CN102208387B - 连接球栅阵列封装组件的电路板及形成焊垫结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明系关于用以连接球栅阵列封装组件的电路板及形成焊垫结构的方法。本发明提供一种用以连接一球栅阵列BGA封装组件的电路板，其特征在于所述电路板包含：焊垫，其位于所述电路板的表面上；及绝缘漆，其涂覆于所述电路板的所述表面上，所述绝缘漆在所述焊垫的上方具有开口，用以部分地显露所述焊垫，其中，所述焊垫未经显露的部分由所述绝缘漆所覆盖，且所述焊垫经显露的部分的侧边与所述绝缘漆之间具有间隙。本发明加强殖于球栅阵列载板上的焊锡球与载板之间的焊接接合强度，而能有效抵抗主机板在加热焊接时电路板因热涨冷缩或因施加外力所产生的应力。

Description

连接球栅阵列封装组件的电路板及形成焊垫结构的方法

技术领域

本发明系关于一种电路板上的焊垫结构；更具体来说，关于一种用以连接球栅阵列BGA封装组件的电路板。

背景技术

球栅阵列(Ball Grid Array，BGA)封装为第三代面矩阵式(Area Array)IC封装技术，系在晶粒表面以数组的方式布置许多锡球，以锡球代替传统以金属导线架在周围做引脚的方式，再将表面附有锡球的晶粒予以反转，与其下的载板(封装电路板)表面的接合点进行接合后，再进行封装，并在载板的底面殖上焊如焊锡球或焊锡块等用于焊接的材料。焊此种封装技术称为反转芯片(Flip Chip，FC BGA)，其具有在同样尺寸的面积下，增加引脚数量的优点。目前信息家电与3C产品已多应用BGA封装技术。

BGA封装在电子产品中，主要应用于300接脚数以上的高密度构装的产品，如芯片组、CPU、Flash、部份通讯用IC等；由于BGA封装所具有的良好电气、散热性质，以及可有效缩小封装体面积的特性，使其需求成长率远高于其它型态的封装方式。

具有BGA封装的电子组件透过表面黏着技术(SMT)装置于印刷电路板(PrintingCircuit Board，PCB)的表面上并与位于印刷电路板表面的铜箔电路产生电性连接。

图1显示现有的印刷电路板10，其表面具有电路12，同时具有焊垫15与电路12连接，用以承接欲装置于其上的电子组件，其中焊垫15的外形可包括圆形、方形...等外观。为了避免受污染、氧化、损伤甚致短路等，电路板10的表面覆盖有绝缘漆13(SOLDER MASK)，用以保护电路表面上的电路12。

接下来，请参见图2。图2显示现有印刷电路板的剖面图，其中电路板20表面上覆盖有绝缘漆26，但是位于电路板20表面上的焊垫24则使用开口28使焊垫24外露，而不需覆盖绝缘漆26以方便后续与电子组件的连接。开口28的大小可控制焊垫24外露的面积。如图2中所示，如绝缘漆26完全未覆盖焊垫24，则为”绝缘漆未覆盖焊垫(NON-SOLDER MASK ON PAD)”形式。如果绝缘漆26覆盖了部分的焊垫24(未显示)，则称为”绝缘漆覆盖焊垫(SOLDER MASK ON PAD)”形式。然而，此二种显露焊垫的方式皆有如下缺点。

首先，图3为现有绝缘漆覆盖焊垫(SOLDER MASK ON PAD)的结构，即绝缘漆开口303的尺寸小于焊垫时，所述绝缘漆302将覆盖焊垫301的部分，造成焊垫301外围区域被绝缘漆302所覆盖。

接下来参阅图4。当图3中所示的具有绝缘漆覆盖焊垫的电路板与一具有BGA封装的电子组件进行黏着时。如图4所示，经BGA封装的组件305透过锡球(SolderBall)304与焊垫301黏着以达成电性连接。此方式虽可因焊垫301的外围覆盖有绝缘漆302而增加焊垫301与电路板303之间的贴合力，也可藉此减少焊垫301与电路板303之间因电路板303弯曲所产生的应力，而造成焊垫301自电路板303剥离或脱落。然而，由于焊垫301表面与锡球304的接合面307仅为单一的平面接合(受绝缘漆302的阻挡，锡球304无法于融溶时扩散流动至焊垫301的侧面)，因此当电路板303在后续的工序中(如焊接、组装...等)因受弯曲所产生的应力集中于焊锡304与焊垫301的接合面307时，极易造成所述接合面307产生断裂(锡裂)。

