表面貼片電容的pcb封裝及其方法、印刷電路板和設備的製作方法

2023-05-18 06:53:01 1

專利名稱：表面貼片電容的pcb封裝及其方法、印刷電路板和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及印刷電路板領域，具體而言，涉及一種表面貼片電容的PCB封裝及其 方法、印刷電路板和設備。
背景技術：
隨著電子產品集成度的不斷提高，電子元器件已不斷微型化，半導體技術和 SMT(Surface Mount Tech，表面貼片)技術發展至今，採用球柵陣列封裝技術(Ball Grid Array Package，BGA封裝)的晶片已大量應用。這種技術在使電子產品不斷小型化的同時， 也給設計製造的實現帶來了各種新的技術挑戰。例如BGA晶片的電源濾波處理，為了達到 電源完整性的設計指標，確保晶片工作的穩定可靠，會要求每個電源管腳放置一個濾波電 容，一般選用濾波性能良好的SMT陶瓷電容(容值一般為0. IuF或O.OluF，器件封裝為0603 或0402，如

圖1所示)，放置在BGA晶片的另一 PCB(PrintedCircuit Board，印刷電路板) 板面上，並儘量靠近電源管腳。但是，特別像大規模集成電路晶片(如晶片管腳數量達到大 幾百或上千個)，且BGA的陣列間距現已做到很小(如目前主流應用的BGA，其陣列間距已 大多是1.27毫米或1.0毫米。)。BGA管腳還須在PCB板上打過孔到內層走線或連接到電 源層或地層，這樣在BGA晶片的另一 PCB板面上就有很多密集的過孔，難以有空間來放置足 夠數量的濾波電容(如圖2和圖3所示)。現有技術採用的方法是修改0402電容焊盤的形狀(如八邊形等)，使得焊盤的 邊緣與與其相鄰的信號過孔邊緣的距離大於5mil，從而實現放置足夠數量濾波電容的目 的。發明人發現現有技術中至少存在如下問題1)在BGA晶片的另一 PCB板面上，密 集的過孔和電容焊盤佔滿了該區域，已無法再走BGA的信號扇出線，導致PCB板層數需至少 增加2層來走線(一層為信號走線層，另一層為走線參考層)，使得PCB成本大幅增加；2)每 個濾波電容的兩個焊盤，還都需要人工在PCB板上走線到空餘地方打過孔，才能連接到PCB 內層的電源和地鋪銅面上，從而大幅增加了設計工作量；3)電容的焊盤到鄰近的過孔有一 段PCB走線長度，使電容到電源或地平面的分布電感增大，導致電容的濾波效果降低。

發明內容
本發明旨在提供一種表面貼片電容的PCB封裝及其方法、印刷電路板和設備，能 夠解決現有技術存在的電容到電源或地平面的分布電感增大，導致電容的濾波效果降低等 問題。在本發明的實施例中，提供了一種表面貼片電容的PCB封裝方法，表面貼片電容 的PCB封裝用於設置在球柵陣列晶片的印刷電路板上，該PCB封裝方法包括在表面貼片 電容的兩個焊盤上設置過孔；其中，過孔的個數根據表面貼片電容的焊盤的尺寸進行確定； 過孔的位置根據表面貼片電容的焊盤的尺寸和球柵陣列晶片的焊盤間距進行確定。在本發明的實施例中，還提供了一種表面貼片電容的PCB封裝，該表面貼片電容的PCB封裝用於設置在球柵陣列晶片的印刷電路板上，該表面貼片電容的PCB封裝採用上 述實施例的PCB封裝方法。在本發明的實施例中，還提供了 一種印刷電路板，該印刷電路板具有球柵陣列芯 片封裝，球柵陣列晶片的每個電源管腳通過一個信號過孔與背面的濾波電容相連接，濾波 電容的PCB封裝採用上述實施例的PCB封裝方法。在本發明的實施例中，還提供了一種設備，該設備包括具有球柵陣列晶片封裝的 印刷電路板，球柵陣列晶片的每個電源管腳通過一個信號過孔與背面的濾波電容相連接， 濾波電容的PCB封裝採用上述實施例的PCB封裝方法。