CN101356621A - 球栅附着 - Google Patents

Abstract

用导电性粘合剂将电学部件电学地并机械地连接到板基底的装置和方法。该电学部件可以包括集成电路，该板可以包括印刷电路板。可能的粘合剂包括银导电RTV、银导电粘合剂、以及银导电环氧树脂。

Description

球栅附着

技术领域

本发明涉及用于将电学部件连接到基底的方法和装置。更具体地说，本发明涉及用于提供电学和机械连接手段的方法和装置，所述连接手段可用于将诸如集成电路的电学部件连接到诸如印刷电路板的基底。

背景技术

目前，碳氢化合物的勘探与生产中使用的许多井下工具采用灵敏的电处理装置，在这里称为井下电子装置。图1中图解具有此类装置的井下工具7的一个例子，其中井下工具7可以是打孔器、测井仪(logging tool)、粘结评估工具、地层测试装置、或地震采集装置，等等。这些工具通常插在穿透所研究地层6的井眼12内的线路9上，并在井眼12内交替地升起和下降以便进行勘探与生产操作。

众所周知，电子硬件通常包括电学部件与基底的连接，其中部件经常被焊接到基底。这些电学部件包括数字和模拟集成电路、处理器、微处理器、井下传感器、冷却部件、天线、接收器、电阻器、电感元件、和电容器、二极管、混合模块、多芯片模块、所有无源(电阻器和电容器)和有源(集成电路和运算放大器)的表面安装电子部件。基底提供安装部件的基础并提供安装在基底上的各种部件之间的专用电学连接。其上面固定有电学部件的基底的一个例子是印刷电路板。其它器件包括导线接头、对引线附件的连接器插脚、以及通常用焊料实现电学连接的任何位置。传统上，部件具有从其伸出的插脚，其装配到在基底中形成的相应的孔中。插脚通常被焊接在孔内以保证部件与基底之间的电学连接并因此将部件固定到基底。

球栅阵列(BGA)插座连接器也被用来将部件电连接到基底。典型的BGA包括焊球(solder ball)，其中每个焊球均在连接器安装到基底上之前附着于相应的导电接触的末端。安装之后，随后将焊球焊接到相关的基底，从而将部件机械地并电学地连接到基底。BGA的连接器具有优于其它连接器的优点，例如，它没有在处理期间可能被轻易损坏的导线。而且，焊球在冲单元片焊垫上自动定心，能轻易地附着于导电接触的末端。还有其它优点，包括尺寸小、间距小、密度高、电学性能好、封装成品率好，等等。

图2中示出具有BGA的电学部件19的例子，器件19包括部件壳体16、连接棒14、焊球18、附着于电路板22的导体盘20。为简易起见，图2中只示出BGA的一个焊球，但是本领域技术人员理解，BGA能包含许多与电学部件19结合的焊球18。在将部件连接到基底之前，通常将焊球18焊接到导体棒14上。该部件然后定位到基底上，并且将足够的热施加到焊球18使它附着到导体盘20。

但是，目前制造井下电子装置的方法存在某些缺点。例如，井下工具经常在井眼内使用期间、或其已被装配之后的处理期间和在井眼内使用之前经历猛烈冲击和振动条件。冲击或振动常常能够损坏井下部件并由此使部件不能运行或无效。此外，使用期间的冲击和振动能导致井下部件提供错误的数据，当井下部件是监控井下数据供以后分析的传感器时尤其如此。苛刻的井下条件提出另一个必须考虑的环境因素，那就是高温。井下温度有时能超过200℃。此外，这些电子部件中有许多产生热量，这增加许多井下工具的发热问题。例如，典型MWD系统或附着于线路的系统的部件(例如但不限于磁力计、加速度计、螺线管驱动器、微处理器、电源和伽玛闪烁器)可以产生超过20瓦的热量。这些由固有的井下条件和产生的热量引起的高温有时能影响井下电子装置及其相关电子硬件的完整性。更具体地说，高热量的反复循环能使焊接接缝劣化，这能导致焊料中的裂纹，其可以最终导致焊料失效。此外，提高的温度能重新熔化焊点，这又能使部件与其相关的基底电学地并机械地分离。

