CN101336044A - 印刷电路板、电子部件的安装方法以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

根据一个实施例，设置有一种印刷电路板，该印刷电路板包括具有部件安装面的印刷线路板(11)，通过使用焊球(14)的焊料接合被安装在印刷线路板的部件安装面上的半导体组件(15)，以及在印刷线路板(11)的部件安装面上的多个位置处局部地加固半导体组件的焊料接合部的加固部(16)，加固部(16)由树脂材料形成，该树脂材料具有进入焊料接合部的焊球的部分。

Description

印刷电路板、电子部件的安装方法以及电子设备
技术领域
本发明的一个实施例涉及一种其上安装了半导体组件的印刷电路板。
背景技术
在诸如个人计算机的电子设备中，电路板作为主要构成要素被容纳在壳体中，在该电路板上，在每一侧上，安装有构成CPU及其周边电路的数十毫米平方的大型半导体组件。
在诸如个人计算机的这类电子设备中所使用的电路板中，需要用于保护半导体组件的安装面不受因板的翘曲或变形、或者来自外部的冲击或振动而施加的应力的保护方法。
作为用于保护安装在板上的部件的焊料接合部不受应力的方法，已知有一种电子部件的安装方法，其中在板和半导体芯片之间插入下填充剂(热塑性树脂)，以使板和半导体芯片之间的间隙填满下填充剂，从而将半导体芯片固定在板上。参见，例如，日本专利申请特开第2000-357714号公报。
在将下填充剂用于其上安装有大型半导体组件的上述电路板的上述加固方法中，作为下填充剂被充填在半导体组件和板之间的加固材料，因半导体组件的电路操作所引起的自发热而重复热膨胀。该热膨胀导致过度的应力作用于焊料接合部的问题。具体地，在其上安装了大型BGA(球栅阵列)的电路板中，应力集中在矩形组件的角部，导致焊料接合部的电路断路。当作为下填充剂填充的加固材料的热膨胀系数更不同于半导体组件或板的热膨胀系数时，该问题就更加显著。此外，由于大型半导体组件的整个安装面与板接合，因此出现了再加工变困难的这种问题。
在BGA的安装技术中，通常认为当使用上述通过接合的加固方法时，粘合剂混入焊球中，并且焊料接合的强度降低。为了解决这个问题，已经采用了各种措施以便防止粘合剂混入焊球中。具体地，减少粘合剂(加固材料)的数量或者替换接合位置，以使焊球可以不变形，从而防止粘合剂进入焊球。
本发明的目的在于解决上述问题并且提供一种印刷电路板，该印刷电路板在半导体组件的焊料接合部处具有改善的连接可靠性。
发明内容
根据本发明的一方面，提供有一种印刷电路板，包括：具有部件安装面的印刷线路板；通过使用焊球的焊料接合被安装在印刷线路板的部件安装面上的半导体组件；以及在印刷线路板的部件安装面上的多个位置处局部地加固半导体组件的焊料接合部的加固部，该加固部由树脂材料形成，该树脂材料具有进入焊料接合部的焊球的部分。
根据本发明的这方面，可以期望在半导体组件的焊料接合部的连接可靠性的增强。
本发明的其他目的和优点将在下面的说明中给出，并且其中一部分将从该说明中变得显而易见，或者可通过本发明的实践来了解。本发明的目的和优点可通过下文具体指出的手段和结合的方式来实现和获得。
附图说明
结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图阐释了本发明的实施例，并且与上面给出的总体说明和下面给出的对实施例的具体说明一起用于说明发明的原理。
图1是显示根据本发明的第一实施例的印刷电路板的侧视图；
图2是显示根据第一实施例的印刷电路板的结构的平面图；
图3是显示根据本发明的第二实施例的印刷电路板的结构的平面图；
图4是说明根据第一实施例的印刷电路板的制造步骤的流程图；
图5是用于描述根据第一实施例的印刷电路板的制造步骤的视图；
图6是用于描述根据第一实施例的印刷电路板的制造步骤的视图；
图7是用于描述根据第一实施例的印刷电路板的制造步骤的视图；
