印製基板和電子設備的製作方法

2023-05-07 19:50:11

專利名稱：印製基板和電子設備的製作方法
技術領域：
這裡討論的實施方式涉及一種設置有多個焊盤的印製基板和一種具 有該印製基板的電子設備。
背景技術：
常規上來講，已知一種內部安裝有印製基板的電子設備。在這種印 制基板中，經由焊料凸塊來確保電子元器件與印製基板的電連接是公知
的技術(參見日本特開專利第11-40901號公報)。
但是，當由於任意原因導致在該印製基板上施加了應力時，該焊料 凸塊可能會從印製基板上脫落，從而可能導致發生電連接失效。

發明內容
因此，本實施方式的一個方面的目的在於提供一種能防止電連接失 效的印製基板和電子設備。
根據實施方式的一個方面， 一種印製基板包括設置在安裝區域中 的多個焊盤，該安裝區域為多邊形形狀，其中安裝有電子元器件；以及 面對該多邊形形狀的至少兩個鄰邊並沿著它們延伸的孔。
因此，在經由焊料凸塊將電子元器件安裝在印製基板上的情況下， 可以防止負荷集中在位於由多邊形形狀的兩個鄰邊所限定的角部的焊料 凸塊上。由此，可以避免焊料凸塊與印製基板的剝離，從而可以避免電 子元器件與印製基板的電連接失效。
通過在權利要求中特別指出的要素及其組合，可以實現和獲得發明 的目的和優點。
可以理解的是，前述的概況描述以及下面的詳細描述都是示例性和 說明性的，並不是對所保護的實施方式的限制。


圖1A至1C例示了筆記本計算機；
圖2例示了設置在該筆記本計算機中的印製基板；
圖3例示了設置在該筆記本計算機中的該印製基板；
圖4A和4B是封裝的說明圖5是安裝區域的放大圖6是封裝的角部的放大圖7是馮米塞斯應力(vonmises stress)的最大值的比較圖； 圖8例示了印製基板的第一變型例；而
圖9A例示了根據第二變型例的印製基板，圖9B例示了根據第三變 型例的印製基板，圖9C例示了根據第四變型例的印製基板。
具體實施方式
下面來描述實施方式。
圖1A至1C例示了相當於可攜式電子設備的筆記本大小的個人計算 機1 (下稱筆記本計算機)。圖1A是筆記本計算機1的前視圖，圖1B 是筆記本計算機1的側視圖，而圖1C是筆記本計算機1的仰視圖。
筆記本計算機1包括顯示器部分10和主機部分20。顯示器部分10 通過鉸鏈(未示出)與主機部分20相連接從而可以開合。圖1A至1C 例示了顯示器部分10合上的筆記本計算機1。顯示器部分10的面對主機 部分20的表面上設置有顯示屏(未示出)。主機部分20的面對顯示器 部分10的表面上設置有鍵盤(未示出)。另外，在主機部分20的右側 設置有用於插入和彈出CD (光碟)、DVD (數字多用途盤)等的盤託 21。另外，在主機部分20的前部設置有用來冷卻主機部分20的內部的 氣孔23。筆記本計算機1的主機部分20的外殼容納了下面提及的印製基 板30。
圖2和圖3例示了設置在筆記本計算機1中的印製基板30。圖2例 示了印製基板30的正面。圖3例示了印製基板30的背面。印製基板30是筆記本計算機1的主板。在印製基板30的正面安裝有外部顯示器連接
器40a、耳機連接器40b以及麥克風連接器40c。另外，印製基板30的 正面還安裝有USB (通用串行總線)連接器40d、 CPU (中央處理器) 45、內存槽80等。印製基板30上還設有多個孔38。在印製基板30的背 面設置有BGA (球柵陣列)結構的半導體封裝(下稱封裝)50、 IHC (I/O 控制器集線器)60。另外，印製基板30的兩面都安裝有硬碟70。
CPU 45控制著筆記本計算機1的整體運轉。硬碟70存儲著各種程 序、數據等。內存槽80用來將例如RAM (隨機存取存儲器)的存儲器 模塊安裝到印製基板30上。