因此，需要用于将电学部件电学地并机械地连接到相关基底的可靠且有效的电学连接器，其中所形成的连接能经受住井筒条件。

发明内容

本公开包括将电学部件连接到板基底的方法，其中电学部件包括电学引脚，板基底包括导电表面。该方法包括：使电学部件位于紧贴板基底的位置，涂敷导电粘合剂以便将电学部件固定在板基底上，使电学引脚与导电表面上的相应位置对准，并将电学部件压紧到板基底上。该导电粘合剂可以包括室温硫化橡胶(room temperaturevulcanization)(RTV)、银导电RTV、银导电粘合剂、银导电环氧树脂、金导电RTV、金导电粘合剂、和金导电环氧树脂。该板基底可以是印刷电路板、混合模块、和多芯片模块。该电学引脚可以包括导电插脚和球栅阵列。

本发明的方法和装置考虑使用的电学部件包括数字和模拟集成电路、处理器、微处理器、井下传感器、冷却部件、天线、接收器、电阻器、电感元件、电容器、二极管、混合模块、多芯片模块、所有无源(电阻器和电容器)和有源(集成电路和运算放大器)的表面安装电子部件。该方法可以进一步包括将电学部件设置在井下工具内的板基底上。该井下工具可以是打孔器、测井仪、粘结评估工具、地层测试装置、或地震采集装置。该方法还可以包括将导电粘合剂涂敷到电学部件或板基底、或电学部件及板基底。

本公开还包括一种装置，其包含板基底、电学部件、电学部件上的电学引脚、和牢固地在电学引脚与板基底之间形成的导电粘合剂。该装置包括的导电粘合剂可以在电学部件与板基底之间提供机械和电学连接。供本装置使用的部件可以是数字或模拟集成电路、处理器、微处理器、井下传感器、冷却部件、天线、接收器、电阻器、电感元件、电容器、二极管、混合模块、多芯片模块、所有无源(电阻器和电容器)和有源(集成电路和运算放大器)的表面安装电学部件。该导电粘合剂可以是室温硫化橡胶(RTV)、银导电RTV、银导电粘合剂、银导电环氧树脂、金导电RTV、金导电粘合剂、和金导电环氧树脂。该板基底可以是印刷电路板、混合模块、或多芯片模块，该电学引脚可以是导电插脚或球栅阵列。

附图说明

图1是井眼内的井下工具的局部横截面图。

图2是球栅阵列的横截面图。

图3a和3b是此处公开的球栅阵列连接系统的实施例的剖视图。

图4是附着于板基底的电学部件的实施例的侧视图。

具体实施方式

此处描述的方法和装置的一个实施例包括用导电性粘合剂将电学部件连接到板基底从而形成电学装置。导电性粘合剂的使用不仅提供部件与基底之间的电学连接，而且还帮助将该装置机械地固定于基底。此外，粘合剂的柔软特性，例如通过热膨胀补偿任何应力和冲击，并防止部件开裂或移动，这在典型连接手段中可能发生。

现在参照图3a，其中图解新型连接手段的一个实施例。这里，示出球栅阵列结构的一部分被连接到电路板。尽管图3a中仅图解的一个焊球18，但应该了解，图解的结构同样适用于具有多个这样的焊球18的整个BGA。因此，可以通过向相关BGA的每个焊球18、或向可选数目的焊球18涂敷导电性粘合剂，将整个BGA固定到基底。焊球18可以用作电学引脚从而允许电信号往返电学部件和电路板22传递。如图所示，用已经涂敷在焊球18和电路板22之间的一定量导电性粘合剂24将焊球18粘结到电路板22上。供本公开使用的粘合剂可以包括任何传导性粘合剂(包括电和/或热能的传导)，更具体地可以包括室温硫化橡胶(RTV)，以及基于金属的粘合剂，例如银导电RTV、银导电粘合剂、银导电环氧树脂、金导电粘合剂、和金导电环氧树脂。

焊球18是其一部分的电学部件19可以是任何表面安装的电学或电子部件，例子包括集成电路、处理器、微处理器、井下传感器、冷却部件、天线、接收器、电阻器、电感元件、电容器、二极管、和运算放大器。关于电路板22(在这里也称为板基底)，该电路板22可以包括印刷电路板、混合板、多芯片模块、和连接器。

