CN112534971B - 通过使用粘合剂材料防止vippo焊点中的回流后互连失效 - Google Patents

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Abstract

本公开内容的实施描述了通过将粘合剂并入到印刷电路板组件(PCBA)来消除或减少焊盘上镀孔(VIPPO)焊点的热撕裂的技术。在实施方式中，粘合剂是含有助熔剂的粘合剂，该助熔剂通过减小由VIPPO焊盘的电镀金属和PCB基板之间的热膨胀系数(CTE)不匹配导致的热膨胀差来防止撕裂。

Description

通过使用粘合剂材料防止VIPPO焊点中的回流后互连失效
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年6月22日提交的并且名称为“通过使用粘合剂材料防止VIPPO焊点中的回流后互连失效”的美国临时专利申请号62/689,025的优选权。
背景技术
通孔技术(THT)是用于组装和批量生产印刷电路板(PCB)的初步构建技术。THT组装的PCB没有显著的热膨胀系数(CTE)问题(例如，PCB中第一材料的CTE不同于第二材料的CTE)。THT组装的PCB特征在于用于电子部件的安装方案，该电子部件包括插入通过钻通THT组装的PCB的孔并焊接至PCB底侧上的焊盘的金属引线。更具体地，THT组装的PCB中电子部件的金属引线可以：(i)减小PCB中不同材料的CTE之间的差异；并且(ii)吸收由于不同电子部件之间的CTE不同而产生的应力(例如，在PCB的表面施加热和/或机械压力)。
随着对具有更大电子电路密度的PCB的需求的增长，表面安装技术(SMT)封装已用于PCB的组装。SMT组装的PCB的部件通过PCB的表面(一个或多个)上的电连接来组装。这允许将PCB单元的顶表面和底表面二者都用于电路设计和构建。在前几代SMT组装的PCB中，PCB单元的顶表面和底表面之间的电气互连通过另外的互连(例如，导线、另外的物理连接器等)从外部连接。
随着具有电子电路密度的SMT组装的PCB的增加，电镀通孔(PTH)封装已用于PCB的组装。更具体地，不断增加的电子电路密度使得PCB单元的顶表面和底表面之间的通信成为必要。用铜(Cu)电镀孔的内壁之后，为了在PCB单元的顶表面和底表面之间建立电连接的特定目的，在PCB上钻通一些孔。这些电镀通孔(PTH)通过在导孔(via)内部提供穿过铜电镀的导电通路促进了PCB单元的顶表面和底表面之间的电气互连。然后可以将电气迹线或其他互连连接至PTH。
球栅阵列(BGA)是一种用于集成电路以永久安装装置比如微处理器的SMT(例如，芯片载体)。与双列直插或扁平封装相比，BGA可以提供更多的电气互连。将BGA部件焊接至PCB的过程需要专门的机器。该专门的机器使用由焊点组成的互连引脚，该焊点将被融化以便与焊盘建立电气接触。可以使用装置的整个底表面，而不仅仅是周边。金属引线平均比仅周边型引线短，从而在高速下具有比其他类型的PCBA更好的性能(例如，焊盘和焊点之间的接头中存在小的寄生电感)。PCB基板中的焊盘可以采用狗骨头结构或更工业优选的焊盘上镀孔(via-in-pad plated over)(VIPPO)结构。VIPPO结构可以通过以下方式提高PCB/PCBA技术的性能：(i)缩短信号路径长度；和(ii)减小电容和电感的寄生效应。
随着高端网络产品的PCB设计的复杂性增加，这些PCB表现出以下特性：(i)具有大于120密尔的厚度；以及(ii)含有VIPPO和非VIPPO焊盘结构的组合。不匹配的CTE的材料导致在含有VIPPO和非VIPPO焊盘的组合的PCB上组装BGA期间PCB上的表面拓扑类似于“丘陵和山谷”(即，不均匀拓扑)。
修复由于由VIPPO和非VIPPO焊盘的组合组成的PCB内含有的不匹配的CTE而导致的组装故障的第一次尝试涉及将PTH放置在远离焊接的部件互连的位置，其中回流后二次加热期间产生的“丘陵和山谷”表面拓扑不会影响任何相邻的焊点。当将这些PTH直接放置在用于部件附连的焊盘的下面以提供增大的电路密度时，它们必须被电镀以防止接头的焊料不足。那么这被称为VIPPO焊盘。在将部件组装在PCB上(即，提供PCBA)并再次加热PCBA之后，PCBA在其中定位了VIPPO的焊盘下面的膨胀受到限制，而其余的PCB以由大块PCB材料的CTE所确定的较高速率膨胀。第一次尝试由于VIPPO和非VIPPO焊盘之间的CTE不匹配而导致焊点失效(例如，当温度接近金属焊料的熔点时，VIPPO上方的焊点撕裂)。这被称为热撕裂。由于(与PCB基板相比)部件的热质量较小，这使得部件的温度比PCB稍高，热撕裂发生在部件侧。随着固体焊料接近熔化温度，机械强度变弱并且焊料从部件侧脱离。
修复由于由VIPPO和非VIPPO焊盘的组合组成的PCB内含有的不匹配的CTE而导致的组装失效的第二次尝试涉及：(i)将底部填料(例如，在已对PCB进行回流之后施加在PCB上的聚合物)施加至部件的边缘；(ii)通过部件的下面的毛细作用吸附底部填料；并且(iii)固化底部填料。第二次尝试需要底部填料离线固化，并且因而需要另外的处理步骤，这消耗更多的时间和设备。另外，使用这种固化增强方法，不良部件或组装的返工以及尺寸减小的部件和支座高度的处理变得非常繁琐。换句话说，修复具有由VIPPO和非VIPPO焊盘的组合组成的PCB内含有的不匹配的CTE的PCBA构建的第二次尝试是一个费力的过程。
