CN101715273A - 印刷电路板封装构造及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种印刷电路板封装构造。所述印刷电路板封装构造包括一接地垫片、一印刷电路板和一中间层，所述中间层夹于所述接地垫片与所述印刷电路板之间，并固定所述接地垫片及所述印刷电路板的相对位置，所述中间层是热的良导体，其为所述接地垫片和所述印刷电路板之间提供快速热交换。本发明的印刷电路板封装构造可以提高产品可靠度及产品制造良率。同时本发明还提供上述印刷电路板封装构造的制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种封装构造及其制造方法，特别是关于一种印刷电路板的封装构造及其制造方法。
背景技术
在电子产品及其相关产业中，各个电子元件之间需要电性相连，以传输电源信号、数据信号等。所以用来实现各个电子元件导通的电路板的封装至关重要。在当今电子封装技术中，需要将各种电子元件，如：放大器、模数转换单元、半导体芯片、电路化衬底等，耦合到一印刷电路板上，且逐渐提高组成这些电子元件的电路设计密度。然而，密度的增加就迫使运行过程中各电子元件所产生的更多的热能需要有效地交换，这种热交换保持各电子元件的工作温度在合适的范围内，从而有效保证各电子元件的可靠性，以提高整个封装件的使用寿命。
一种现有技术所揭示的印刷电路板结构如图1所示，该印刷电路板封装构造1包括一金属垫片11、一粘合层13及一印刷电路板15。所述金属垫片11与印刷电路板15之间通过所述粘合层13粘接固定形成层状结构。
所述金属垫片11是一厚度均匀的铜片，其用以传导热量至外部环境。所述印刷电路板15是一用以传输信号的电路板连接装置，其远离金属垫片11一侧的表面设置有多个电子元件，每一电子元件对应实现一定功能。所述粘合层13是一种半固化的环氧树脂材料掺杂硬化剂、增塑剂等形成的非导电粘合剂，其通过热压工艺将所述金属垫片11压合于所述印刷电路板15表面。
然而，现有的印刷电路板封装构造1及其封装方法仍然存在以下缺点：
首先，环氧树脂材料是一种半固化的环氧胶，其粘滞性低，且应力低，所以当采用粘合层13粘接所述印刷电路板15和金属垫片11的方式形成的印刷电路板封装构造1容易脱落，且遇到外力冲击时，易因应力集中引起对整个印刷电路板封装构造1的破坏，大大降低了所述印刷电路板封装构造1的可靠度。
其次，因为所述粘合层13内掺杂有硬化剂及增塑剂等材料，所以所述粘合层13的导热性能大大降低，由此使得当所述印刷电路板封装构造1内部散热不佳，容易出现热量聚集，进而降低所述印刷电路板封装构造1的可靠度。
最后，当制造所述印刷电路板封装构造1时，所述粘合层13的涂布很难精确控制所述粘合层13的厚度均匀，如此封装后的印刷电路板封装构造1整体厚度不均，导致产品良率不高。
发明内容
针对现有技术印刷电路板封装构造存在的产品可靠度低及产品良率低的问题，提供一种产品可靠度高及产品良率高的印刷电路板封装构造实为必要。
同时本发明还提供一种产品可靠度高及产品良率高的印刷电路板封装构造制造方法。
一种印刷电路板封装构造，其包括一接地垫片、一印刷电路板和一中间层，所述中间层夹于所述接地垫片与所述印刷电路板之间，并固定所述接地垫片及所述印刷电路板的相对位置，所述中间层是热的良导体，其为所述接地垫片和所述印刷电路板之间提供快速热交换。
一种印刷电路板封装构造制造方法，其包括如下步骤：提供一印刷电路板；在所述印刷电路板表面印刷多个焊膏；提供一接地垫片，并将所述接地垫片与所述印刷电路板对位设置；通过回流焊工艺形成一为所述接地垫片和所述印刷电路板之间提供快速热交换的中间层，所述中间层焊接所述接地垫片于所述印刷电路板，形成印刷电路板封装构造。