因為在SMT電容的兩個焊盤上均設置過孔，使得焊盤和過孔形成一種新的PCB封 裝整體，電容PCB封裝的焊盤自帶了過孔，將該種SMT電容的PCB封裝應用於BGA晶片，解 決了 BGA的管腳扇出信號打過孔後，由於空間限制而造成的濾波電容無法布置或數量不足 的問題的同時解決了現有技術存在的電容到電源或地平面的分布電感增大，導致電容的濾 波效果降低等問題，從而實現BGA晶片的每個電源管腳配置一個濾波電容，而且電容PCB封 裝的焊盤自帶了過孔，無需額外長度的PCB走線，降低了電容連接到電源或地平面的分布 電感，進一步提升了電源濾波的效果；電容焊盤不需要人工在PCB板上走線連接到鄰近的 電源或地過孔，大量節省了設計工作量；BGA晶片的電源或地管腳不需要再打過孔，直接連 接到電容焊盤的過孔上即可，可騰出空間給BGA的信號扇出線，PCB板層數至少可減少2層， 大幅降低PCB成本。
附 圖說明此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發 明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖1示出了現有技術的表面貼片電容的器件封裝示意圖；圖2示出了現有技術的焊盤間距為1. Omm的BGA晶片的PCB封裝示意圖；圖3示出了現有技術的0402電容的標準PCB封裝焊盤與其四周的信號過孔的邊 緣的間距就會因過小而導致無法放入電容的示意圖；圖4示出了根據本發明實施例的SMT電容的PCB封裝方法的流程圖；圖5示出了根據本發明優選實施例一的0402表貼電容的PCB封裝的示意圖；圖6示出了根據本發明優選實施例的導通孔和盲孔的示意圖；圖7示出了根據本發明優選實施例一的網板上0402電容的相應開孔尺寸的調整 示意圖；圖8示出了根據本發明優選實施例一的有益效果的示意圖。
具體實施例方式下面將參考附圖並結合實施例，來詳細說明本發明。圖4示出了根據本發明實施例的SMT電容的PCB封裝方法的流程圖，該SMT電容 的PCB封裝用於設置在BGA晶片的印刷電路板上，該SMT電容的PCB封裝方法包括步驟S102，在表面貼片電容的兩個焊盤上設置過孔；其中，過孔的個數根據表面貼片電容的焊盤的尺寸進行確定；過孔的位置根據表面貼片電容的焊盤的尺寸和球柵陣列晶片的焊盤間距進行確定。該實施例因為在SMT電容的兩個焊盤上均設置過孔，使得焊盤和過孔形成一種新 的PCB封裝整體，電容PCB封裝的焊盤自帶了過孔，將該種SMT電容的PCB封裝應用於BGA 晶片，解決了 BGA的管腳扇出信號打過孔後，由於空間限制而造成的濾波電容無法布置或 數量不足的問題的同時解決了現有技術存在的電容到電源或地平面的分布電感增大，導致 電容的濾波效果降低等問題，從而實現BGA晶片的每個電源管腳配置一個濾波電容，而且 電容PCB封裝的焊盤自帶了過孔，無需額外長度的PCB走線，降低了電容連接到電源或地平 面的分布電感，進一步提升了電源濾波的效果。優選地，上述步驟S102中的過孔的製作工藝採用以下方式之一方式一、採用機械導通孔，並在孔內填塞阻焊介質，其中填塞的阻焊介質低於表面 貼片電容的焊盤；方式二、採用雷射盲孔；此時，還需增大網板上表面貼片電容的相應開孔尺寸。過 孔採用雷射盲孔方式時，電容的焊盤上的盲孔會有凹坑，使焊料不足而導致焊接不良。此 時，需改進網板的設計。可通過調整增大網板相應位置的開孔尺寸，以增加錫膏量、印刷到 採用這種封裝的PCB焊盤上，用於填補盲孔的凹坑。