发明内容
本公开内容的实施描述了通过将粘合剂并入到印刷电路板组件(PCBA)中来消除或减少焊盘上镀孔(VIPPO)焊点中的热撕裂的技术。
在一个实施方式中，方法包括：将粘合剂引入到印刷电路板(PCB)，其中PCB包括多个焊盘，该多个焊盘中的一个包括具有电镀金属的通孔；用多个电子部件填充多个焊盘；通过加热并且然后冷却填充有多个电子部件的多个焊盘形成印刷电路板组件(PCBA)，其中PCBA包括多个焊点，其中多个焊点中的每个焊点形成在多个焊盘的相应一个焊盘和多个电子部件的一个电子部件之间；并且在形成PCBA之后，加热PCBA，其中粘合剂防止加热PCBA时联接至具有通孔的焊盘的焊点撕裂。
在一些实施中，将粘合剂引入到PCB，包括：将多个电子部件浸入到粘合剂中以产生涂布有粘合剂的多个电子部件；并用涂布有粘合剂的多个电子部件填充多个焊盘。
在一些实施中，将粘合剂引入到PCB，包括：将粘合剂施加在PCB上以产生含有粘合剂的多个焊盘；并且用多个电子部件填充含有粘合剂的多个焊盘。
在一些实施中，加热PCBA，包括：将PCBA从室温加热至第一升高的温度；将PCBA从室温加热至第二升高的温度；并将PCBA冷却回室温。
在一些实施中，粘合剂减小了由PCB和电镀金属之间的热膨胀系数(CTE)不匹配导致的热膨胀差。在实施中，将PCBA从室温加热至第二升高的温度，包括将多个焊点转变为熔融状态焊料；并且在熔融状态焊料中，保持将多个焊点附连至多个焊盘。在一些实施中，电镀金属包括以下中的至少一种：铜、镍、金、焊料、铜合金、金合金和镍合金。
在一些实施中，加热PCBA在150℃至300℃的范围内进行。
在一些实施中，将粘合剂引入到PCB，包括：将粘合剂施加在含有焊膏的多个焊盘上以产生含有粘合剂和焊膏的多个焊盘；并且用多个电子部件填充含有粘合剂和焊膏的多个焊盘。
在一些实施中，粘合剂包括交联剂，其中在形成PCBA之后，粘合剂被交联。
在一些实施中，粘合剂包括固化剂，其中在形成PCBA之后，粘合剂被固化。
在一些实施中，方法进一步包括：通过施加辐射来使粘合剂交联，其中辐射包括以下的至少一种：电子束辐射和紫外线辐射。
在一些实施中，方法进一步包括：通过将粘合剂暴露于以下的至少一种来使粘合剂交联：自由基引发的反应、阳离子引发的反应和阴离子引发的反应。
在一些实施中，多个焊盘包括焊盘上镀孔(VIPPO)焊盘和非VIPPO焊盘。在一些实施中，VIPPO焊盘含有以下的至少一种：VIPPO焊盘的表面上的铜饰面；VIPPO焊盘的表面上的镍金饰面；VIPPO焊盘的表面上的热风焊料整平饰面；和VIPPO焊盘的表面上具有浸金涂层的化学镀镍；和VIPPO焊盘的表面上的有机表面保护(OSP)饰面。
在一些实施中，通过加热形成PCBA包括：对流加热；红外加热；气相加热；或感应加热。
在一些实施中，粘合剂包括以下中的至少一种：硅树脂；聚氨酯；丙烯酸酯；甲基丙烯酸酯；环氧树脂；氰酸酯树脂；基本上由以下组成的有机官能团：酚、羧酸、酸酐、酰胺和胺；溶胶-凝胶颗粒；氧化铝颗粒；纳米粘土颗粒；和二氧化钛颗粒。
在一些实施中，多个电子部件是包括多个焊球的球栅阵列(BGA)的部件，其中用多个电子部件填充多个焊盘包括将BGA的多个焊球中的每个安装在多个焊盘中的相应一个上。
在一个实施方式中，印刷电路板组件(PCBA)，包括：印刷电路板(PCB)基板，其包括多个焊盘，该多个焊盘中的一个包括具有电镀金属的通孔；多个焊点，多个焊点中的每个附连至多个焊盘中的相应一个；多个电子部件，多个电子部件中的每个附连至多个焊点中的相应一个；和粘合剂，其在PCB基板和多个电子部件之间交联以减小电镀金属与未电镀的PCB基板的部分之间的膨胀差从而防止附连至包括具有电镀金属的通孔的焊盘的焊点的热撕裂。
在一个实施方式中，印刷电路板组件(PCBA)通过以下工艺形成，该工艺包括：将粘合剂引入到印刷电路板(PCB)，其中PCB包括多个焊盘，该多个焊盘中的一个包括具有电镀金属的通孔；用多个电子部件填充多个焊盘；并且通过加热然后冷却填充有多个电子部件的多个焊盘形成印刷电路板组件(PCBA)，其中PCBA包括多个焊点，其中该多个焊点中的每个焊点形成在多个焊盘的相应一个焊盘和多个电子部件的一个电子部件之间，其中粘合剂防止重新加热PCBA时联接至具有通孔的焊盘的焊点撕裂。
本公开内容的其他特征和方面将从以下结合附图的详细描述中变得明显，附图通过实例的方式示出了根据各种实施方式的特征。本发明内容不旨在限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附的权利要求来限定。
附图说明
参照所包括的附图，详细描述了根据各种实施方式中的一个或多个的本文公开的技术。提供附图仅处于说明的目的，并且仅描绘了实例实施。此外，应当注意，为了清楚和易于示出，图中的元件不一定按比例绘制。
图1是描绘由于省略了进入扫印刷电路板组件(PCBA)单元的粘合剂而产生的场景的框图。
图2是描绘根据本公开内容的实施将将粘合剂并入到PCBA单元而产生的场景的框图。
图3显示了在随后的回流工艺或重新加热回流的步骤期间没有并入粘合剂的PCBA的框图。
图4显示了根据本公开内容的实施在回流工艺流程的步骤期间并入粘合剂的PCBA的框图。
图5A是示出根据本公开内容的实施用于使用粘合剂减少PCBA中的热撕裂的方法的实例的操作流程图。