应注意的是，上述用以连接BGA封装组件及焊垫以达成电性连接的焊锡球仅为本案所教示技术方案中的较佳实施方式。熟悉本领域的技术人士可轻易替换使用焊锡块，或是其它焊接材料来实施本案所请发明，而不受本案所述实施例的限制。

图5显示现有绝缘漆未覆盖焊垫(NON-SOLDER MASK ON PAD)的结构，即绝缘漆502的开口503尺寸大于方形焊垫501的面积，而完全地暴露出焊垫501。如图5所示，此种绝缘漆未覆盖焊垫的结构造成绝缘漆501与焊垫502之间留有一定间隙。

图6则用以说明具有绝缘漆未覆盖焊垫的电路板与具有BGA封装的电子组件之间的黏着。如图6所示，由于焊垫501与绝缘漆502间留有一定间隙，因此当焊垫501上的锡球504受热熔融后，将扩散流动至焊垫501侧面而增加了锡球504与焊垫501之间的接合强度，减少应力所产生于焊垫501与焊锡504之间的断裂(锡裂)。然而，此种绝缘漆未覆盖焊垫的结构也同时因为焊锡504与焊垫501间的接合强度增加，因而当电路板503于后续的工序处理时，因故需移除置于焊垫501上的组件(如电子组件505)而进行加温时，电路板503将因受高温而软化。同时由于焊垫501本身外围区域未受绝缘漆502包覆，电路板503产生应力时，易造成应力转移至焊垫501与电路板503间而产生剥离或脱落。

现行多种电子产品如计算机、主机板、手提电话....等皆具有BGA封装的电子组件，而BGA载板上所殖的锡球，也高达数百颗甚致更多。但是只要BGA载板所殖的锡球其中一颗或数颗，与连接的焊垫间产生锡裂，便会影响所述BGA组件本身的电气功能。由于焊球殖于BGA载板下方，因此无法以使用烙铁加热补焊的传统方式来修复锡裂，而必须将整个BGA组件从电路板上拆除更换。然而，许多从电路板上拆除的BGA组件，其封装体内的IC芯片功能仍属正常。因此，仅因为BGA组件的载板下方的一颗或数颗焊锡球产生锡裂，而必需更换整个BGA组件实属浪费，且无疑地因此增加成本。

虽然许多从电路板上拆除的BGA组件内的IC芯片仍可使用，因此常以加工方式在经拆除的BGA载板重新殖上锡球来重复使用所述BGA组件。由于在BGA载板上重新殖焊锡球前，BGA载板和焊锡球接合的表面金属层已非原始状态(如接口金属层已改变)，及其它加工方式的限制(如殖球设备的差异)。重新殖上的锡球与BGA载板再次焊接的接合强度不一定能获得保证。换言之，将所述重新殖上焊锡球的BGA组件再次焊接到电路机后，仍有再产生锡裂的高风险，因此产生恶性循还。此外，即便是成功在BGA载板重新殖上焊锡球，而使所述BGA组件可重复使用，但是由于所述BGA组件经多次重复加高温(也就是原始BGA载板上的锡球需加高温焊接；所述BGA组件安置于电路板上需加高温焊接；所述BGA组件焊接不良时，需加高温自电路板上拆拔所述BGA组件；所述BGA组件重新殖锡球于其上时，需加高温焊接；及重新将殖有锡球的BGA组件再一次安置于电路板上需加高温焊接。如前述需经过前后5次的高温加热)，使所述BGA组件包括封装体内部IC芯片、BGA载板、甚致封装体本身材质因多次的经高温加热而产生损坏或不稳定，造成使用所述重新殖上焊锡球的BGA组件的产品经过一段短时间后便产生损坏而需维修，因此造成产品质量上的疑虑，同时也增加产品维修及运送等成本。