優選地，在上述的SMT電容的PCB封裝方法中，在步驟S102之前還包括步驟S101，根據所設置的過孔的尺寸以及製作工藝，調整標準封裝尺寸的表面貼 片電容的焊盤的尺寸；其中，當過孔的製作工藝採用過孔盤外徑大於或等於20mil的機械導通孔時，調 整表面貼片電容的兩個焊盤的寬度、長度以及兩個焊盤的間距；或者當過孔的製作工藝採用雷射盲孔或者採用盤外徑為ISmil的機械導通孔時，保持 表面貼片電容的焊盤的尺寸。注mil為英制長度單位，Iinch(英寸)=IOOOmil = 2. 54mm(毫米)。採用上述優選實施例的SMT電容的PCB封裝可以實現BGA的每個電源管腳配置一 個濾波電容。同時，電容焊盤也不再需要人工在PCB板上走線連接到鄰近的電源或地過孔， 極大地節省了設計工作量。另外，BGA晶片的電源或地管腳不需要再打過孔，直接連接到電 容焊盤的過孔上即可，可騰出空間給BGA的信號扇出線，PCB板層數至少可減少2層，大幅 降低PCB成本。優選地，上述SMT電容的PCB封裝方法中的表面貼片電容可以為0402表面貼片電 容、0603表面貼片電容、0805表面貼片電容或者1206表面貼片電容等；球柵陣列晶片的焊 盤間距包括1. Omm和1. 27mm等。優選地，當表面貼片電容為0402表面貼片電容，球柵陣列晶片的焊盤間距為 1. 0mm，過孔工藝採用過孔盤外徑為20mil的機械導通孔時，步驟SlOl包括將標準0402表面貼片電容的焊盤的取值調整為寬度A = 22mil, 長度 B = 26mil,間距 G = 18mil ；步驟S102包括分別在兩個焊盤上各設置一個過孔，並調整兩個過孔的中心距為 1. Omm0該優選實施例提供了當SMT電容為0402表面貼片電容，BGA晶片的焊盤間距為 1. 0mm，過孔工藝採用過孔盤外徑為20mil的機械導通孔時，SMT電容的PCB封裝方法的一種具體實施方案。優選地，當表面貼片電容為0603表面貼片電容，球柵陣列晶片的焊盤間距為 1. 27mm時，步驟S102還包括分別在兩個焊盤上各設置一個過孔，並調整兩個過孔的中心 距為 1. 27mm。該優選實施例提供了當SMT電容為0603表面貼片電容，BGA晶片的焊盤間距為 1. 27mm時，在兩個焊盤上設置過孔的具體實施方案。優選地，當表面貼片電容為0402表面貼片電容且球柵陣列晶片的焊盤間距為 1. Omm時，步驟S102還包括分別在兩個焊盤上各設置一個過孔，並調整兩個過孔的中心距 為1. Omm ；其中，當所設置的過孔的製作工藝採用雷射盲孔時，將網板上0402表面貼片電容 的相應的開孔尺寸調整為單邊各增加2mil。該優選實施例提供了當表面貼片電容為標準0402表面貼片電容且球柵陣列晶片 的焊盤間距為1.0mm，過孔的製作工藝採用雷射盲孔時，SMT電容的PCB封裝方法的一種具 體實施方案。此時，無需調整電容的焊盤的尺寸。將網板上0402表面貼片電容的相應的開 孔尺寸調整為單邊各增加2mil，則增加了 27%的開孔面積，從而增加錫膏量、印刷到採用 這種封裝的PCB焊盤上，用於填補盲孔的凹坑。優選地，當表面貼片電容為0805表面貼片電容或者1206表面貼片電容時，步驟 S102還包括分別在兩個焊盤上各設置一個或者多個過孔。該優選實施例提供了當SMT電容為更大封裝尺寸的電容(用於球間距更大的 BGA)，如0805表面貼片電容或者1206表面貼片電容時，其焊盤較大，故設置在電容焊盤上 的過孔的數量可以是多個。根據本發明的另一優選實施例，還提供了一種表面貼片電容的PCB封裝，該表面 貼片電容的PCB封裝用於設置在球柵陣列晶片的印刷電路板上，且該表面貼片電容的PCB 封裝採用上述的SMT電容的PCB封裝方法。圖5示出了根據本發明實施例一的0402表貼 電容的PCB封裝的示意圖。