一种印刷电路板封装构造制造方法，其包括如下步骤：提供一接地垫片；在所述接地垫片表面印刷多个焊膏；提供一印刷电路板，并将所述印刷电路板与所述接地垫片对位设置；通过回流焊工艺形成一为所述接地垫片和所述印刷电路板之间提供快速热交换的中间层，所述中间层焊接所述印刷电路板于所述接地垫片，形成印刷电路板封装构造。
相较于现有技术，本发明的印刷电路板封装构造采用具有良好导热性能的中间层取代现有技术中的环氧树脂粘合层，实现所述印刷电路板与接地垫片之间有效热交换，使得所述印刷电路板在工作过程中产生的热量有效散失，避免热量聚集对产品造成的危害，提高产品良率及可靠度。
同时相较于现有技术，在本发明的印刷电路板封装构造制造方法中，通过回流焊工艺焊接所述印刷电路板与接地垫片，有效控制所述中间层的焊接温度及焊接厚度，提高焊接产品可靠度及产品良率。
附图说明
图1是现有技术印刷电路板封装构造的立体分解结构示意图。
图2是本发明所揭示印刷电路板封装构造第一实施方式的侧面结构示意图。
图3是图2所示印刷电路板封装构造的立体组装示意图。
图4是图3所示印刷电路板封装构造的立体分解示意图。
图5是图2所示的印刷电路板封装构造制造流程示意图。
图6是图4所示回流焊工艺流程图。
图7是本发明所揭示印刷电路板封装构造第二实施方式的立体分解结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的印刷电路板封装构造的结构及其制造方法进行说明。
请参阅图2，其是本发明印刷电路板封装构造侧面结构示意图。所述印刷电路板封装构造2是一用以实现控制信号、数据信号传输的电子元件，比如信号源与应用终端产品的相互电连接，也可以用以实现其它导线功能等。所述印刷电路板封装构造2包括一印刷电路板21、一接地垫片23及一中间层25。所述印刷电路板21与所述接地垫片23层叠间隔设置，所述中间层25夹设于所述印刷电路板21与所述接地垫片23之间，所述印刷电路板21与所述接地垫片23通过所述中间层25粘接固定，且二者通过所述中间层25实现快速热交换。
再请同时参阅图3及图4，其中图3是图2所示印刷电路板封装构造2的立体组装结构示意图，图4是图3所示印刷电路板封装构造2的立体分解结构示意图。所述印刷电路板21是一将多个电路结构呈层状压合于绝缘的电路化衬底中，用以承载或者连接设于其表面的多个电子元件的装置，其中所述电子元件如电阻、电容、二极管、半导体芯片及各种功能电路等。所述印刷电路板21包括两个相对设置的平面211、213。所述多个电子元件设于平面211上，所述平面213上设置有多个定位突起214。在所述平面213的周边区域还设置有一环形阻流圈(图未示)，所述阻流圈形成一封闭环状结构，其用于阻隔回流焊接过程中，避免所述中间层25的外漏。
所述接地垫片23是一接地公共端，具有零电势。所述接地垫片23上设置有多个定位通孔231，所述多个定位通孔231与设于所述印刷电路板21表面的定位突起214分别对应设置。在本实施方式中，所述接地垫片23是采用铜材料制得，其整体外轮廓与印刷电路板21的外轮廓相一致。当然所述接地垫片23还可以是采用铝基覆铜材料制得。当所述接地垫片23与所述印刷电路板21叠合设置时，所述接地垫片23形成一遮蔽层来遮盖所述印刷电路板21，以起到屏蔽作用。