现在参照图3，其中示出另一个实施例。在这个实施例中，除在电路板22上表面上存在的导体盘20之外，电学装置19还包括图3a中所示的所有元件。选择地，可能希望电路板22上有导体盘20以便在电路板22的表面上实现附着于电路板22的其它装置和/或部件之间的适当的电学通信。选择地，可以在板基底的内层上、或外层上或两个层上均设置可能包括诸如铜的导电金属的导电轨迹(trace)。图4的侧视图中图解此处所示装置方法的另一个实施例。这里示出电学部件26，其具有从其本体向下延伸穿过电路板22a的插脚28。很清楚，插脚28包含往返于电学部件26和印制电路板22a传导电信号。插脚28还包括用于电学装置26和电路板22a之间的电学通信的电学引脚。穿过电路板22a形成孔(未示出)以便容纳其中穿过的插脚。选择地，可以沿着插脚的外表面涂敷导电性粘合剂24a，插脚在该外表面处与电路板22a交叉。包含导电性粘合剂不仅能提供电学部件26与电路板22a之间的电学通信，而且还能将电学部件机械地固定到电路板22a。

在操作中，将导电性粘合剂附着到电学部件的电学引脚或板基底上可以使一个或多个上述电学部件固定到板基底。在一种涂敷方法中，可以用注射器人工地将导电粘合剂涂敷到板基底。可以选择性地通过使用表面安装的装配机涂敷该粘合剂。为了保证牢固粘结，各个配合面的镀层应干净且无非导电碎屑。一种增加的使用可以包括在这些表面上镀诸如铂金的高导电性物质。诸如RTV的许多粘合剂需要几个小时的固化时间。这个时间可以通过向粘合剂施加热或紫外(UV)光来缩短。导电环氧树脂固化时间也可以用加热来缩短。

在用此处描述的方法构造的电学装置的许多使用中，其中一个包括此处描述的这些装置和一个或多个井下工具的包含物。如前所述，井下工具的所有部件经历的苛刻和严酷的环境经常对目前已知的构造方法的此类电学部件造成损害。因此，如此处描述的导电性粘合剂的使用为目前经历的连接的裂纹和破裂的问题提供了一种解决方案。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种将电学部件连接到板的方法，其中该电学部件包括电学引脚，该板包括导电表面，所述方法包括：

涂敷室温硫化橡胶(RTV)导电粘合剂以便将电学部件固定到板上；

将电学引脚与导电表面上的相应位置对准；和

将电学部件压紧到板上。

2.(删除)

3.如权利要求1所述的方法，其中所述板选自由印刷电路板、混合模块、和多芯片模块构成的组。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述电学引脚选自包括导电插脚和球栅阵列的组。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述部件选自由集成电路、处理器、微处理器、井下传感器、冷却部件、天线、接收器、电阻器、电感元件、电容器、二极管、和运算放大器构成的组。

6.如权利要求1所述的方法，其进一步包括将电学部件设置在该板上，其中该板在井下工具中并暴露于超过200℃的温度。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述井下工具选自由打孔器、测井仪、粘结评估工具、地层测试装置、和地震采集装置构成的组。

8.如权利要求1所述的方法，其进一步包括将导电粘合剂涂敷到电学部件。

9.如权利要求1所述的方法，其进一步包括将导电粘合剂涂敷到板。

10.一种将井下使用部件表面式安装到印刷电路板的方法，其包括：

涂敷室温硫化橡胶(RTV)导电粘合剂以便将部件固定到印刷电路板上；以及

将部件压紧到印刷电路板上。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述部件为球栅阵列。

12.如权利要求10所述的方法，其中导电粘合剂被涂敷到部件。

13.如权利要求10所述的方法，其中导电粘合剂被涂敷到印刷电路板。

14.如权利要求11所述的方法，其中电学部件选自由集成电路、处理器、微处理器、井下传感器、冷却部件、天线、接收器、电阻器、电感元件、和电容器构成的组。

15.如权利要求10所述的方法，其进一步包括将电学部件设置在该印刷电路板上，其中该印刷电路板在井下工具中。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述井下工具选自由打孔器、测井仪、粘结评估工具、地层测试装置、和地震采集装置构成的组。

17.(删除)