此外，BGA组件因故(如产生锡裂)而必须从电路板上拆除时，由于必须对焊接有所述BGA组件的电路板加高温以熔融锡球，因此易造成电路板基材因受高温软化。在经高温而软化的电路板上拔除BGA组件时，用以与所述BGA殖球焊接的焊垫极易自主机板基材表面剥离或脱落，造成电路板的损坏而增加成本。

因此，根据以上所述，实有必要提供一种用以连接球栅阵列封装焊接材料的电路板以及一种形成适于连接焊锡球的焊垫结构的方法，用以加强球栅阵列载板与焊锡球间的焊接接合强度，而能有效抵抗主机板在加热焊接时电路板因热涨冷缩或因施加外力所产生的应力。

发明内容

为了克服前述习知技术的缺点，本发明的目的之一在于提供一种用以连接球栅阵列(BGA)封装焊接材料的电路板，其特征在于所述电路板包含：焊垫，其位于所述电路板的表面上；及绝缘漆，其涂覆于所述电路板的所述表面上，所述绝缘漆在所述焊垫的上方具有开口，用以部分地显露所述焊垫，其中，所述焊垫未经显露的部分由所述绝缘漆所覆盖，且所述焊垫经显露的部分的侧边与所述绝缘漆之间具有间隙。

本发明的另一目的在于提供一种形成适于连接焊锡球的焊垫结构的方法，所述方法包含：形成焊垫于所述电路板的表面上；涂覆绝缘漆于所述电路板的所述表面上；及在所述绝缘漆上形成开口，用以部分地显露所述焊垫，其中，所述焊垫未经显露的部分由所述绝缘漆所覆盖，且所述焊垫经显露的部分的侧边与所述绝缘漆之间具有间隙。

本发明加强了BGA载板与殖于其上的焊锡球间的焊接接合强度，而能有效抵抗主机板在加热焊接时电路板因热涨冷缩或因施加外力所产生的应力，便可因锡裂问题获得改善而避免BGA组件的更换，因此可提升产品质量与可靠度，并降低包括材料，工序…等整体成本。

附图说明

图1是一般具有与电路连接的焊垫的印刷电路板。

图2是一般印刷电路板的剖面图。

图3是一般绝缘漆覆盖焊垫(SOLDER MASK ON PAD)的俯视图。

图4是BGA组件放置于一般绝缘漆覆盖焊垫(SOLDER MASK ON PAD)上的侧视图。

图5是一般绝缘漆未覆盖焊垫(NON-SOLDER MASK ON PAD)的俯视图。

图6是BGA组件放置于一般绝缘漆未覆盖焊垫(NON-SOLDER MASK ON PAD)的侧视图。

图7是本发明较佳实施例的俯视图。

图8是本发明较佳实施例的侧视图。

图9说明在一电路板上形成连接一BGA组件之焊垫的步骤。

具体实施方式

图7至图9为本发明的一较佳实施例，用以显示一种电路板上焊垫与绝缘漆覆盖搭配的结构，其相较于先前技术中所使用的绝缘漆覆盖焊垫(SOLDER MASK ONPAD)与绝缘漆未覆盖焊垫(NON-SOLDER MASK ON PAD)结构，能加强BGA锡球与焊垫间的接合强度，避免电路板受外力产生应力所造成的BGA锡球与焊垫之间的锡裂。

图7显示本发明的一种用于电路板上的焊垫与绝缘漆覆盖搭配的结构，其中焊垫700为一形成在电路板上用以与一以BGA封装的电子组件连接的接触垫。电路板的上方覆盖有绝缘漆710，用以保护布局在电路板表面上与所述焊垫连接的线路。在图7所示的实施例中，焊垫700较佳的实施外型为一方形焊垫。如图7所示，所述覆盖在电路板上的绝缘漆710于焊垫700上方具有一方形开口720，其中所述方形开口720的大小较佳地具有与焊垫700相同的尺寸。

如图7所示，绝缘漆710于焊垫700上方的方形开口720与电路板表面的方形焊垫700交错而未显露出方形焊垫700的四个角。其中形成所述交错的结构，可选择所述方形开口720与所述焊垫700中的一者以同轴方式旋转，以与所述方形开口720与所述焊垫700中的另一者交错一角度。在一较佳实施例中，绝缘漆的方形开口720与方形焊垫700交错45度角为最佳，但不以45度角为实施本发明的限制。同样的，所述焊垫700与绝缘漆开口720的外观形状不以方形为限。本技术领域具有通常知识者可依实际情形，选择使用其它外型的焊垫，例如正三角形、菱形等其它形状。此外，本发明的较佳实施例中未对开口的实施方式作特别的限定。事实上，本技术领域具有通常知识者应可理解，如何于绝缘漆上形成一开口的方法并非本发明的技术特征所在，且本技术领域具有通常知识者应可轻易思及并应用多种工序以形成绝缘漆上的开口。

