提高球柵陣列封裝器件焊點可靠性的方法、電路板和工具的製作方法
2023-05-22 12:45:21 1
專利名稱：提高球柵陣列封裝器件焊點可靠性的方法、電路板和工具的製作方法
技術領域：
本發明涉及提高集成電路在印製電路板上的焊點可靠性的技術，更具體地說，涉及一種提高球柵陣列(Ball Grid Array，BGA)封裝器件焊點可靠性的方法及其電路板和工具。
背景技術：
球柵陣列封裝是指在印刷基板的背面按陳列方式製作出球形凸點用以代替引腳，在印刷基板的正面裝配LSI晶片，然後用模壓樹脂或灌封方法進行密封。球柵陣列封裝器件與其它封裝的器件相比，有許多優點，如較低的組裝成本，佔用面積小，通過信號線匹配產生的失真小，由電源地的低感應化形成的噪聲小等。由於球柵陣列封裝器件焊點的檢測和返修都比較困難，所以對焊點的可靠性要求比較嚴格。
通常，單板上同種球柵陣列封裝器件的印製電路板焊盤、鋼網的開口使用形狀、尺寸一致的方法完成電路板組件組裝，實現焊點互連。
但是，球柵陣列封裝器件尤其是大尺寸器件，在正常的生產、測試、運輸及運行時器件封裝材料會產生機械變形和熱變形，使焊點承受應力，應力分布遵循一定的規律，最普遍的是器件外圍的焊點承受最大應力、可靠性最差，最容易發生失效。
發明內容
本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的材料產生機械變形和熱變形時，器件外圍的焊點承受較大應力，導致可靠性變差的缺陷，提供一種提高球柵陣列封裝器件焊點可靠性的方法、電路板和工具。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是構造一種提高球柵陣列封裝器件焊點可靠性的方法，包括製備印製電路板上與單個球柵陣列封裝器件腳位相對應的焊盤，製備將焊膏印刷到印製電路板上焊盤的鋼網，完成印製電路板上組件焊點的連接，至少還包括如下步驟中的一個1)改變印製電路板上與單個球柵陣列器件腳位相對應的部分焊盤的尺寸或形狀，使被改變的部分焊盤的面積變大；2)改變鋼網上使焊膏印刷到焊盤上的、與單個球柵陣列器件腳位相對應的部分開口的尺寸或形狀，使被改變的部分開口的面積變大。
在上述方法中，所述步驟1)焊盤尺寸的改變包括以下步驟處於單個球柵陣列器件外圍的焊盤尺寸擴大；處於球柵陣列器件中心附近的焊盤尺寸不變。
在上述方法中，所述步驟1)焊盤外形的改變包括以下步驟處於單個球柵陣列器件外圍的焊盤外形改變；處於球柵陣列器件中心附近的焊盤外形不變。
在上述方法中，所述焊盤外形的改變包括以下步驟將焊盤由通常的圓形改為至少與原來的圓形相外切的方形、橢圓或多邊形。
在上述方法中，所述步驟2)的開口尺寸的改變包括以下步驟對應於單個球柵陣列器件外圍的焊盤的開口尺寸擴大；對應於球柵陣列器件中心附近的焊盤的開口尺寸不變。
在上述方法中，所述步驟2)的開口外形的改變包括以下步驟對應於單個球柵陣列器件外圍的焊盤的開口外形改變；對應於球柵陣列器件中心附近的焊盤的開口外形不變。
在上述方法中，所述開口外形的改變包括以下步驟將開口由通常的圓形改為至少與原來的圓形相外切的方形、橢圓或多邊形。
在上述方法中，所述球柵陣列器件外圍的焊盤為位於單個球柵陣列器件邊緣的、所受應力較大的焊盤；所述球柵陣列器件中心附近的焊盤為單個球柵陣列器件上除上述外圍焊盤外的其它焊盤。
本發明還涉及利用本發明上述方法製造的印製電路板，包括基板、與單個球柵陣列封裝器件對應的焊盤，所述的單個球柵陣列封裝器件對應的部分焊盤面積大於同一器件中另一部分焊盤的面積。
在上述印刷電路板中，所述單個球柵陣列封裝器件對應的部分焊盤面積大於同一器件中另一部分焊盤的面積為處於球柵陣列器件外圍的焊盤尺寸大於處於球柵陣列器件中心附近的焊盤尺寸。