图8是用于描述根据第一实施例的印刷电路板的制造步骤的视图；
图9显示了本发明的每个实施例中的主要部分的焊料接合结构的模拟模型；
图10显示了本发明的每个实施例中的主要部分的焊料接合结构的模拟模型；
图11是用于解释本发明的每个实施例中的主要部分的焊料接合结构的视图；以及
图12是显示根据本发明的第三实施例的电子设备的结构的立体图。
具体实施方式
在下文中将参考附图描述根据本发明的各种实施例。总的来说，根据本发明的一个实施例，提供有一种印刷电路板，包括：具有部件安装面的印刷线路板；通过使用焊球的焊料接合被安装在印刷线路板的部件安装面上的半导体组件；以及在印刷线路板的部件安装面上的多个位置局部地加固半导体组件的焊料接合部的加固部，该加固部由树脂材料形成，该树脂材料具有进入焊料接合部的焊球的部分。
现在将参考附图描述本发明的实施例。
图1和图2显示了根据本发明的第一实施例的印刷电路板的结构。图1是主要部分的侧视图，以及图2是主要部分的平面图。
如图1和图2所示，根据本发明第一实施例的印刷电路板包括印刷线路板11；具有设置在其背面上的多个焊料接合部14、并通过使用焊料接合部14的焊料接合被安装在印刷线路板11上的半导体组件15；以及在印刷线路板11的安装面部上的多个位置局部地加固焊料接合部14的部分的加固部16，半导体组件15被安装在板11上。在该实施例中，将BGA组件作为半导体组件15的例子，在该BGA组件中，将焊料接合部14形成为焊球。该BGA组件被配置成包括半导体芯片(裸芯片)15a；具有矩形平面图形状、其上安装有裸芯片15a的基板15b；以及构成设置在基板15b的下表面上的焊料接合部14的多个焊球。
在印刷线路板的图案形成面12上，BGA部件安装面部12a被图案设计，以便将BGA组件15安装在其上。在这种情况下，例如，可以通过阻焊膜来配置图案形成面12和面部12a。与BGA组件15的焊球14相对应的多个焊料接合垫13被图案形成在由阻焊膜形成的BGA部件安装面部12a中。
BGA组件15的焊球14被焊料接合到设置在BGA部件安装面部12a中的焊料接合垫13。因此，BGA组件15通过印刷线路板11的BGA部件安装面部12a被安装在印刷线路板11上。
在焊料结合BGA组件15的回流步骤中，用于在多个位置局部地加固焊球14的一部分的加固部16，通过热固化作为粘合剂的加固材料而被形成。在该实施例中，加固部16被形成在BGA组件15的矩形基板15b的四个角部中的每一个处。
当加固部16被形成时，加固材料的一部分进入设置在基板15b的角部上的焊球14，从而使焊球14变形。具体将参考图9至图11进行描述。
关于通过BGA部件安装面部12a而被安装在印刷线路板11上的BGA组件15，焊球14通过加固部16在基板15b的角部被局部地加固，其中热固树脂被用作加固材料。此外，加固材料的一部分进入焊球14，从而使焊球14变形成除了加固材料进入的面部以外的焊球14的外周面被膨胀的形状。
通过焊球14形状上的变化，集中在位于角部的焊球的远端部处的热疲劳时的应力被分散在焊球的外周面上。因此，作用于角部处的焊球上的应力被缓和。
图9和图10显示了焊料接合结构的模拟模型。图9显示了在角部的焊球14保持球形的状态。图10显示了形成加固部16的加固材料的一部分进入在角部的焊球14、并且在角部的焊球14由于加固材料16的进入而被变形的状态。在图9和图10中，参考数字15p表示设置在BGA组件15的基板15b的下表面的角部处的外部连接电极(钝化)。
当在基板15b的角部处的焊球14处于图9所示的球面状态时，热疲劳时的应力集中在角部的焊球14的近端部S，导致由焊球14形成的焊料接合部断路，致使连接可靠性恶化。
相反，在图10所示的状态中，其中形成加固部16的加固材料的一部分进入在角部处的焊球14并使焊球14变形，除其形成加固部16的加固材料已经进入的面部之外，焊球14的外周面以膨胀的形状变形。通过该变形，集中在焊球14的近端部S处的应力被分散到膨胀的周面部处。因此，在角部处的焊球14中起作用的热疲劳时的应力被缓和，并且可以避免焊料接合部的断路，即提高了连接的可靠性。
