一些或所有通孔的內(nèi)部。該材料包括熱膨脹物質(zhì)。熱膨脹物質(zhì)可以是任何合適的類型，包括揮發(fā)性的有機化合物。熱膨脹物質(zhì)可以由焊料掩?；蚝噶峡刮g劑材料組成、或是由焊料焊劑或焊膏組成、或者由通孔帽蓋材料組成、或是處理溶劑組成、或是可在加熱操作之前可用于任何目的施加到基板上的其它任何材料組成。熱膨脹物質(zhì)可以施加到基板的上和/或下表面。
在208中，具有多個接觸(例如，球柵陣列結(jié)構(gòu)中的焊料球)的IC封裝與基板表面上的焊接區(qū)對準(zhǔn)。
在210中，進行加熱操作(例如焊料回流操作)，其中加熱焊料接觸和焊接區(qū)直到它們電和物理地接合。該方法結(jié)束于212。
可以與這里介紹的不同順序進行上述參考圖10描述的操作。例如，在當(dāng)通孔的內(nèi)部涂覆有導(dǎo)電材料時的相同的操作期間，在形成通孔之后可以形成焊接區(qū)。
PCB112可以是其上安裝電部件的任何類型的基板，例如由聚酰亞胺、合適的有機材料、硅、玻璃、石英、陶瓷等形成的材料。
安裝到PCB112的封裝120中的電部件可以是任何類型，例如IC或其它半導(dǎo)體器件；如電感器、電容器、或電阻器的無源元件；或者是其它任何類型的電氣或電子器件。如果封裝120中的電部件是IC，它可以是任何類型，例如微處理器或微控制器、存儲電路、專用集成電路(ASIC)、數(shù)字信號處理器(DSP)、射頻電路、放大器、功率轉(zhuǎn)換器、濾波器、時鐘電路等。
結(jié)論本發(fā)明顯著提高了電子部件的電接觸之間的焊料連接的可靠性，表面安裝技術(shù)部件例如球柵陣列器件和基板上對應(yīng)的焊盤中通孔焊接區(qū)，例如印刷電路板。通過形成與焊接區(qū)的幾何中心偏離中心的焊盤中通孔，由于減小了表面張力和越靠近通孔側(cè)壁越薄的氣泡壁，排出VOC以逃逸膨脹的焊料球所需要的力顯著減小。這使得膨脹的焊料球更快地排出揮發(fā)性氣體。結(jié)果，鄰接的焊料球相互接觸的可能性顯著減小。更容易的排氣也使較大量的焊料留在IC封裝接觸和基板焊接區(qū)之間的焊點中。這具有在IC封裝和基板之間提供較強焊料連接的整體效果，由此確保了電子組件和合并了這種電子組件的任何電子系統(tǒng)的更大可靠性。
此外，本發(fā)明減小了焊盤中通孔附近的剪切應(yīng)力和沖擊疲勞，因為由于揮發(fā)性氣體不必需克服焊料球表面中的高表面張力，膨脹的焊料球更容易和用更少的力排出。此外，這有助于更可靠的電子組件。
如這里所示，本發(fā)明可以多種不同的實施例實現(xiàn)，包括制造基板的方法、制造電子組件的方法、基板、電子組件、以及電子系統(tǒng)。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說其它的實施例將變得顯而易見。元件、組成、幾何圖形、結(jié)構(gòu)、尺寸和操作順序可以為適應(yīng)特定產(chǎn)品和封裝要求而改變。
圖中示出的各種元件僅為示例性的，并沒有按比例畫出。它的某些部分可以放大，而其它部分可以縮小。附圖意在說明本發(fā)明的各種實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解和適當(dāng)?shù)貙嵤?br> 雖然這里示出和介紹了具體的實施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，獲得相同目的的任何布局可以代替這里示出的具體實施例。該申請意在覆蓋本發(fā)明的任何改變或變化。因此，顯然本發(fā)明僅由權(quán)利要求書及其等效物限制。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在基板表面上制造多個焊接區(qū)；以及在每個焊接區(qū)中形成偏離中心的通孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中每個焊接區(qū)具有幾何中心和邊緣，其中每個通孔具有幾何中心，并且其中每個通孔形成為其幾何中心處于焊接區(qū)的幾何中心和邊緣之間的區(qū)域中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中相鄰焊接區(qū)的通孔的幾何中心在基本相同的方向上偏移。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中在形成操作中，利用鉆孔來形成通孔，并且其中在焊接區(qū)的幾何中心和邊緣之間的區(qū)域中鉆出通孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中在焊接區(qū)的幾何中心處沒有鉆出通孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其中在距各焊接區(qū)的幾何中心基本相同的距離處鉆出相鄰焊接區(qū)的通孔，并且其中這種通孔與各焊接區(qū)的幾何中心的偏移具有基本相同的角度。
7.一種方法，包括在基板表面上制造多個焊接區(qū)；在每個焊接區(qū)中形成偏離中心的通孔；在包括通孔的基板的表面上涂敷材料，該材料包括熱膨脹物質(zhì)；相對于焊接區(qū)對準(zhǔn)具有包括導(dǎo)電材料的接觸的集成電路封裝；以及加熱導(dǎo)電材料和焊接區(qū)直到它們接合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述接觸形成球柵陣列的一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述材料包括揮發(fā)性有機化合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述材料選自包括焊料掩模、焊料焊劑、焊膏、溶劑以及通孔帽蓋的組。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述導(dǎo)電材料包括焊料。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中所述接觸為焊料球。