在上述印刷電路板中，所述的單個球柵陣列封裝器件對應的部分焊盤面積大於同一器件中另一部分焊盤的面積為處於球柵陣列器件外圍的焊盤外形不同於球柵陣列器件中心附近的焊盤外形。
在上述印刷電路板中，所述單個球柵陣列封裝器件外圍的焊盤外形為至少與球柵陣列器件中心附近的焊盤相外切的方形、橢圓或多邊形。
在上述印刷電路板中，所述球柵陣列器件外圍的焊盤為位於球柵陣列器件邊緣的、所受應力較大的焊盤；所述球柵陣列器件中心附近的焊盤為球柵陣列器件上除上述外圍焊盤外的其它焊盤。
本發明還涉及一種用於上述方法中將焊膏印刷到印製電路板的焊盤上的鋼網，包括與特定印製電路板上的焊盤相對應的開口，對應於單個球柵陣列封裝器件管腳的部分開口面積大於同一器件中另一部分開口的面積。
在上述鋼網中，所述對應於單個球柵陣列封裝器件管腳的部分開口面積大於同一器件中另一部分開口的面積為對應於球柵陣列器件外圍焊盤的開口尺寸大於對應於球柵陣列器件中心附近的焊盤的開口尺寸。
在上述鋼網中，所述對應於單個球柵陣列封裝器件管腳的部分開口面積大於同一器件中另一部分開口的面積為對應於球柵陣列器件外圍焊盤的開口外形與對應於球柵陣列器件中心附近焊盤的開口外形不同。
在上述鋼網中，所述對應於球柵陣列器件外圍焊盤的開口外形為至少與對應於球柵陣列器件中心附近焊盤的開口相外切的方形、橢圓或多邊形。
在上述鋼網中，所述球柵陣列器件外圍的焊盤為位於球柵陣列器件邊緣的、所受應力較大的焊盤；所述球柵陣列器件中心附近的焊盤為球柵陣列器件上除上述外圍焊盤外的其它焊盤。
實施本發明，具有以下有益效果可以提高在容易發生隨機失效的位置上的焊點的強度，有效地減少球柵陣列器件外圍焊點隨機失效的風險，提高焊點可靠性，從而降低單板失效率。
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中圖1是球柵陣列封裝器件在受熱或受力時，產生形狀變化的分區示意圖；圖2是本發明實施例中印製電路板上焊膏效果示意圖；
具體實施例方式
如圖1所示，圖中為一個球柵陣列封裝器件的整個器件的變形分區情況，由圖中看出，整個器件被分為9個區域，用來表示球柵陣列封裝器件受熱或受力後不同的變形情況。其中，區域9的變形最小；區域1、2、3和4的變形最大，區域1、2、3和4變形的情況視具體的情況有不大的差別；區域5、6、7和8的變形與區域1、2、3和4相比，相對要小，但與區域9相比，要大得多。所以，在一般情況下，可以將區域1、2、3、4、5、6、7和8視為器件的外圍區域；而將區域9視為中心附近區域。
通常情況下，採用印製電路板上的單個球柵陣列封裝器件的焊盤、鋼網上與單個球柵陣列封裝器件焊盤相對應的開口的形狀、尺寸都一致的方法完成電路板組件的組裝，完成焊點互連。一般焊盤與鋼網開口的形狀都採用圓形。採用上述方法的缺點是在器件和印製電路板受力產生形變時，由於每點的焊錫量是同樣的，而對於處於器件不同位置的焊點來說，由於受力不一樣，其形變產生的垂直位移不同，所以容易出現焊點失效的情況。
由上述的球柵陣列封裝器件在受熱或機械變形時的所受應力情況分布可知越靠近球柵陣列器件的邊緣，所受應力越大，所產生的垂直位移越大；越靠近球柵陣列器件的中心，所受應力越小，所產生的垂直位移越小。在實踐中對失效焊點的統計結果與上述受力情況分布是吻合的越靠近球柵陣列器件的邊緣，焊點失效的概率越大；越靠近球柵陣列器件的中心，焊點失效的概率越小。針對上述容易出現焊點失效的情況及產生這種情況的原因，本發明提出了一種解決上述問題的方法，並產生出一種產品和與之配套的工具。
在本發明實施例中，焊膏通過鋼網印刷到印製電路板上後將使球柵陣列封裝器件的外圍的焊點焊膏量相對增加，提高外圍焊點的強度，參見圖2。在圖2中，11是印製電路板，12是留在印製電路板上的焊膏，13是變形後的球柵陣列封裝器件。