图11显示了形成加固部16的加固材料的一部分进入角部处的焊球14的状态，以及进入焊球14的加固材料16的容许进入量。此外，虚线表示在角部处的焊球14的外周面变形和膨胀之前时的焊球14的外周面，即在焊球14保持球形的状态中的外周面。在图11中，由虚线表示的加固材料16是已经进入焊球14的加固材料的容许量，并且在角部处的焊球14的中心部分(由点划线表示)是进入的极限。
图3显示了根据本发明的第二实施例的印刷电路板的结构。在第二实施例中，多个加固部16被设置在BGA组件15的基板15b的各角部处。
在图1和图2所示的第一实施例中，加固材料16被涂布在BGA组件15的基板15b的角部处，并且在基板15b的四个角部中的每一个处设置一个加固部16。在第二实施例中，如图3所示，例如，三个加固部16被设置在四个角部中的每一个处，并且如图1所示，形成各加固部16的加固材料的一部分进入与加固部16接触的相关焊球14。采用这种加固结构，也可以获得与第一实施例中相同的有益效果。
图4说明了根据本发明的上述各实施例的印刷电路板的制造步骤。
参考图5至图8描述图4中说明的制造步骤S1至S6。在该描述中，将根据图1和图2所示的第一实施例的印刷电路板的制造步骤作为例子。
在图4所示的制造步骤中，在步骤S1中，将在其上安装部件的印刷线路板被供应给部件线。如图1所示，在该步骤中被供应或者装载的印刷线路板是印刷线路板11。设置在BGA组件15的基板15b上的对应于焊球14的焊料接合垫13被图案形成在BGA部件安装面部12a上，BGA部件安装面部12a被图案设计，以使BGA组件15被安装在其上。
在步骤S2中，通过被配置成印刷焊膏的印刷机，将焊膏印刷在印刷线路板的焊料接合部上。如图5所示，焊膏17被印刷在与设置在印刷线路板11的BGA部件安装面部中的焊料垫13相对应的部分处。
在步骤S3中，用作粘合剂的加固材料被涂布在印刷线路板11的部件安装面上的位置处，其中加固部通过配置成涂布加固材料的分散机而被形成。在这种情况下，如图6所示，加固材料16通过喷嘴在BGA部件安装面部12a的各角部上的一个位置处被局部地涂布。
在步骤S4中，部件被安装在印刷线路板11的部件安装面上。在这种情况下，如图7所示，BGA组件15被安装在印刷线路板11的BGA部件安装面部12a或者阻焊膜上。在安装部件15的时候，加固材料16在BGA部件安装面部12a的角部和BGA组件15的基板15b的角部之间处于掩埋状态。
在作为焊料回流步骤的步骤S5中，同时执行安装部件15的焊料接合和加固材料的固化或者加固部16的形成。在这种情况下，如图8所示，在印刷线路板11的BGA部件安装面部12a上，设置在BGA组件15的基板15b上的焊球14通过阻焊膜或者BGA部件安装面部12a，被焊料接合至设置在板11的表面上的焊料接合垫13，并且由加固材料形成的加固部16的原始图案被设置在基板15b的角部处。此外，加固材料16的一部分进入设置在基板15b的角部处的焊球14。通过加固材料16的进入，焊球14如图10和图11所示被变形。
在步骤S6中，受到回流处理的印刷线路板或者印刷电路板11被卸载，并且被传送到下一制造步骤。
在上述用于部件安装的制造过程中，在回流步骤，可以通过一个热处理来执行作为将被安装的部件的BGA组件15的焊料接合、加固材料16的一部分在焊球14中的进入、以及形成加固部16的树脂的固化。
图12显示了本实施例的第三实施例。
在第三实施例中，通过使用根据第一实施例制造的印刷电路板或者印刷线路板11来构成电子设备。图12显示了将根据第一实施例的印刷电路板11应用于诸如轻巧型便携式计算机的小型电子设备的实施例。