根據本發明的另一優選實施例，還提供了一種印刷電路板，該PCB具有球柵陣列 晶片封裝，球柵陣列晶片的每個電源管腳通過一個信號過孔與背面的濾波電容相連接，濾 波電容的PCB封裝採用上述的SMT電容的PCB封裝方法。根據本發明的又一優選實施例，還提供了一種設備，該設備包括具有球柵陣列芯 片封裝的印刷電路板，球柵陣列晶片的每個電源管腳通過一個信號過孔與背面的濾波電容 相連接，濾波電容的PCB封裝採用上述的SMT電容的PCB封裝方法。為了解決現有技術中存在的問題，本發明涉及SMT電容的PCB封裝、焊接網板、PCB 製作和BGA濾波電容的布局及信號走線的設計，本發明的SMT電容的PCB封裝方法具體包 括內容如下創建一種新的SMT電容的PCB封裝設計調整電容的標準PCB封裝的取值，得到一 個具有新的焊盤寬度、焊盤長度以及兩焊盤間距值的封裝，以便在焊盤上增加過孔；在電容 的兩個焊盤上各增加一個過孔，須根據不同封裝尺寸的電容(如0603或0402封裝)和BGA 焊盤間距(如1. 27mm或1. Omm)，來調整過孔的位置；過孔與表貼焊盤結合起來形成一個新 的PCB封裝整體，在PCB布局設計時調用，電容焊盤就自帶有過孔了。採用這種設計的PCB封裝，若按常規製作工藝的過孔，可能存在如下問題而導致焊接的缺陷如導通孔未做阻焊處理，則焊料可能會流失而不足；或者是採用綠油阻焊覆 蓋過孔表面的工藝，則過孔可能會藏氣體、焊接時產生氣泡，且綠油阻焊也很可能會汙染焊 盤面。為了確保電容焊接達到可靠性要求，須改進PCB板的過孔製作工藝。方案1)採用導 通孔空內塞阻焊介質(如環氧樹脂(一種印刷電路板板材的介質材料))的工藝，不得高 出焊盤，以免影響焊接；方案2)過孔採用雷射盲孔；如圖6所示。優選實施例一以0402 SMT電容、BGA晶片的焊盤間距為1. Omm為例，本發明的 SMT電容的PCB封裝方法主要包括下列步驟步驟1，創建一種新的0402的PCB封裝設計調整標準0402焊盤的取值，得到一 個具有新的焊盤寬度、焊盤長度以及兩焊盤間距的值的封裝，以便在焊盤上增加過孔。若過 孔採用雷射盲孔或過孔盤外徑為ISmil的機械導通孔時，可以不用調整0402的標準PCB封 裝尺寸；若由於PCB板厚大，需要過孔盤外徑> 20mil的機械導通孔時，則需要相應的調整 兩個焊盤的寬度、長度及其間距。步驟2，在電容的兩個焊盤上各增加一個過孔，根據0402的PCB封裝尺寸和BGA焊 盤間距1.0mm，來調整過孔的位置。過孔可採用機械導通孔，在孔內塞阻焊介質，不得高出焊 盤，以免影響焊接；或者過孔採用雷射盲孔，電容的焊盤上有盲孔凹坑，可通過增大網板上 0402電容的相應開孔尺寸，以增加印刷到採用0402的PCB焊盤上的錫膏量，來於填補盲孔 的凹坑。過孔與表貼焊盤結合起來，形成一個新的PCB封裝整體。例如，當過孔採用盤外徑為20mil的機械導通孔時，將焊盤寬度A由20mil調整為 22mil，焊盤長度B由25mil調整為26mil，焊盤間距G由20mil調整為18mil ；根據BGA焊 盤間距1. 0mm，將兩個過孔的中心距也相應調整為1. 0mm，如圖5所示。當過孔採用雷射盲孔時，網板上0402電容的相應開孔尺寸，可按如圖7所示的尺 寸進行調整，單邊各增加2mi 1，則增加了 27 %的開口面積(正常情況下，網板開口與PCB封 裝是等大的)。不限於以上尺寸調整，可根據實際生產情況來進一步調整，以達到最佳的焊 接可靠性。PCB布局設計時，對於1. Omm間距的BGA晶片的電源管腳的0402濾波電容，就可調 用這種新的PCB封裝，放置在BGA晶片的另一 PCB板面上，且緊鄰電源管腳，可實現每個電 源管腳都各配置一個濾波電容。同時，電容焊盤自帶了過孔，沒有額外長度的走線，降低了 電容到電源或地平面的分布電感，進一步提升了濾波效果。