為達到此目的，可單獨改變印製電路板上放置的與器件腳位相對應的焊盤的尺寸或形狀，如將焊盤形狀改為至少與原先的圓形相外切的方形、橢圓或多邊形；也可單獨改變鋼網上使焊膏印刷到焊盤上的開口的尺寸或形狀，如將開口形狀改為至少與原先的圓形相外切的方形、橢圓或多邊形。當然，也可以將上述的幾項都改變，這些都可以根據具體的情況來實施。在本發明實施例中，是通過改變焊盤的尺寸和改變與所述焊盤相對應的鋼網開口尺寸來達到此目的的。在圖2所示的本發明實施例中，被改變尺寸的焊盤是左邊4行和右邊4行，而中心部分的7行焊盤的尺寸未變。
在本發明實施例中，設計印製電路板時，將球柵陣列封裝器件外圍的、受應力較大的焊盤的尺寸加大，使印製電路板上承接焊膏的面積加大；在設計與印製電路板配套的鋼網時，將對應於球柵陣列封裝器件外圍的、受應力較大的焊盤的開口加大，使在向印製電路板印刷焊膏時，能使更多的焊膏通過鋼網遺留在印製電路板。這樣，在經過回流焊工序時，能形成相對於中心部分未改動的焊盤較大的錫球，在受到應力的時候有較大的強度，減少了焊點失效的概率，從而達到本發明的目的。
如果在設計印製電路板時限於具體情況不能改變球柵陣列封裝器件焊盤大小和形狀，可以在設計與印製電路板配套的鋼網時，將對應於球柵陣列封裝器件外圍的、受應力較大的焊盤的開口加大，或將開口形狀改為至少與原先的圓形相外切的方形、橢圓或多邊形，使在向印製電路板印刷焊膏時，能使更多的焊膏通過鋼網遺留在印製電路板，使球柵陣列封裝器件外圍的焊盤上的焊膏增加。此時，雖然印製電路板上的焊盤沒有變化，焊膏會超出焊盤，但只要每個焊盤上的焊膏沒有互相連接在一起，在通過回流焊工序時，由於張力的作用，焊膏仍會回到焊盤上，並形成相對於中心部分未改動開口處較大的錫球，在受到應力的時候有較大的強度，減少了焊點失效的概率，達到提高焊點可靠性的目的。
在上述的兩種情況中，所改動的焊盤和開口的數量，在實際操作時，可以根據具體情況做出一定的調整，以求得最佳效果。
值得一提的是，本發明所述的球柵陣列封裝(Ball Grid Array BGA)器件是廣義上的，不僅包括陶瓷柱柵陣列(Ceramic Column Grid Array，CCGA)、陶瓷球柵陣列(Ceramic Ball Grid Array，CBGA)、塑料球柵陣列(Plastic BallGrid Array)、載帶自動鍵合球柵陣列(Tape Ball Grid Array，TBGA)，也包括晶片級封裝(Chip Scale Package，CSP)等器件，本發明保護範圍應覆蓋和包括上述器件。
由於球柵陣列封裝器件的生產廠家眾多，品種也極多，尺寸不盡相同，所以不能將上述外圍、中心部分理解為兩個固定區域，也不應按固定的面積、尺寸、球柵陣列封裝器件的管腳數量來理解受力區域的劃分，不同的廠家、品種、尺寸的球柵陣列封裝器件的外圍、中心部分的範圍會有一些變化，但外圍、中心部分的相對位置是不會改變的。
作為一種方法，凡是因球柵陣列封裝器件受力、變形情況不同而改變印製電路板上放置的與球柵陣列封裝器件腳位相對應的部分焊盤的尺寸或形狀或改變鋼網上與球柵陣列封裝器件腳位焊盤相對應的部分開口的尺寸或形狀的情況，均屬於本發明保護範圍。
權利要求
1.一種提高球柵陣列封裝器件焊點可靠性的方法，包括以下步驟製備印製電路板上與單個球柵陣列封裝器件腳位相對應的焊盤，製備將焊膏印刷到印製電路板上焊盤的鋼網，完成印製電路板上組件焊點的連接，其特徵在於，至少還包括如下步驟之一1)改變印製電路板上與單個球柵陣列器件腳位相對應的部分焊盤的尺寸或形狀，使被改變的部分焊盤的面積變大；2)改變鋼網上使焊膏印刷到焊盤上的、與單個球柵陣列器件腳位相對應的部分開口的尺寸或形狀，使被改變的部分開口的面積變大。