图5B是示出根据本公开内容的实施用于使用粘合剂减少PCBA中的热撕裂的方法的另一个实例的操作流程图。
附图并不旨在是穷举的，或将本发明限于所公开的精确形式。应当理解，可以通过更改和改变来实践本发明，所公开的技术仅由权利要求或其等同物限制。
具体实施方式
PCBA中VIPPO和非VIPPO焊盘的组合越来越多地用于设计和组装印刷电路板(PCB)，以便构建更高性能的印刷电路板组件(PCBA)。PCB的VIPPO和非VIPPO焊盘的组合引入了不同材料之间的不匹配的CTE的问题，其中这种组合在工业中获得广泛应用。如上所述，修复不匹配的CTE的第一次和第二次尝试分别导致焊点失效和需要费力的解决方案。现代世界的越来越数字化使得PCBA技术的改进成为必要。PCB越来越多地利用电镀通孔(PTH)封装。用于电镀PTH封装的内部的材料通常是Cu。Cu的CTE是百万分之17(ppm)/摄氏度(℃)，而FR-4PCB的CTE为50ppm/℃。由于与FR-4PCB相比Cu的膨胀有限，当加热时，PTH中的Cu限制了FR-4PCB在Z(垂直)方向上的膨胀。不匹配的CTE在FR-4PCB上导致含有“丘陵和山谷”的不均匀的表面拓扑(与更均匀的表面拓扑相反)，这可能导致热撕裂(即，焊点失效)。
本文描述的实施方式旨在通过在形成PCBA期间施加粘合剂来消除或减少包括含有VIPPO焊盘和非VIPPO焊盘的PCB的PCBA的不均匀的表面拓扑和焊点失效。粘合剂可以设计为：(i)在将焊料(例如，焊球)金属润湿到基板焊盘之前不固化；并且(ii)分配由VIPPO和非VIPPO焊盘的组合组成的PCB内含有的不匹配的CTE的材料导致的应力。反过来，尽管CTE不匹配，也可以实现PCB基板上的更均匀的表面拓扑，其减少或消除了随后的重新加热期间VIPPO焊盘上焊点的热撕裂。通过使用本文公开的方法和系统，可以减少或消除对于进行繁琐步骤(例如，固化系统的离线处理和另外的回流步骤)以解决不匹配的CTE的需求。
图1是描绘由于省略了进入PCBA单元的粘合剂而产生的场景的框图。系统100示出了不含有粘合剂的PCBA单元，图3描述了其更详细的实例。PCBA 105含有部件110和基板115。可以形成多个焊点130A和130B以将部件110联接至基板115。
部分132描绘了由焊盘127A和焊盘127B之间的CTE不匹配导致的膨胀差，其中焊盘之间的膨胀差包含在标记为平台123的括号内。括号越高，焊盘127A和焊盘127B之间的膨胀差越大。在将固态焊点暴露于升高的温度和随后的冷却步骤之后，部分135描绘了如下：(i)焊点130A接触焊盘133A；(ii)焊点30A不再附连至焊盘133A；(iii)焊点130A维持附连至焊盘127A；并且(iv)焊点130B维附连至焊盘127B和133B。与仅附连至焊盘133B并且仅接触焊盘133A的焊点130A相比，附连至焊盘127B和133B的焊点130B促进PCBA 105内更有效和高效的电气连接。焊点130A周围的虚线区域指示当焊点130A通过热撕裂从焊盘133A的焊点断开时去除的区域。如果附连至部分135中的焊盘133A，从焊点130A去除的区域将允许PCBA105内更有效和高效的电气连接。
图2是描绘根据本公开内容的实施将粘合剂并入到PCBA单元所得的场景的框图。系统200示出了含有粘合剂120的PCBA，参考图4、5A和5B更详细地描述了其实例。特别地，PCBA 205含有部件110、粘合剂120和基板115。粘合剂120是施加在PCB(例如，基板115)的表面和部件(例如，部件110)之间的粘合剂材料，其增强VIPPO和非VIPPO焊盘的焊点以防止由CTE不匹配导致的热撕裂。
粘合剂120包括以下至少一种或其组合：基体材料、硅树脂、聚氨酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、氰酸酯树脂、具有交联官能团的化学实体、环氧树脂、助熔剂(例如，有机酸、有机酸酐、有机胺和含卤素的化合物)、交联剂、固化剂、溶胶-凝胶颗粒、氧化铝颗粒、纳米粘土颗粒和二氧化钛颗粒。识别PCBA的第一侧上的热撕裂是一个繁琐的过程，其需要检查PCBA的第一侧和第二侧。粘合剂120可以消除检查PCBA的第一侧和第二侧的热撕裂的需要。
在一个实施方式中，粘合剂120可以与传统的底部填料产品一起使用以解决由于PCB上VIPPO焊盘和非VIPPO焊盘之间的CTE不匹配所导致的“热撕裂”。另外，将粘合剂120施加在VIPPO焊盘上可以减少或甚至消除在回流焊接期间对施加在VIPPO焊盘上的焊膏或常规助熔剂的需要。通过利用粘合剂120，不再需要底部填料处理过的PCBA所需的离线处理步骤。换句话说，粘合剂120的使用需要较少的处理步骤来提供期望的PCBA(即，含有部分235的PCBA，而不是含有部分135的PCBA)。
在一些实施方式中，部件110包括非VIPPO焊盘；有源电子装置(例如，BGA封装、芯片级封装和倒装芯片封装)；无源电子装置(例如，电阻器、电容器和发光二极管)；和非电子零件(例如，电连接器、电池夹、散热器和继电器)。在一些实施方式中，基板115包括包含金属电镀通孔的VIPPO焊盘；和非VIPPO焊盘。借助于并入粘合剂120的PCBA 205——参照图4、5A和5B进一步详细描述了其实例，焊点(例如，部分235中的焊点130A)，当在PCBA初始形成后暴露于另外的加热操作时，不从部件110的焊点上撕裂同时保持附连至基板115的VIPPO焊盘的焊点。与图1的部分135中的焊点130A相反，图2的部分235中的焊点130A附连至VIPPO和非VIPPO焊盘二者的焊点。