13.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中每個焊接區(qū)具有幾何中心和邊緣，其中每個通孔具有幾何中心，并且其中每個通孔形成為其幾何中心處于焊接區(qū)的幾何中心和邊緣之間的區(qū)域中。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中相鄰焊接區(qū)的通孔的幾何中心在基本相同的方向上偏移。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中在形成操作中，利用鉆孔形成通孔，其中每個焊接區(qū)具有邊緣，并且其中在焊接區(qū)的幾何中心和邊緣之間的區(qū)域中鉆出通孔。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中在焊接區(qū)的幾何中心處沒有鉆出通孔。
17.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中在涂敷操作中，熱膨脹物質(zhì)涂敷到兩個相鄰?fù)椎膬?nèi)部，并且其中在加熱操作中，使焊接區(qū)和接觸受熱時，殘留在兩個相鄰?fù)字械臒崤蛎浳镔|(zhì)可被抑制使相關(guān)接觸的橋連。
18.一種包括多個焊接區(qū)的基板，每個焊接區(qū)具有幾何中心，其中每個焊接區(qū)中具有相對于焊接區(qū)的幾何中心偏移的通孔。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的基板，其中每個焊接區(qū)具有邊緣，其中每個通孔具有幾何中心，并且其中每個通孔的幾何中心處于其相關(guān)焊接區(qū)的幾何中心和邊緣之間的區(qū)域中。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的基板，其中相鄰焊接區(qū)的通孔的幾何中心在基本相同的方向上偏移。
21.一種電子組件，包括集成電路封裝；以及具有多個焊接區(qū)的基板，每個焊接區(qū)具有偏移的通孔，并且每個焊接區(qū)相對于集成電路封裝的接觸對準(zhǔn)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的電子組件，其中焊接區(qū)和接觸受熱時，每個通孔抑制了留在通孔中的熱膨脹物質(zhì)引發(fā)集成電路封裝的相鄰接觸的橋連。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的電子組件，其中所述熱膨脹物質(zhì)包括揮發(fā)性有機化合物。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的電子組件，其中所述熱膨脹物質(zhì)包括揮發(fā)性液體，該液體形成來自由焊料掩模、焊料焊劑、焊膏、溶劑以及通孔帽蓋組成的組中的材料的一部分。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的電子組件，其中焊接區(qū)包括具有在第一方向上偏移的通孔的第一組，和具有在第二方向上偏移的通孔的第二組。
26.根據(jù)權(quán)利要求21的電子組件，其中每個焊接區(qū)具有幾何中心和邊緣，其中每個通孔具有幾何中心，并且其中每個通孔形成為其幾何中心處于焊接區(qū)的幾何中心和邊緣之間的區(qū)域中。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的電子組件，其中相鄰焊接區(qū)的通孔的幾何中心在相同的方向上偏離這些焊接區(qū)的幾何中心。
28.一種電子系統(tǒng)，包括具有集成電路封裝的電子組件和具有多個焊接區(qū)的基板，每個焊接區(qū)相對于集成電路封裝的相應(yīng)接觸對準(zhǔn)并且包括偏移的通孔。
29.一種權(quán)利要求28的電子系統(tǒng)，其中每個焊接區(qū)具有幾何中心和邊緣，其中每個通孔具有幾何中心，并且其中每個通孔的幾何中心在焊接區(qū)的幾何中心和邊緣之間的區(qū)域中。
30.一種權(quán)利要求29的電子系統(tǒng)，其中相鄰焊接區(qū)的通孔的幾何中心在相同方向上偏離這些焊接區(qū)的幾何中心。
全文摘要
集成電路(120)的電接觸(122)連接到包括通孔(115)的印刷電路板(PCB)的結(jié)合焊盤。一種制造電子組件的方法，利用了如揮發(fā)性有機化合物(VOC)的熱膨脹物質(zhì)施加到PCB的至少一個操作。一些VOC(114)進入通孔槽(115)內(nèi)。使用回流焊接技術(shù)，如球柵陣列(BGA)焊料球部件(120)的表面安裝技術(shù)部件的電接觸(122)固定到結(jié)合焊盤(104)。根據(jù)一個實施例，通孔(115)被形成為偏離中心，以便通過減小VOC從通孔槽(115)向外排氣導(dǎo)致的焊料球膨脹(123)的影響，以抑制焊料回流操作期間相鄰焊料球(122)之間的橋連。還介紹了基板和電子系統(tǒng)。
文檔編號H01L23/12GK1484934SQ01821582
公開日2004年3月24日 申請日期2001年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月29日
發(fā)明者P·更, S·喬伊, P 更 申請人:英特爾公司