2.根據權利要求1所述提高球柵陣列封裝器件焊點可靠性的方法，其特徵在於，所述步驟1)的焊盤尺寸的改變包括以下步驟處於單個球柵陣列器件外圍的焊盤尺寸擴大；處於球柵陣列器件中心附近的焊盤尺寸不變。
3.根據權利要求1所述提高球柵陣列封裝器件焊點可靠性的方法，其特徵在於，所述步驟1)的焊盤外形的改變包括以下步驟處於單個球柵陣列器件外圍的焊盤外形改變；處於球柵陣列器件中心附近的焊盤外形不變。
4.根據權利要求3所述提高球柵陣列封裝器件焊點可靠性的方法，其特徵在於，所述焊盤外形的改變包括以下步驟將焊盤由通常的圓形改為至少與原來的圓形相外切的方形、橢圓或多邊形。
5.根據權利要求1所述提高球柵陣列封裝器件焊點可靠性的方法，其特徵在於，所述步驟2)的開口尺寸的改變包括以下步驟對應於單個球柵陣列器件外圍的焊盤的開口尺寸擴大；對應於球柵陣列器件中心附近的焊盤的開口尺寸不變。
6.根據權利要求1所述提高球柵陣列封裝器件焊點可靠性的方法，其特徵在於，所述步驟2)的開口外形的改變包括以下步驟對應於單個球柵陣列器件外圍的焊盤的開口外形改變；對應於球柵陣列器件中心附近的焊盤的開口外形不變。
7.根據權利要求6所述提高球柵陣列封裝器件焊點可靠性的方法，其特徵在於，所述開口外形的改變包括以下步驟將開口由通常的圓形改為至少與原來的圓形相外切的方形、橢圓或多邊形。
8.一種按照權利要求1所述提高球柵陣列封裝器件焊點可靠性的方法製造的印製電路板，包括基板、與單個球柵陣列封裝器件對應的焊盤，其特徵在於，所述單個球柵陣列封裝器件對應的部分焊盤面積大於同一器件中另一部分焊盤的面積。
9.根據權利要求8所述可提高球柵陣列封裝器件焊點可靠性的印製電路板，其特徵在於，所述單個球柵陣列封裝器件對應的部分焊盤面積大於同一器件中另一部分焊盤的面積為處於球柵陣列器件外圍的焊盤尺寸大於處於球柵陣列器件中心附近的焊盤尺寸。
10.根據權利要求9所述可提高球柵陣列封裝器件焊點可靠性的印製電路板，其特徵在於，所述球柵陣列器件外圍的焊盤為位於球柵陣列器件邊緣的、所受應力較大的焊盤；所述球柵陣列器件中心附近的焊盤為球柵陣列器件上除上述外圍焊盤外的其它焊盤。
11.一種用於權利要求1所述提高球柵陣列封裝器件焊點可靠性的方法中將焊膏印刷到印製電路板的焊盤上的鋼網，包括與特定印製電路板上的焊盤相對應的開口，其特徵在於，對應於單個球柵陣列封裝器件管腳的部分開口面積大於同一器件中另一部分開口的面積。
12.根據權利要求11所述鋼網，其特徵在於，所述對應於單個球柵陣列封裝器件管腳的部分開口面積大於同一器件中另一部分開口的面積為對應於球柵陣列器件外圍焊盤的開口尺寸大於對應於球柵陣列器件中心附近的焊盤的開口尺寸。
全文摘要
本發明涉及一種提高球柵陣列(Ball Grid Array，BGA)封裝器件焊點可靠性的方法以及由該方法導出的印製電路板和鋼網，該方法包括以下步驟製備印製電路板上與器件腳位相對應的焊盤，製備將焊膏印刷到印製電路板的焊盤上的鋼網，完成印製電路板上組件焊點的連接等，還包括改變印製電路板上的與單個球柵陣列器件腳位相對應的部分焊盤的尺寸或形狀，使被改變部分對應的焊盤的面積變大；改變鋼網上使焊膏印刷到焊盤上的、與單個球柵陣列器件腳位相對應的部分開口的尺寸或形狀，使被改變開口的面積變大。實施本發明可以提高在最容易發生隨機失效的位置上的焊點的強度，有效地減少球柵陣列器件外圍焊點隨機失效的風險，提高焊點可靠性，從而降低單板失效率。
文檔編號H01L23/498GK1945802SQ20061012301
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月20日 優先權日2006年10月20日
發明者黃春光 申請人:華為技術有限公司