部分232描绘了由焊盘127A和焊盘127B之间的CTE不匹配导致的膨胀差，其中该差被包括在指示为平台223的括号内。图1的部分132中的平台123高于图2的部分232中的平台223。因而，并入粘合剂120的PCBA 205中的CTE不匹配导致的膨胀差小于未并入粘合剂120的PCBA105。在将固态焊点暴露于升高的温度和随后的冷却步骤之后，部分235描绘了以下：(i)焊点130A维持附连至焊盘127A和133A；并且(ii)焊点130B维持附连至焊盘127B和133B。附连至焊盘127B和133B的焊点130B同样有效和高效促进PCBA 205内与附连至焊盘127A和133A的焊点130A的电气连接。与部分235相反，部分135中的焊点130A仅接触焊盘133A，而未形成金属键或与其完全分离。部分235中焊点130A周围的虚线区域的省略指示焊点130A没有通过热撕裂与焊盘133A断开的区域。粘合剂120是组合了焊料助熔机制和物理增强作用的材料以提供部分235中描绘的焊点130A的变体，而不是部分135中描绘的焊点130A的变体。此外，部分235中描绘的焊点130A的变体指示减少或消除了在部分135中的焊点130A的变体中发生的热撕裂。
图3显示了在回流工艺流程300的步骤期间未并入粘合剂的PCBA 305的框图。工艺流程300示出了图1中PCBA105内的结构元件在不同温度下的更详细的表示的(即，PCBA305)的一个实例。PCBA 305A、PCBA 305B、PCBA305C和PCBA 305D的符号表示在第二回流期间不同时间和温度下PCBA305的不同实例。
PCBA 305A描绘了在室温下通过包括VIPPO焊盘227A的第一互连和包括非VIPPO焊盘227B的第二互连附连至基板215的热组装部件210。PCBA305A中的第一互连包括焊盘233A、焊点235A(s)和具有金属电镀通孔229(以下称为“金属229”)的VIPPO焊盘227A的堆叠；并且PCBA 305A中的第二互连包括焊盘233B、焊点235B(s)和非VIPPO焊盘227B的堆叠。PCBA 305A中的部件210分别在焊盘233A和233B处连接至第一互连和第二互连。PCBA305A中的基板215分别在焊盘227A和227B处连接至第一互连和第二互连。PCBA 305A中第一互连的焊点235A(s)附连至焊盘227A和233A，其中括号中的“s”指示焊点235A处于固态。PCBA 305A中第二互连的焊点235B(s)附连至焊盘227B和233B，其中括号中的“s”指示焊点235B处于固态。
PCBA 305B描绘了在第二回流期间将PCBA 305从室温(RT)加热至215℃之后所得PCBA 305中的结构布置，其中热组装部件(例如，部件210)附连至第一互连和第二互连。PCBA 305B中的基板215分别在焊盘227A和227B处连接至第一VIPPO互连和第二非VIPPO互连。PCBA 305B中第一互连的焊点235A(ts)附连至VIPPO焊盘227A和并从焊盘233A撕裂下来，其中括号中的“ts”指示焊点235A为撕裂的固态材料。PCBA 305B中第二互连的焊点235B(s)附连至焊盘227B和233B，其中括号中的“s”指示焊点235B处于固态。如PCBA 305B中所描绘，在将PCBA 305从RT加热至215℃之后，焊点235A从部件侧(例如，部件210)上的焊盘233A断开。在215℃下，PCBA 305中的焊点235A和235B仍处于固态。还如图1中所描绘，当粘合剂120未并入PCBA中时，观察到PCBA 305B。PCBA 305B中的平台123表示：(i)由于金属229和基板215之间的CTE不匹配而产生的尺寸膨胀差；和(ii)导致“热撕裂”的所产生的断开/失效(如关于图1和2所述)，其中“E1”描绘了VIPPO焊盘227A下面的区域中的基板215的高度并且“E2”描绘了非VIPPO焊盘227B下面的区域中的基板215的高度。在PCBA 305B中，“E2”描绘为在高度上比“E1”更高以说明由于金属229和基板215的大块材料之间的CTE不匹配，金属229比基板215的其余部分膨胀得少。
PCBA 305C描绘了在第二回流期间将PCBA 305从215℃加热至240℃之后所得的PCBA 305中的结构布置，其中热组装部件(例如，部件210)附连至第一互连和第二互连。在240℃下，PCBA 305C中的焊点235A和235B不再处于固态并且变成熔融材料。PCBA 305C中第一互连的焊点235A(m)附连至VIPPO焊盘227A并且从焊盘233A分离，其中括号中的“m”指示焊点235A为熔融态材料。PCBA 305C中第二互连的焊点235B(m)附连至焊盘227B和233B，其中括号中的“m”指示焊点235B处于熔融态。换句话说，PCBA 305中的焊点235A和235B在240℃下处于熔融态。如PCBA 305C中所指示，焊点235A是将PCBA 305从215℃加热至240℃之后从部件侧(例如，部件210)上的焊盘233A断开的熔融态材料。也如图1中所描绘，当粘合剂120未并入PCBA中时，观察到PCBA 305C。