所述中间层25是一网状高温无铅焊材，其是由多个高温无铅焊膏250印刷成网状结构。所述焊膏250的成分主要是无铅合金的粉末和助焊剂混合而成。在受热的条件下，融化的焊材中的原子和焊盘或焊接元件(主要成分是铜原子)的接触界面原子相互扩散，形成金属间化合物(IMC)，形成具焊接力的关键连接层。所述中间层25一端焊接于所述接地垫片23，其另一端焊接于所述印刷电路板21的其中一平面213上。所述中间层25是采用回流焊(Reflow Soldring)方式形成在所述接地垫片23与所述印刷电路板21之间。在该实施方式中，当采用回流焊工艺在所述接地垫片23与所述印刷电路板21之间形成中间层25的时候，所述焊膏250受热熔化，所述阻流圈是一封闭，其有效阻挡位于边缘区域的受热熔化后的焊膏250溢流出所述接地垫片23或者所述印刷电路板21的边缘，使得所述焊膏250冷却后形成的中间层25完全夹设于所述接地垫片23与所述印刷电路板21之间，保证产品可靠度。
在该印刷电路板封装构造2中，将中间层25夹设于所述接地垫片23与所述印刷电路板21之间，其两端分别抵接所述接地垫片23和印刷电路板21。当所述印刷电路板21工作时，设于其上的电子元件对应产生热量，该部分热量经由所述中间层25传导至所述接地垫片23，由此实现所述印刷电路板21与所述接地垫片23之间的热交换，避免热量聚集造成对所述印刷电路板封装构造2的不良影响。同时，所述接地垫片23是一具零电势的金属遮蔽层，有效屏蔽外界干扰信号对印刷电路板21造成的干涉，减少甚至避免信号干扰。
当制造本发明所述印刷电路板封装构造2时，其制造流程如图5所示，其主要操作步骤如下：
步骤S11，提供所述印刷电路板21。所述印刷电路板21包括二相对平面211、213，于所述平面211上设置有多个电子器件，于所述平面213上设置有多个定位突起214。
步骤S12，在所述印刷电路板21的平面213上通过钢网印刷多个焊膏250。所述焊膏250的印刷密度及焊膏250颗粒直径大小根据所需要的焊接强度对应设定。
步骤S13，提供一接地垫片23。所述接地垫片23是采用铜材料或者铝基镀铜材料制得，且在所述接地垫片23上设定位置设置有多个通孔231，所述多个通孔231与所述印刷电路板21的多个定位突起214分别相对应配合。
步骤S14，采用回流焊方式焊接所述接地垫片23于所述印刷电路板21。其中具体回流焊流程如图6所示。步骤S21，通过自动贴片机将接地垫片23贴放到印刷有焊膏250的印刷电路板21侧表面的焊膏250上；步骤S22，通过回流焊接炉，在回流焊炉中对所述焊膏250逐渐加热，使得所述焊膏250熔化，所述阻流圈阻挡融化后的焊膏250溢流出所述接地垫片23或者所述印刷电路板21的外围；步骤23，冷却所述印刷电路板封装构造2，使得熔化后的焊膏250凝固，形成所述中间25，把所述接地垫片23和所述印刷电路板21牢固地焊接到一起。
其中所述回流焊工艺可以是热板(Hot-plate)及推板式热板传导回流焊、红外线辐射回流焊、充氮回流焊等多种回流焊工艺中的任意一种，可以理解的是，凡是能够保证所述接地垫片23和所述印刷电路板21牢固地焊接到一起即可，皆在本发明宗旨内。
当然，在该实施方式中，作为上述制造流程的进一步变形，所述印刷电路板封装构造2的制造流程还可以是首先通过钢网印刷技术将多个焊膏250印刷于所述接地垫片23表面，然后将所述所述印刷电路板21采用贴片机贴附在所述接地垫片23表面的焊膏250上，接下来继续回流焊工艺，形成所述中间层25将所述接地垫片23和所述印刷电路板21牢固地焊接到一起。
相较于现有技术，在该制造工艺中，采用回流焊技术，可以精确控制所述焊膏251的焊接温度，焊接过程中还能避免氧化；另外，采用钢网印刷焊膏250，精确控制所述焊膏250的印刷密度和锡球颗粒大小，形成厚度均匀的中间层，大大提高所述印刷电路板封装构造2的产品可靠度及产品制造过程中的良率。