继续参阅图7。由于方形开口720系与下方的方形焊垫700交错，因而产生局部区域，例如图7中所显示的，方形焊垫700的四个顶角730由绝缘漆710所覆盖，而电路板上邻近焊垫的局部区域则未被绝缘漆所覆盖并与绝缘漆间留有一定间隙740。方形焊垫700的外侧边中，其任一边将如图7中所示，形成局部被绝缘漆所覆盖，而方形焊垫700外侧边中的中间区域则未被绝缘漆所覆盖，而是与绝缘漆留有一定间隙。

因此，在方形焊垫700与BGA电子组件焊接的后续工序中，于BGA封装上的锡球受高温熔融后便可部分扩散流动，进而填补焊垫700四侧边中受绝缘漆覆盖的空隙740中。

图8为上述具有焊垫与绝缘漆开口交错布置的电路板与BGA电子组件连接的一侧视图，其中经BGA封装的电子组件805通过锡球804焊接至焊垫801上，且焊垫801的部分(如图7所示，在焊垫的四个顶角上)覆盖有绝缘漆802。如图8所示，焊垫801的任一侧边皆可分为3个区段，中间区段由于未经绝缘漆802的覆盖，焊锡804于加热熔融时可溢流至焊垫801侧边中间无绝缘漆覆盖的区域，增加与焊垫801的接合面积及强度。焊垫801侧边的左右区域由于被绝缘漆802所覆盖，达到保护焊垫801并同时增加焊垫801与电路板803之间的贴合强度。根据本发明上述的一较佳实施例，焊垫801的任一侧边可同时具有绝缘漆覆盖焊垫(SOLDER MASK ON PAD)及绝缘漆未覆盖焊垫(NON-SOLDER MASK ON PAD)的效果。换言之，可增加焊垫801与电路板803间的贴合力、减少焊垫801与电路板803间因电路板应力所造成的焊垫剥落，并同时增加锡球804与焊垫801之间的接合强度，用以减少焊垫801与焊锡804之间因应力所造成的断裂(锡裂)。

图9为一种在电路板上形成适于连接球栅阵列BGA封装组件的焊垫结构的方法，所述方法包含，步骤910，形成焊垫于所述电路板的表面上；步骤920，涂覆绝缘漆于所述电路板的所述表面上；步骤930，在所述绝缘漆上形成开口，用以部分地显露所述焊垫：步骤940，覆盖所述绝缘漆于所述焊垫未经显露的部分，使所述焊垫经显露的部分的侧边与所述绝缘漆之间具有间隙；最后步骤950，高温熔融锡球扩散流动至所述间隙中，使所述焊垫通过所述锡球与所述BGA封装组件连接。

需注意的是，上述实施例仅为用以说明本发明的一较佳实施方式，而非实施本发明的唯一态样。

本发明技术领域中具有通常知识者知悉BGA的封装方式可分为传统打线及反转芯片Flip Chip(FC)二种方式。

传统打线方式是将已设计并制作完成的电路板，此类似于应用在一般如计算机、手机中的电路板，只是体积较小厚度较薄，并以此电路板上的铜箔电路取代金属网框接脚(Lead Frame)，将IC芯片表面以打线的方式将金属线连接至上述电路板表面与设计好的电路连接。然而，上述电路板的底部同样具有用以与锡球焊接的焊垫。进行后续BGA封装时，将对IC芯片及电路板表面进行封装，而电路板的底面则殖上锡球并加热形成焊接后完成BGA组件的基本工序，然后再将BGA组件安置于一般如计算机主机板或手机主机板上，再与计算机主机板或手机主机板进行焊接

而Flip Chip BGA则是IC芯片表面及电路板表面不打线，而是将IC芯片表面原先用以打线的区域殖上焊锡球，然后将IC芯片反转(因此称之为Flip Chip)，并对准电路板上要接合的区域以完成接合，然后将IC芯片及电路板表面进行封装，并在电路板底面殖上锡球并加热形成焊接，完成BGA组件的基本工序.