PCBA 305D描绘了在第二回流期间将PCBA 305从240℃冷却至RT之后所得的PCBA305中的结构布置，热组装部件(例如，部件210)附连至第一互连和第二互连。通过从240℃冷却至RT，PCBA 305D中的焊点235A和235B从熔融态转变回固态。PCBA 305D中的部件210分别在焊盘233A和233B处连接至第一互连和第二互连。PCBA 305D中的基板215分别在焊盘227A和227B处连接至第一互连和第二互连。PCBA 305D中第一互连的焊点235A(s)附连至VIPPO焊盘227A并且接触焊盘233A而不连接至焊盘233A，其中括号中的“s”指示焊点235A为固态材料。PCBA 305D中第二互连的焊点235B(s)附连至焊盘227B和233B，其中括号中的“s”指示焊点235B处于固态。如PCBA 305D中所描绘，焊点235A为在将PCBA 305从240℃冷却至RT之后从部件侧(例如，部件210)上的焊盘233A断开的固态材料。也如图1中所描绘，当粘合剂120未并入PCBA中时，观察到PCBA 305D。由于焊点235A(s)未附连至焊盘233A，VIPPO焊盘227A和焊盘233A之间的连接不如非VIPPO焊盘227B和焊盘233B之间的连接牢固或有利。
图4显示了在根据本公开内容的实施的回流工艺流程400的步骤期间并入粘合剂的PCBA 405的框图。工艺流程400示出了图2中PCBA 205内的结构元件在不同温度下的更详细表示的一个实例。应当领会，虽然图4的实例中示出了两个互连(邻近非VIPPO互连的VIPPO互连)，但是PCBA 405可以并入包括VIPPO和非VIPPO互连的任意数量的互连。
虽然图4示出了在215℃的第一升高的温度和240℃的第二升高的温度下发生的回流工艺流程，但是应当领会，第一升高的温度和第二升高的温度将取决于用于形成接头的合金的固相线和液相线温度。在一些实施方式中，第一升高的温度可以低至150℃并且第二升高的温度可以高达300℃。
PCBA 405可以与图2中的PCBA 205相同或功能上等效。PCBA 405A、PCBA 405B、PCBA 405C和PCBA 405D的符号表示在第二回流期间PCBA 405在不同时间和温度下的不同实例。与PCBA 305相反，PCBA 405并入了粘合剂420，其中粘合剂420可以与图2中的粘合剂120相同且功能上等效。焊盘233A和233B可以与图2中的焊盘133A和133B相同或功能上等效。焊盘227A和227B可以与图2中的焊盘127A和127B相同或功能上等效。焊点235A和235B可以分别与图2中的焊点130A和130B相同或功能上等效。部件210可以与图2中的部件110相同或功能上等效。基板215可以与图2中的基板115相同或功能上等效。
PCBA405A描绘了在室温(RT)下附连至第一VIPPO互连和第二非VIPPO互连的热组装部件(例如，部件210)。PCBA 405A中的第一互连包括焊盘233A、焊点235A(s)和具有金属电镀通孔229(以下称为金属229)的VIPPO焊盘227A的堆叠；并且PCBA 405A中的第二互连包括焊盘233B、焊点235B(s)和非VIPPO焊盘227B的堆叠。PCBA 405A中的部件210分别在焊盘233A和233B处连接至第一互连和第二互连。与PCBA 305A相反，PCBA 405A并入了粘合剂420，其中粘合剂420附连至基板215和部件210。PCBA 405A中的基板215分别在焊盘227A和227B处连接至第一互连和第二互连。PCBA 405A中第一互连的焊点235A(s)附连至焊盘227A和233A，其中括号中的“s”指示焊点235A处于固态。PCBA 305A中第二互连的焊点235B(s)附连至焊盘227B和233B，其中括号中的“s”指示焊点235B处于固态。在一个实施方式中，焊盘227A-227B包括适合于焊接的金属表面(例如，镍金、热风焊料整平(HASL)饰面Cu、化学镀镍浸金涂层(ENIG)和有机表面保护剂(OSP)电镀Cu)。
PCBA 405B描绘了在第二回流期间将PCBA 405从RT加热至215℃之后所得的PCBA405中的结构布置，其中热组装部件(例如，部件210)附连至PCBA 405B的第一互连和第二互连。与PCBA 305B相反，PCBA 405B并入了粘合剂420，其中粘合剂420将部件210附连至基板215。PCBA 405B中第一互连的焊点235A(s)附连至焊盘227A和233A，其中括号中的“s”指示焊点235A为固态材料。PCBA 405B中第二互连的焊点235B(s)附连至焊盘227B和233B，其中括号中的“s”指示焊点235B处于固态。也如图2中所描绘，在215℃下，PCBA 405B中的焊点235A和235B仍处于固态并通过在PCBA中并入粘合剂420分别附连至焊盘233A和233B。在一个特定实施方式中，金属229的CTE为17ppm/℃并且基板215的CTE为44ppm/℃，其中金属229是Cu并且基板215是FR-4。在其他实施方式中，金属229可以是镍、金及其合金、镍合金、铜合金、焊料——比如源自银的焊料或源自钯的焊料、或其任意组合。