在图12中，显示单元壳体3经由铰链机构h被可旋转地放置在便携式计算机1的主体2上。诸如点击装置4和键盘5的操作单元被设置在主体2上。诸如LCD的显示装置6被设置在显示单元壳体3中。
起母板作用的电路板8被设置在主体2中，在电路板8上装配有用于控制诸如点击装置4和键盘5的操作单元和显示装置6的控制电路。电路板8可以通过使用根据图1和图2所示的第一实施例的印刷电路板11来实现。
电路板8包括印刷线路板11；在其背面上具有的多个焊料接合部14、并通过焊料接合部14的焊料接合被安装在印刷线路板11上的BGA组件15；以及在印刷线路板11的安装面部上局部地加固BGA组件15的焊料接合部14的一部分的加固部16，半导体组件15被安装在印刷线路板11上。关于安装在印刷线路板11的BGA部件安装面部12a上的BGA组件15，焊球14通过加固部16在基板15b的角部处被局部地加固，其中热固树脂被用作加固材料。此外，加固材料的一部分进入焊球14，从而使焊球14变形成除了其加固材料进入处的面部以外的焊球14的外周面被膨胀的形状。通过焊球14形状上的变化，位于角部的焊球中的热疲劳时的应力被缓和，并且可以提高部件安装部处的焊料接合面的连接可靠性。通过这种局部地加固手段，可以避免设置在BGA组件15的角部处的焊料接合部由于因例如下落冲击所引起的热或机械应力而被断路，导致连接不良的问题。因此，可以期望极可靠的稳定操作。此外，通过该局部地加固手段使得再加工较容易。
另外的优点和修改方案对于本领域技术人员来说会很容易。因此，本发明就较宽的方面来说不局限于文中给出并说明的具体细节和代表性实施例。因而，可在不背离如所附的权利要求及其等同方案所定义的总发明构思的实质或保护范围的情况下进行种种修改。

Claims (6)

1.一种印刷电路板，其特征在于，包括：
具有部件安装面的印刷线路板；
通过使用焊球的焊料接合被安装在所述印刷线路板的所述部件安装面上的半导体组件；以及
在所述印刷线路板的所述部件安装面上的多个位置局部地加固所述半导体组件的所述焊料接合的部分的加固部，所述加固部由树脂材料形成，所述树脂材料具有进入所述焊料接合的所述部分的焊球的部分。
2.如权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述加固部局部地加固所述半导体组件的多个角部。
3.如权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，所述加固部局部地加固所述半导体组件的多个角部以及与各角部相邻的两侧的一部分。
4.如权利要求1所述的印刷电路板，其特征在于，进入到相关焊球内的各加固部的进入量比焊球的中心部分浅。
5.一种用于在印刷线路板的部件安装面上安装BGA(球栅阵列)部件的电子部件的安装方法，其特征在于，包括：
当所述BGA部件被安装在所述印刷线路板的所述部件安装面上时，以树脂材料粘附到所述BGA部件的角部的方式，在所述部件安装面上涂布树脂材料的加固材料；
将所述BGA部件安装在已经经过所述加固材料涂布的所述印刷线路板的所述部件安装面上；以及
执行回流加热，用于将所述BGA部件焊料接合至已经经过所述部件安装的所述印刷线路板的所述部件安装面，其中所述树脂材料的一部分进入在所述BGA部件的所述角部处的焊料接合的部分的焊球内，所述树脂材料被固化，并且所述树脂材料的加固部被局部地形成在所述BGA部件的所述焊料接合部。
6.一种包括电子设备主体和设置在所述电子设备主体上的电路板的电子设备，其特征在于，所述电路板包括：
具有部件安装面的印刷线路板；
通过使用焊球的焊料接合被安装在所述印刷线路板的所述部件安装面上的半导体组件；以及
在所述印刷线路板的所述部件安装面上的多个位置局地部加固所述半导体组件的焊料接合的部分的加固部，所述加固部由树脂材料形成，所述树脂材料具有进入所述焊料接合的所述部分的焊球的部分。
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