孔38用來通過螺釘將印製基板30固定到主機部分20的外殼內。這 樣，印製基板30就被固定在主機部分20中。封裝50是正方形的，但也 可以是矩形的。正方形和矩形都相當於所述多邊形。
接下來更詳細地描述封裝50。圖4A和圖4B是封裝50的說明圖。 圖4A是安裝在印製基板30上的封裝50的放大圖。圖4B是封裝50的 側視圖。封裝50相當於電子元器件。
封裝50中設有半導體晶片51。另外，封裝50的底面上以柵格圖案 設置有多個焊盤52。焊料凸塊(下稱凸塊)53焊接在焊盤52上。印製 基板30上設置有多個焊接到凸塊53上的焊盤32。半導體晶片51通過導 線(未示出)與焊盤52電連接。印製基板30上設置有與焊盤32電連接 的布線圖案。如上所述，封裝50與印製基板30的電連接得到了保證。
如圖4A和4B所示，印製基板30上設置有四個孔35，它們分別面 對封裝50的四個角部55。孔35的形狀為沿著封裝50的角部55的形狀 的長方形孔，並且為沿著封裝50的外圍的兩個鄰邊的大致L形。孔35 穿透了印製基板30。孔35是通過鏤銑工藝形成的。
圖5是封裝50被安裝之前，封裝50的安裝區域30R的放大圖。安 裝區域30R是正方形的。該正方形相當於所述多邊形。安裝區域30R中 設置有多個焊盤32。另外，這些孔35分別面對安裝區域30R的四個區 域35R。孔35面對著安裝區域30R中所設置的多個焊盤32中的布置得 最靠近安裝區域30R的拐角的一個焊盤32a。並且，圖5中省略了某些焊盤32。此外，每個焊盤都可以為圓形和矩形。
四個孔35被設置成分別沿著安裝區域30R的兩個鄰邊延伸。換句話 說，四個孔35包括第一孔，其沿著安裝區域30R的多邊形形狀的第一 邊和第二邊延伸；和第二孔，其沿著安裝區域30R的多邊形形狀的第三 邊和第四邊延伸。另外，這四個孔35還包括第三孔，其沿著多邊形形 狀的第一邊和第四邊延伸；和第四孔，其沿著多邊形形狀的第二邊和第 三邊延伸。這裡，多邊形形狀的第一邊和第三邊彼此相對，而多邊形形 狀的第二邊和第四邊彼此相對。而且，這四個孔35是彼此分離的。
圖6是角部55的放大圖。孔35被形成為圍繞著凸塊53a，凸塊53a 是多個凸塊53中被布置得最靠近封裝50的拐角的一個。另外，圖6中 省略了某些凸塊53。
這樣，當印製基板30中發生諸如彎曲的形變時，被形成為面對角部 55的孔35將吸收這種形變。這降低了施加到封裝50的角部55，也就是 凸塊53a上的負荷。
圖7是在沒有設置諸如孔35的孔的印製基板與根據本發明的印製基 板30的馮米塞斯應力的最大值的比較圖。在圖7中，通過仿真來計算封 裝50的角部，也就是對應於凸塊53a的位置處的馮米塞斯應力的最大值。 沒有設置孔35的印製基板的馮米塞斯應力的最大值為132.1 MPa。另一 方面，根據本實施方式的印製基板的馮米塞斯應力的最大值為116.3 MPa。 這樣，孔35可以減小施加到角部55，也就是凸塊53a上的負荷。
下面將詳細說明將孔35布置成面對角部55的原因。例如，如果筆 記本計算機1掉落，則衝擊力會使印製基板30形變。由於印製基板30 的形變，凸塊53有可能從印製基板30上脫落下來。具體來講，多個凸 塊53中最靠近拐角的凸塊53a將很容易脫落。下面來說明原因。對於多 個凸塊53中除了最靠近拐角的凸塊53a之外其他的凸塊來說，封裝50 和印製基板30的連接是通過相鄰的凸塊53來維持的。但是，對於布置 得最靠近拐角的凸塊53a來講，由於鄰近凸塊53a的凸塊53的數量相對 較少，所以凸塊53a被認為很容易脫落。