在将PCBA从RT加热至215℃之后，与PCBA 305B相比，PCBA 405B中沿Z-轴的膨胀差较小。与PCBA 305B相反，尽管随后将PCBA 405从RT加热至215℃，PCBA 405B中的焊点235A(s)维持附连至焊盘227A和233A二者。借助于并入粘合剂420的PCBA 405，在将PCBA 405从RT加热至215℃之后，由CTE不匹配导致的金属229和基板215的膨胀差不如PCBA 305B中的膨胀差明显。换句话说，粘合剂减小了膨胀差。这至少部分地由于粘合剂420在第二加热期间更均匀地减小了应力。平台223表示由于减小的CTE不匹配而在基板215上焊盘227A和227B之间的膨胀差。在PCBA 405B中，平台223描绘为在高度上比平台123更短以证明PCBA405中的膨胀差小于PCBA 305。“E3”和“E1”之间的高度差描绘为小于“E1”和“E2”之间的高度差以证明PCBA 405B中的基板的膨胀小于基板PCBA 305B。
PCBA 405C描绘了在第二回流期间将PCBA 405从215℃加热至240℃之后所得的PCBA 405中的结构布置，其中热组装部件(例如，部件210)附连至PCBA 405C的第一互连和第二互连。在240℃下，PCBA 405C中的焊点235A和235B不再处于固态并且变成熔融态材料。PCBA 405C中的部件210分别在焊盘233A和233B处连接至第一互连和第二互连。与PCBA305B相反，PCBA405B并入了粘合剂420，其中粘合剂420附连至基板215。PCBA 405C中的基板215分别在焊盘227A和227B处连接至第一互连和第二互连。PCBA 405C中第一互连的焊点235A(m)附连至焊盘227A和233A，其中括号中的“m”指示焊点235A为熔融态材料。PCBA 405C中第二互连的焊点235B(m)附连至焊盘227B和233B，其中括号中的“m”指示焊点235B处于熔融态。换句话说，PCBA 405C中的焊点235A和235B在240℃下处于熔融态。也如图2中所描绘，与PCBA 305C相反，借助于在PCBA中并入粘合剂420，焊点235A为在将PCBA 405从215℃加热至240℃之后未从部件侧(例如，部件210)上的焊盘233A断开的熔融态材料。
PCBA 405D描绘了在第二回流期间在将PCBA 405从240℃冷却至RT之后所得的PCBA 405中的结构布置，其中热组装部件(例如，部件210)附连至PCBA 405的第一互连和第二互连。通过从240℃冷却至RT，PCBA 405D中的焊点235A和235B从熔融态转变回固态。与PCBA 305D相反，PCBA 405D并入了粘合剂420，其中粘合剂420附连至基板215。PCBA 405D中的基板215分别在焊盘227A和227B处连接至第一互连和第二互连。PCBA 405D中第一互连的焊点235A(s)附连至焊盘227A和焊盘233A，其中括号中“s”指示焊点235A为固态材料。PCBA405D中第二互连的焊点235B(s)附连至焊盘227B和233B，其中括号中的“s”指示焊点235B处于固态。也如图2中所描绘，与PCBA 305D相反，在将PCBA 405从240℃冷却至RT之后，PCBA405D中的焊点235A未从部件侧(例如，部件210)上的焊盘233A断开。换句话说，焊点235A附连至PCBA 405D中的焊盘227A和233A，而焊点235A仅附连至PCBA 305D中的焊盘233A。借助于如在PCBA 405D中所观察到的粘合剂420减小了VIPPO和非VIPPO位置之间的膨胀差，而不是如在PCBA 305D中所观察到的焊点235A(s)仅附连至VIPPO焊盘227A，在焊盘233A和227A之间建立了更牢固且更有利的连接。
图5A是示出了根据本公开内容的实施减少热撕裂的实例方法500A的操作流程图。
操作510涉及将电子部件浸入到粘合剂中。该粘合剂可以与图2中的粘合剂120和图4中的粘合剂420相同或功能上等效；并且电子部件可以与图2中的部件110和图4中的部件210相同或功能上等效。自动化设备可以用于将部件210浸入到粘合剂420中以便在粘合剂420中涂布整个部件210。
在实施方式中，粘合剂420中的基体材料通过增强部件210至PCB基板215的焊点在基板215上提供更均匀的平面。在一些实施中，粘合剂420中的基体材料可以含有热固性助熔剂(例如，聚酰亚胺助熔剂、聚氨酯助熔剂、环氧树脂助熔剂、硅树脂助熔剂及其组合)以去除氧化物杂质，同时可适于回流后的交联。
操作520涉及将涂布有粘合剂的电子部件填充到铜焊盘上。在实施方式中，通过自动化设备将已涂布有粘合剂420的部件210放置在位于PCB基板215内的铜焊盘(例如，焊盘227A、227B)上。在一些实施中，在放置之前，将焊膏施加在铜焊盘上。例如，如果部件210为包括多个焊球的BGA，则可以将BGA的每个焊球放置在PCB基板215的对应的焊膏涂布的焊盘上。作为另一个实例，可以将一个或多个焊料预制件放置在焊料焊盘的每个上，并且可以将部件放置在PCB的焊盘上方的预制件上。作为进一步的实例，可以将烧结膏放置在PCB上的焊盘上。