换言之，本发明技术领域中具有通常知识者根据本案上述的较佳实施例的教示可以轻易理解，本发明不仅可实施在一般的印刷电路板上，亦能实施应用于BGA封装中的载板(BGA封装电路板)上。在不脱离本发明所揭露的一种适于连接焊锡球的焊垫结构的精神下，皆可实施。

本发明加强了BGA载板所殖的焊锡球与所述殖球间产生焊接的焊垫间的焊接接合强度，而能有效抵抗主机板在加热焊接时电路板因热涨冷缩或因施加外力所产生的应力，便可因锡裂问题获得改善而避免BGA组件的更换，因此可提升产品质量与可靠度，并降低包括材料，工序...等整体成本。

Claims (22)

1.一种用以连接球栅阵列封装组件的电路板，其特征在于所述电路板包含：

焊垫，其位于所述电路板的表面上；及

绝缘漆，其涂覆于所述电路板的所述表面上，所述绝缘漆在所述焊垫的上方具有开口，用以部分地显露所述焊垫，

其中，所述焊垫未经显露的部分由所述绝缘漆所覆盖，且所述焊垫经显露的部分的侧边与所述绝缘漆之间具有间隙；且

其中所述开口和所述焊垫中的一者以同轴方式旋转，以与所述开口和所述焊垫中的另一者交错一角度。

2.如权利要求1所述的电路板，其特征在于所述焊垫通过焊接材料与所述球栅阵列封装组件连接时，所述焊接材料在经高温熔融后扩散流动至所述间隙中。

3.如权利要求1所述的电路板，其特征在于所述开口和所述焊垫具有相同尺寸。

4.如权利要求1所述的电路板，其特征在于所述开口和所述焊垫皆不为圆形。

5.如权利要求1所述的电路板，其特征在于所述焊接材料为焊锡球。

6.如权利要求1所述的电路板，其特征在于所述角度为45度。

7.如权利要求1所述的电路板，其特征在于所述焊垫和所述开口同为四方形。

8.如权利要求7所述的电路板，其特征在于所述四方形为正方形。

9.如权利要求1所述的电路板，其特征在于所述焊垫和所述开口的外形同为菱形。

10.如权利要求1所述的电路板，其特征在于所述焊垫和所述开口的外形同为三角形。

11.如权利要求1所述的电路板，其特征在于所述焊垫和所述开口的外形皆为多边形。

12.一种在电路板上形成适于连接球栅阵列封装组件的焊垫结构的方法，其特征在于所述方法包含：

形成焊垫于所述电路板的表面上；

涂覆绝缘漆于所述电路板的所述表面上；及

在所述绝缘漆上形成开口，用以部分地显露所述焊垫，

其中，所述焊垫未经显露的部分由所述绝缘漆所覆盖，且所述焊垫经显露的部分的侧边与所述绝缘漆之间具有间隙；且

其中所述开口和所述焊垫中的一者以同轴方式旋转，以与所述开口和所述焊垫中的另一者交错一角度。

13.如权利要求12项所述的方法，其特征在于所述焊垫通过焊接材料与所述球栅阵列封装组件连接时，所述焊接材料在经高温熔融后扩散流动至所述间隙中。

14.如权利要求13项所述的方法，其特征在于所述焊接材料为焊锡球。

15.如权利要求12项所述的方法，其特征在于所述开口和所述焊垫具有相同尺寸。

16.如权利要求12项所述的方法，其特征在于所述开口和所述焊垫皆不为圆形。

17.如权利要求12项所述的方法，其特征在于所述角度为45度。

18.如权利要求12项所述的方法，其特征在于所述焊垫和所述开口同为四方形。

19.如权利要求18项所述的方法，其特征在于所述四方形为正方形。

20.如权利要求18项所述的方法，其特征在于所述焊垫和所述开口的外形同为菱形。

21.如权利要求18项所述的方法，其特征在于所述焊垫和所述开口的外形同为三角形。

22.如权利要求18项所述的方法，其特征在于所述焊垫和开口的外形皆为多边形。

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