因此，孔35被設置為面對角部55，從而減小施加在凸塊53a上的負荷。這防止了凸塊53a從印製基板30上脫落。因此，確保了印製基板30 與封裝50之間的電連接，避免了筆記本計算機l的故障。
另外，由於印製基板30上安裝的電子元器件會發熱，這些熱會傳導 至印製基板30，所以在某些情況下印製基板30會熱膨脹。具體來講， CPU 45和硬碟70發熱並且其周圍溫度升高，從而印製基板30的熱分布 變得不均勻。另外，CPU 45安裝在印製基板30的正面，這樣印製基板 30的正面和背面會出現溫度差。由於這種不均勻的熱分布，印製基板30 可能會發生形變，例如彎曲。施加到凸塊53a上且由熱引起的負荷可能 會減小。
另外，在考慮環境問題而使用無鉛焊料來製造凸塊53的情況下，結 合力會減小從而導致凸塊53a脫落。但是，如果採用本實施方式的印製 基板，那麼即使使用了無鉛焊料，也可以防止凸塊53a脫落。
如圖6所示，優選的，每個孔35在x方向和y方向上的長度都大於 凸塊53a和焊盤32a的直徑。這樣就降低了施加到凸塊53a上的負荷的集 中度。
例如，孔35的長度可以被形成為抵達封裝50的每個邊的中間。但 是，孔35過長的話，確保凸塊53a的電連接的布線圖案會被斷開。而且， 其他電子元器件的安裝面積會變小。因此，考慮布線圖案、安裝面積以 及防止凸塊53的脫落而優選地將孔35的長度和尺寸設置為正對角部55。
另外，為防止凸塊53a脫落，在凸塊53a周圍塗覆粘接劑來加固連 接。但是，粘接劑的塗覆會導致印製基板30由於粘接劑而重量增大。而 且，由於粘接劑的塗覆是在封裝50被安裝到印製基板30上之後進行的， 因此工藝會變得比較複雜。然而，在本實施方式中，印製基板30上設置 有孔35，從而可以減輕印製基板30的重量。印製基板30的外形和孔35 可以通過鏤銑工藝一體形成，從而提高了生產效率。生產效率的提高可 以降低製造成本。
另外，孔35的形狀為大致L形但並不限定於這種形狀。例如，孔 35的形狀可以為大致C形。
接下來將描述這種印製基板的變型例。另外，在以下討論的多種變型例中，相同的數字指代根據以上實施方式的相同部件或元件以避免重
復說明。圖8例示了印製基板30a的第一變型例。圖8對應於圖4A。如 圖8所示，面對布置在封裝50的對角線上的兩個角部55設置了兩個孔 35a。這兩個孔35包括第一孔，其沿著作為封裝50的外形的多邊形形 狀的第一邊和第二邊延伸；和第二孔，其沿著多邊形形狀的第三邊和第 四邊延伸。第一邊和第三邊彼此相對，而第二邊和第四邊彼此相對。在 這種情形下，僅在對角線上設置了兩個孔35a，從而確保了凸塊53的布 線圖案並且防止了凸塊53的脫落。
此外，如果事先能夠估計印製基板30a的形變方向，就可以將孔35a 設置在能夠有效阻止這種形變的位置。例如，因為印製基板30a通過螺 釘被固定在主機部分20的外殼內的位置是事先設計好的，所以可以估計 出印製基板30a在每個位置的彎曲量。而且，發熱的電子元器件的位置 也是預先給定的。由此，通過估計四個拐角55的的馮米塞斯應力的最大 值，可以將孔35a布置在具有該最大值的位置。
圖9A例示了根據第二變型例的印製基板30b。與其中一個角部55 相對應地設置了兩個孔35b。換句話說，孔35b被形成為，就像是孔35 被封裝50的對角線分割成了兩個。孔35b分別沿著兩個直角鄰邊而設置。 另外，每個孔35b的長度都大於凸塊53a的直徑。參照圖9A，孔35b面 對著凸塊53a。
孔35b是分離的，因此，布線圖案形成於孔35b之間。特別是簡化 了與凸塊53a相連接的布線圖案的形成。
此外，孔35b被封裝50的對角線分成兩個。但是孔的形狀不限於這 種結構，可以被分成兩個以上從而面對著角部55中的一個。由此，布線
圖案可以形成在這些孔之間。