操作530涉及加热并随后冷却组件以在部件和PCB之间形成焊点(或烧结接头)。含有涂布有粘合剂420的所放置的部件210的PCB基板215可以被逐渐加热至合适的温度(例如，从215℃至240℃的温度)，接着逐渐冷却至室温以形成包括固化焊点的PCBA 405。更具体地，操作520可以产生图4中PCBA405A的期望组件。可以通过对流、红外、气相或感应加热实现形成PCBA 405A的加热过程，其中PCBA 405并入了可以交联至基板215和部件210的粘合剂420。在一些实施中，还可以使用紫外光将粘合剂420交联至基板215和部件210。取决于粘合剂420、基板215和部件210的组成，某些波长的紫外光可能导致粘合剂420更有效地交联至基板215和部件210。自由基反应、阳离子引发的反应、阴离子引发的反应和电子束或其组合可以用于将粘合剂420交联至基板215和部件210。粘合剂420至基板215和部件210的交联的变体可以减少或消除PCBA 405中的热撕裂。
操作540涉及对PCBA进行加热的对PCBA的随后处理。例如，可以在组件上进行随后的回流处理。在实施方式中，操作540中的组件(例如，PCBA405)对应于并入了粘合剂420的PCBA 405A。将组件加热至215℃导致了PCBA 405B，与未并入粘合剂420的PCBA 305B相反，尽管金属229和基板215之间的CTE不匹配，该PCBA 405B展现出较小的膨胀差。将组件进一步加热至240℃导致了PCBA 405C，与其中熔融焊点235B附连至相应焊盘中的每个并且熔融焊点235A仅附连至相应焊盘中的一个的PCBA 305C相反，该PCBA 405C中熔融焊点235A和235B附连至相应焊盘中的每个。对流、红外、气相或感应提供了获得PCBA 405B和PCBA 405C所需的加热曲线，其中在随后的回流处理期间粘合剂420被交联至基板215和部件210。在实施方式中，通过使用对流技术分别产生PCBA 405B和PCBA 405C最有效地获得用于暴露PCBA405的加热曲线。可选地，PCBA 405可以暴露于紫外光以便在随后的回流处理期间将粘合剂420交联至基板215和部件210。将组件从240℃冷却至室温导致PCBA 405D，与其中固体焊点235B附连至相应焊盘中的每个并且固体焊点235A仅附连至相应焊盘中的一个的PCBA 305D相反，该PCBA405D中固体焊点235A和235B附连至相应焊盘中的每个。换句话说，粘合剂420适合于暴露PCBA 405以消除热撕裂的加热条件。
图5B是示出了用于减少热撕裂的实例方法500A的操作流程图。
操作550涉及将粘合剂施加在基板/PCB上。该粘合剂可以与图2中的粘合剂120和图4中的粘合剂420相同或功能上等效；并且电子部件可以与图2中的部件110和图4中的部件210相同或功能上等效。自动化设备可以用于将粘合剂420施加到PCB上以便均匀地分配粘合剂420。可以将粘合剂施加到PCB的焊盘(例如，焊盘227A、227B)上、在焊盘之间或二者(例如，遍及基板)。印刷、喷射、喷涂或分配技术可以用于施加粘合剂。在实施方式中，铜焊盘的整个表面涂布有粘合剂420，使得在将部件210填充到PCB 405之后所产生的基板215和部件210之间的空间最佳地填充有粘合剂420。
操作560涉及在施加粘合剂之后将电子部件填充到铜焊盘上。在实施方式中，通过自动化设备将部件210放置在铜焊盘(例如，焊盘227A、227B)上。在一些实施中，在放置之前将焊膏施加在铜焊盘上。例如，如果部件210是包括多个焊球的BGA，则可以将BGA的每个焊球放置到PCB基板215的相对应的焊膏涂布的焊盘上。作为另一个实例，可以将一个或多个焊料预制件放置在每个焊料焊盘上，并且可以将部件的焊盘放置在PCB基板215的焊盘上方的预制件上。作为进一步的实例，可以将烧结膏放置在PCB基板215上的焊盘上。
操作570涉及加热并随后冷却组件以在部件和PCB之间形成焊点(或烧结接头)。这导致PCBA(例如，PCBA 405)的形成。如以上参考方法500A所讨论，可以类似于操作530进行操作570。
操作580涉及在PCBA上进行加热PCBA的随后处理。如参考方法500A所讨论，可以类似于操作540进行操作580。
应当领会，虽然方法500A和方法500B示出为用于减少PCBA中的热撕裂的两种单独的方法，但是在一些实施中，可以将方法500A和500B组合。例如，在一些实施中，在形成PCBA之前，可以将粘合剂施加在电子部件和PCB二者上。另外，在一些实施，可以在将电子部件填充到铜焊盘上之后并且在加热和随后冷却组件之前施加粘合剂。
虽然以上已经描述了所公开的技术的各种实施方式，但是应当理解，它们仅以实例的方式呈现，且没有限制。同样地，各种图可以描绘用于所公开的技术的实例架构或其他配置，其被完成以帮助理解可以被包括在所公开的技术中的特征和功能。所公开的技术不限于所示出的实例架构或配置，而是可以使用多种替代架构和配置来实施期望的特征。实际上，对于本领域技术人员来说，如何实施替代的功能、逻辑或物理分区和配置以实施本文公开的技术的期望特征将是显而易见的。而且，除了本文描绘的那些之外，多个不同组成模块名称可以以用于多个分区。另外，关于流程图、操作说明和方法权利要求，除非上下文另有指示，否则本文中呈现步骤的顺序不应强制要求各种实施方式以相同的顺序实施从而执行所述功能。