另外，電容的兩個焊盤各自帶的 過孔，即可連接到了 PCB內層的電源或地鋪銅面上，不需另外由人工在PCB板上走線到空餘 地方打過孔，從而大幅減少了設計工作量。如圖8所示，PCB布局設計時，在1. Omm間距的BGA晶片的另一 PCB板面區域內布 置這種SMT電容的新PCB封裝；電容焊盤已帶有過孔，那麼BGA晶片的電源或地管腳不需要 再打過孔，直接連接到電容焊盤的過孔上即可，騰出空間給BGA的信號扇出線，PCB板層數 可減少2層，大幅降低PCB成本。可知，本發明並不局限於上述的優選實施例一。同樣方法可應用於0603表貼電容 的PCB封裝以及用於1. 27mm間距BGA晶片電源濾波的實施例中。其他封裝尺寸的表貼電 容，如0805、1206等更大封裝尺寸的電容也可採用這種PCB封裝設計，過孔數量不局限於1 個，可根據焊盤尺寸允許，根據大封裝電容的濾波需求，增加過孔數量，調整過孔位置。從以上的描述中，可以看出，本發明上述的實施例實現了如下技術效果
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(1)實現了 BGA的每個電源管腳配置一個濾波電容，解決了 BGA的管腳扇出信號打 過孔後，由於空間限制而造成的濾波電容無法布置或數量不足的問題；(2)電容PCB封裝的焊盤自帶了過孔，沒有額外長度的PCB走線，降低了電容連接 到電源或地平面的分布電感，進一步提升了電源濾波效果；(3)電容焊盤不需要人工在PCB板上走線連接到鄰近的電源或地過孔，大量節省 了設計工作量；(4)BGA晶片的電源或地管腳不需要再打過孔，直接連接到電容焊盤的過孔上即 可，可騰出空間給BGA的信號扇出線，PCB板層數至少可減少2層，大幅降低PCB成本。顯然，本領域的技術人員應該明白，上述的本發明的各模塊或各步驟可以用通用 的計算裝置來實現，它們可以集中在單個的計算裝置上，或者分布在多個計算裝置所組成 的網絡上，可選地，它們可以用計算裝置可執行的程序代碼來實現，從而可以將它們存儲在 存儲裝置中由計算裝置來執行，或者將它們分別製作成各個集成電路模塊，或者將它們中 的多個模塊或步驟製作成單個集成電路模塊來實現。這樣，本發明不限制於任何特定的硬 件和軟體結合。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
一種表面貼片電容的PCB封裝方法，所述表面貼片電容的PCB封裝用於設置在球柵陣列晶片的印刷電路板上，其特徵在於，所述PCB封裝方法包括在所述表面貼片電容的兩個焊盤上設置過孔；其中，所述過孔的個數根據所述表面貼片電容的焊盤的尺寸進行確定；所述過孔的位置根據所述表面貼片電容的焊盤的尺寸和所述球柵陣列晶片的焊盤間距進行確定。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述過孔的製作工藝採用以下方式之一 採用機械導通孔，並在孔內填塞阻焊介質，其中填塞的阻焊介質低於所述表面貼片電容的焊盤；採用雷射盲孔；其中，當過孔的製作工藝採用雷射盲孔時，增大網板上表面貼片電容的相應開孔尺寸。
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，在在所述表面貼片電容的兩個焊盤上設 置過孔之前還包括根據所設置的過孔的尺寸以及製作工藝，調整標準封裝尺寸的表面貼片電容的焊盤的 尺寸；其中，當過孔的製作工藝採用過孔盤外徑大於或等於20mil的機械導通孔時，調整所 述表面貼片電容的兩個焊盤的寬度、長度以及兩個焊盤的間距；或者當過孔的製作工藝採用雷射盲孔或者採用盤外徑為18mil的機械導通孔時，保持所述 表面貼片電容的焊盤的尺寸。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述表面貼片電容為0402表面貼片電容、 0603表面貼片電容、0805表面貼片電容或者1206表面貼片電容；所述球柵陣列晶片的焊盤 間距包括1. 0mm和1. 27mm。