圖9B是根據第三變型例的印製基板30c。孔35c的形狀為圓形。孔 35c的直徑大於凸塊53a的直徑。因此，可以有效地減小施加在凸塊53a 上的負荷。
圖9C是根據第四變型例的印製基板30d。孔35d的形狀為橢圓形。 孔35d的長軸的長度大於凸塊53a的直徑。因此，可以有效地減小施加到凸塊53a上的負荷。另外，孔35d的長軸與封裝50的一邊的夾角為45度。
根據上述變形例的孔35a至35d是通過鏤銑工藝形成的。 孔的形狀並不限於上述形狀。在上述實施方式中，作為電子設備的 一個例子而描述了筆記本計算機。但是，電子設備並不限於此，還可以 是臺式計算機。此外，電子設備還可以是行動電話以及諸如可攜式外部 硬碟驅動器的可攜式設備。本發明並不限於BGA封裝，也可以使用包括 尺寸與半導體晶片完全相同的封裝的CSP (晶片級封裝)。
這裡所述的所有例子以及有條件語言只是為了幫助讀者理解發明以 及發明人對現有技術的改進，並不是要構造成限於這些所敘述的特定的 例子和條件，也不是要限於與表現本發明優勢和劣勢有關的說明書中的 這些例子的組合。雖然在之前已經詳細闡述了本發明的實施方式，但是 任何在此基礎上的各種變化、替換以及改變都應視為不背離本發明的精 神和範圍。
權利要求
1、一種印製基板，該印製基板包括設置在安裝區域中的多個焊盤，該安裝區域為多邊形形狀，其中安裝有電子元器件；以及面對該多邊形形狀的至少兩個鄰邊並沿著它們延伸的孔。
2、 根據權利要求l所述的印製基板，其中，所述孔至少包括 第一孔，其沿著所述多邊形形狀的第一邊和第二邊延伸；以及 第二孔，其沿著所述多邊形形狀的第三邊和第四邊延伸，且與第一孔分離幵。
3、 根據權利要求2所述的印製基板，其中，第一邊與第三邊在所述 多邊形形狀中彼此相對，而第二邊與第四邊在所述多邊形形狀中彼此相 對。
4、 根據權利要求2所述的印製基板，其中所述孔包括第三孔，其沿著所述多邊形形狀的第一邊和第四邊延伸並且與第一 孔和第二孔分離開；以及第四孔，其沿著所述多邊形形狀的第二邊和第三邊延伸並且與第二 孔和第四孔分離開。
5、 根據權利要求1所述的印製基板，其中-所述電子元器件包括與所述多個焊盤相連並且安裝在所述印製基板 上的多個焊料凸塊；並且所述孔面對所述電子元器件的邊緣。
6、 根據權利要求5所述的印製基板，其中所述焊料凸塊中的至少一 個由無鉛焊料製成。
7、 一種電子設備，該電子設備包括印製基板，其包括設置在安裝區域中的多個焊盤，該安裝區域為多邊形形狀，其中安裝有電子元器件；以及面對該多邊形形狀的至少兩個鄰邊並沿著它們延伸的孔；以及外殼，其容納了該印製基板。
8、 一種印製基板，該印製基板包括設置在安裝區域中的多個焊盤，該安裝區域為多邊形形狀，其中安 裝有電子元器件；以及面對該安裝區域的角部的孔。
9、 根據權利要求8所述的印製基板，其中所述電子元器件包括與所述多個焊盤相連並且安裝在所述印製基板 上的多個焊料凸塊；並且所述孔面對所述電子元器件的角部。
10、 一種電子設備，該電子設備包括 印製基板，其包括設置在安裝區域內的多個焊盤，該安裝區域為多邊形形狀，其中 安裝有電子元器件；以及面對該安裝區域的角部的孔；以及 外殼，其容納了該印製基板。
全文摘要
本發明提供了一種印製基板和電子設備，該印製基板包括設置在安裝區域中的多個焊盤，該安裝區域為多邊形形狀，其中安裝有電子元器件；以及面對該多邊形形狀的至少兩個鄰邊並沿著它們延伸的孔。
文檔編號H05K1/18GK101616543SQ200910126780
公開日2009年12月30日 申請日期2009年2月27日 優先權日2008年6月27日
發明者水野裕介 申請人:富士通株式會社