请参阅图7，是本发明第二实施方式所揭示的印刷电路板封装构造3的立体分解示意图。本实施方式所揭示的印刷电路板封装构造3与第一实施方式所揭示的所述印刷电路板封装构造2基本相同，惟主要区别在于：提供一定位板40，所述定位板40是一矩形平板模具，其表面设置有多个定位凸柱41，且所述定位凸柱41与设置在所述接地垫片33的多个瞳孔331分别对应。同时，所述印刷电路板31表面同样设置有多个定位孔311，所述定位孔311与所述接地垫片33的多个通孔331分别对应。
当对位所述定位孔311与所述接地垫片33过程中，采用贴片机将所述接地垫片33叠设于所述定位板40表面，且使得所述定位板40表面的多个定位凸柱41同时分别贯穿所述接地垫片33的多个定位孔311。然后，同样将所述印刷电路板31叠设于所述接地垫片33之上，使得印刷于所述印刷电路板31表面的多个焊膏350抵接所述印刷电路板31的表面，且所述定位板40表面的多个定位凸柱41同时分别贯穿所述印刷电路板31的多个通孔331，由此将所述接地垫片33与所述印刷电路板31精确对位。通过所述定位板40的定位作使得所述用，使得所述接地垫片33和所述印刷电路板31精确对位，然后进行后续的回流焊工艺。当焊接完毕，只需要拆卸掉所述定位板40即可。
相较于第一实施方式，在第二实施方式中，提供额外的定位板40实现所述接地垫片33和所述印刷电路板31的定位，避免在所述印刷电路板31表面设置定位突起的工艺，简化制造工艺，提高产品良率及产品可靠度的同时，进一步节约了成本。
以上仅为本发明的优选实施案例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种印刷电路板封装构造，其包括一接地垫片、一印刷电路板和一中间层，所述中间层夹于所述接地垫片与所述印刷电路板之间，并固定所述接地垫片及所述印刷电路板的相对位置，其特征在于：所述中间层是热的良导体，其为所述接地垫片和所述印刷电路板之间提供快速热交换。
2.根据权利要求1所述的印刷电路板封装构造，其特征在于：所述接地垫片是一铜板或者铝基覆铜材料制得。
3.根据权利要求1所述的印刷电路板封装构造，其特征在于：所述中间层是一网状高温无铅焊材。
4.根据权利要求1所述的印刷电路板封装构造，其特征在于：所述中间层是对无铅焊膏进行回流焊工艺形成。
5.根据权利要求1所述的印刷电路板封装构造，其特征在于：所述接地垫片及所述印刷电路板通过定位突起与通孔配合定位。
6.根据权利要求1所述的印刷电路板封装构造，其特征在于：所述接地垫片包括多个通孔，所述应刷电路板包括多个定位孔，所述通孔与所述印刷电路板通过多个贯穿所述通孔及所述定位孔配合定位。
7.一种根据权利要求1所述的印刷电路板封装构造制造方法，其包括如下步骤：提供一印刷电路板；在所述印刷电路板表面印刷多个焊膏；提供一接地垫片，并将所述接地垫片与所述印刷电路板对位设置；通过回流焊工艺形成一为所述接地垫片和所述印刷电路板之间提供快速热交换的中间层，所述中间层焊接所述接地垫片于所述印刷电路板，形成印刷电路板封装构造。
8.根据权利要求7所述的印刷电路板封装构造制造方法，其特征在于：所述回流焊工艺是热板及推板式热板传导回流焊、红外线辐射回流焊、充氮回流焊工艺中的任意一种。
9.根据权利要求7所述的印刷电路板封装构造制造方法，其特征在于：所述接地垫片形成一遮蔽层，屏蔽所述印刷电路板。
10.一种根据权利要求1所述的印刷电路板封装构造制造方法，其包括如下步骤：提供一接地垫片；在所述接地垫片表面印刷多个焊膏；提供一印刷电路板，并将所述印刷电路板与所述接地垫片对位设置；通过回流焊工艺形成一为所述接地垫片和所述印刷电路板之间提供快速热交换的中间层焊接所述印刷电路板于所述接地垫片，形成印刷电路板封装构造。
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