5.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，當所述表面貼片電容為0402表面貼片電 容，所述球柵陣列晶片的焊盤間距為1. 0mm，過孔工藝採用過孔盤外徑為20mil的機械導通 孔時，根據過孔的製作工藝，調整標準封裝尺寸的表面貼片電容的焊盤的尺寸包括 將標準0402表面貼片電容的焊盤的取值調整為寬度A = 22mil，長度B = 26mil，間距 G = 18mil ；在所述表面貼片電容的兩個焊盤上設置過孔包括分別在所述兩個焊盤上各設置一個過孔，並調整兩個過孔的中心距為1. 0mm。
6.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，當所述表面貼片電容為0603表面貼片電 容，所述球柵陣列晶片的焊盤間距為1. 27mm時，在所述表面貼片電容的兩個焊盤上設置過 孔還包括分別在所述兩個焊盤上各設置一個過孔，並調整兩個過孔的中心距為1. 27mm。
7.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，當所述表面貼片電容為0402表面貼片電 容且所述球柵陣列晶片的焊盤間距為1. 0mm時，在所述表面貼片電容的兩個焊盤上設置過 孔還包括分別在所述兩個焊盤上各設置一個過孔，並調整兩個過孔的中心距為1. 0mm ； 其中，當所設置的過孔的製作工藝採用雷射盲孔時，將網板上0402表面貼片電容的相應的開孔尺寸調整為單邊各增加2mil。
8.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，當所述表面貼片電容為0805表面貼片電 容或者1206表面貼片電容時，在所述表面貼片電容的兩個焊盤上設置過孔還包括分別在所述兩個焊盤上各設置一個或者多個過孔。
9.一種表面貼片電容的PCB封裝，所述表面貼片電容的PCB封裝用於設置在球柵陣列 晶片的印刷電路板上，其特徵在於，所述表面貼片電容的PCB封裝採用權利要求1至8任一 項所述的PCB封裝方法。
10.一種印刷電路板，其特徵在於，所述印刷電路板具有球柵陣列晶片封裝，所述球柵 陣列晶片的每個電源管腳通過一個信號過孔與背面的濾波電容相連接，所述濾波電容的 PCB封裝採用權利要求1至8任一項所述的PCB封裝方法。
11.一種設備，其特徵在於，所述設備包括具有球柵陣列晶片封裝的印刷電路板，所述 球柵陣列晶片的每個電源管腳通過一個信號過孔與背面的濾波電容相連接，所述濾波電容 的PCB封裝採用權利要求1至8任一項所述的PCB封裝方法。
全文摘要
本發明提供了一種表面貼片電容的PCB封裝及其方法、印刷電路板和設備，其中，表面貼片電容的PCB封裝用於設置在球柵陣列晶片的印刷電路板上，該PCB封裝方法包括根據所設置的過孔的尺寸以及製作工藝，調整標準封裝尺寸的表面貼片電容的焊盤的尺寸；在表面貼片電容的兩個焊盤上設置過孔；其中，過孔的個數根據表面貼片電容的焊盤的尺寸進行確定；過孔的位置根據表面貼片電容的焊盤的尺寸和球柵陣列晶片的焊盤間距進行確定。
文檔編號H05K3/30GK101883472SQ20091024143
公開日2010年11月10日 申請日期2009年12月2日 優先權日2009年12月2日
發明者張華民 申請人:北京星網銳捷網絡技術有限公司