18.一种井下使用装置，其包括：

板；

电学部件；和

电学部件与板之间的室温硫化橡胶(RTV)导电粘合剂。

19.如权利要求18所述的装置，其中所述导电粘合剂提供电学部件与板基底之间的机械和电学连接。

20.如权利要求18所述的装置，其中电学部件选自由集成电路、处理器、微处理器、井下传感器、冷却部件、天线、接收器、电阻器、电感元件、和电容器构成的组。

21.(删除)

22.如权利要求21所述的装置，其中电学部件选自由集成电路、处理器、微处理器、井下传感器、冷却部件、天线、接收器、电阻器、电感元件、和电容器构成的组。

23.如权利要求18所述的装置，其中所述板基底选自由印刷电路板、混合模块、或多芯片模块构成的组。

24.如权利要求18所述的装置，其中所述电学引脚选自包括导电插脚和球栅阵列的组。

Claims (24)

1.一种将电学部件连接到板基底的方法，其中该电学部件包括电学引脚，该板基底包括导电表面，所述方法包括：

使电学部件位于紧贴板基底的位置；

涂敷导电粘合剂以便将电学部件固定在板基底上；

将电学引脚与导电表面上的相应位置对准；和

将电学部件压紧到板基底上。

2.如权利要求1所述的将电学部件连接到板基底的方法，其中所述导电粘合剂选自由室温硫化橡胶(RTV)、银导电RTV、银导电粘合剂、银导电环氧树脂、金导电RTV、金导电粘合剂、和金导电环氧树脂构成的组。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述板基底选自由印刷电路板、混合模块、和多芯片模块构成的组。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述电学引脚选自包括导电插脚和球栅阵列的组。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述部件选自由集成电路、处理器、微处理器、井下传感器、冷却部件、天线、接收器、电阻器、电感元件、电容器、二极管、和运算放大器构成的组。

6.如权利要求1所述的方法，其进一步包括将电学部件设置在井下工具中的板基底上。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述井下工具选自由打孔器、测井仪、粘结评估工具、地层测试装置、和地震采集装置构成的组。

8.如权利要求1所述的方法，其进一步包括将导电粘合剂涂敷到电学部件。

9.如权利要求1所述的方法，其进一步包括将导电粘合剂涂敷到板基底。

10.一种将球栅阵列固定到印刷电路板上的方法，其包括：

将球栅阵列与导电表面上的相应位置对准；

涂敷导电粘合剂以便将球栅阵列固定到印刷电路板上；和

将球栅阵列压紧到印刷电路板。

11.如权利要求10所述的方法，其中球栅阵列被附着于电学部件。

12.如权利要求10所述的方法，其中导电粘合剂被涂敷到球栅阵列。

13.如权利要求10所述的方法，其中导电粘合剂被涂敷到印刷电路板。

14.如权利要求11所述的方法，其中电学部件选自由集成电路、处理器、微处理器、井下传感器、冷却部件、天线、接收器、电阻器、电感元件、和电容器构成的组。

15.如权利要求10所述的方法，其进一步包括将电学部件设置在井下工具中的板基底上。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述井下工具选自由打孔器、测井仪、粘结评估工具、地层测试装置、和地震采集装置构成的组。

17.如权利要求10所述的方法，其中所述导电粘合剂选自由室温硫化橡胶(RTV)、银导电RTV、银导电粘合剂、和银导电环氧树脂构成的组。

18.一种装置，其包括：

板基底；

电学部件；

所述电学部件上的电学引脚；

牢固地在电学引脚与板基底之间形成的导电粘合剂。

19.如权利要求18所述的装置，其中所述导电粘合剂提供电学部件与板基底之间的机械和电学连接。

20.如权利要求18所述的装置，其中所述部件选自由集成电路、处理器、微处理器、井下传感器、冷却部件、天线、接收器、电阻器、电感元件、和电容器构成的组。

21.如权利要求18所述的装置，其中所述导电粘合剂选自由室温硫化橡胶(RTV)、银导电RTV、银导电粘合剂、和银导电环氧树脂构成的组。

22.如权利要求18所述的装置，其中电学部件选自由集成电路、处理器、微处理器、井下传感器、冷却部件、天线、接收器、电阻器、电感元件、和电容器构成的组。

23.如权利要求18所述的装置，其中所述板基底选自由印刷电路板、混合模块、或多芯片模块构成的组。

24.如权利要求18所述的装置，其中所述电学引脚选自包括导电插脚和球栅阵列的组。

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