虽然以上根据各种示例性实施方式和实施描述了所公开的技术，但是应当理解，在一个或多个单独的实施方式中描述的各种特征、方面和功能不限于其对描述它们的特定实施方式的适用性，而是可以单独或以各种组合应用于所公开技术的一个或多个其他实施方式，而不管这些实施方式是否被描述以及这些特征是否作为所描述的实施方式的一部分呈现。因而，本文公开的技术的广度和范围不应当受到任何上述示例性实施方式的限制。
除非另有说明，本文使用的术语和短语及其变体应为解释为开放式的，而不是限制性的。作为前述的实例：术语“包括”应理解为意思是“包括但不限于”等；短语“实例”用于提供所讨论项目的示例性实例，而不是其详尽的或限制性的列表；术语“一个”(“a”或“an”)应理解为意思是“至少一个”、“一个或多个”等；并且形容词比如“常规的(conventional)”、“传统的”“(traditional)”、“正常的(normal)”、“标准的(standard)”、“已知的(known)”和类似含义的术语不应解释为将所述描述的项目限制在给定时间段内或限制为在给定时间内可用的项目，而是应理解为包括现在或将来任何时候可用或已知的常规、传统、正常或标准技术。同样，在本文件提及本领域普通技术人员将显而易见或已知的那些技术的情况下，这种技术包括对本领域技术人员来说现在或将来任何时候显而易见或已知的那些技术。
在某些实例中，比如“一个或多个”、“至少”、“但不限于”或其他类似短语等的加宽词和短语的存在不应理解为意思是在可能不存在这种加宽短语的实例中意指或要求更窄的情况。术语“模块”的使用并不意味着作为模块的一部分描述或要求保护的部件或功能都配置在通用封装中。实际上，模块的任何或所有的各种部件，无论是控制逻辑还是其他部件，都可以在单个封装中组合或者单独维护并且可以进一步分配在多个分组或封装或跨越多个位置。
另外，根据示例性框图、流程图和其他图示描述了本文阐述的各种实施方式。在阅读本文件之后，对于本领域的普通技术人员将变得显而易见的是，可以在不限于所示出的实例的情况下实施所示出的实施方式及其各种替代方案。例如，框图及其随附的描述不应被解释为强制要求特定的架构或配置。

Claims (16)

1.一种印刷电路板组件PCBA，其包括：
包括多个焊盘的印刷电路板PCB基板，所述多个焊盘包括焊盘上镀孔VIPPO焊盘和非VIPPO焊盘，其中在所述PCB和所述VIPPO焊盘的金属电镀通孔之间存在热膨胀系数不匹配；
多个焊点，所述多个焊点中的每个附连至所述多个焊盘中的相应一个；
多个电子部件，所述多个电子部件中的每个附连至所述多个焊点中的相应一个；
粘合剂，其包括助熔剂并且在所述PCB基板和所述多个电子部件之间交联，其中所述多个焊点经由第一回流焊接工艺形成，并且其中在形成所述多个焊点之前，将所述粘合剂施加到所述多个焊盘，并且所述粘合剂的助熔剂在所述第一回流焊接工艺期间提供焊料助熔，并且其中所述粘合剂配置为减小了由热膨胀系数不匹配导致的所述VIPPO焊盘和非VIPPO焊盘之间的所述PCB的热膨胀差，从而防止在第二回流焊接工艺期间当重新加热所述PCBA时附连至所述VIPPO焊盘的焊点撕裂。
2.一种由以下工艺形成的印刷电路板组件PCBA，所述工艺包括：
将包括助熔剂的粘合剂施加到印刷电路板PCB，其中所述PCB包括多个焊盘，使得所述多个焊盘包含所述粘合剂，所述多个焊盘包括焊盘上镀孔VIPPO焊盘和非VIPPO焊盘，其中在所述PCB和所述VIPPO焊盘的金属电镀通孔之间存在热膨胀系数不匹配；
将多个电子部件放置在含有所述粘合剂的所述多个焊盘上；
通过进行加热并且然后冷却含有所述粘合剂的所述多个焊盘的第一回流焊接工艺形成包括多个焊点的印刷电路板组件PCBA，在所述多个焊盘上放置有所述多个电子部件，其中所述多个焊点中的每个焊点在所述多个焊盘的所述焊盘中的相应一个和所述多个电子部件中的一个电子部件之间形成，并且所述粘合剂的助熔剂在所述第一回流焊接工艺期间提供焊料助熔，其中所述粘合剂配置为减小了由热膨胀系数不匹配导致的所述VIPPO焊盘和非VIPPO焊盘之间的所述PCB的热膨胀差，从而防止在第二回流焊接工艺期间当重新加热所述PCBA时附连至所述VIPPO焊盘的焊点撕裂。
3.一种用于消除或减少焊盘上镀孔VIPPO焊点的热撕裂的方法，其包括：
将包括助熔剂的粘合剂施加到印刷电路板PCB，其中所述PCB包括多个焊盘，使得所述多个焊盘包含所述粘合剂，所述多个焊盘包括焊盘上镀孔VIPPO焊盘和非VIPPO焊盘，其中在所述PCB和所述VIPPO焊盘的金属电镀通孔之间存在热膨胀系数不匹配；
将多个电子部件放置在含有所述粘合剂的所述多个焊盘上；
通过进行加热并且然后冷却含有所述粘合剂的所述多个焊盘的第一回流焊接工艺形成包括多个焊点的印刷电路板组件PCBA，在所述多个焊盘上放置有所述多个电子部件，其中所述多个焊点中的每个焊点在所述多个焊盘的所述焊盘中的相应一个和所述多个电子部件中的一个电子部件之间形成，并且所述粘合剂的助熔剂在所述第一回流焊接工艺期间提供焊料助熔；和
在形成所述PCBA之后，进行加热所述PCBA的第二回流焊接工艺，其中在加热所述PCBA期间，所述粘合剂减小了由热膨胀系数不匹配导致的所述VIPPO焊盘和非VIPPO焊盘之间的所述PCB的热膨胀差，从而防止当加热所述PCBA时联接至所述VIPPO焊盘的焊点撕裂。
4.根据权利要求3所述的方法，其中将所述粘合剂施加到所述PCB进一步包括：
将所述多个电子部件浸入在所述粘合剂中以产生涂布有所述粘合剂的多个电子部件；和
将所述多个电子部件放置在含有所述粘合剂的所述多个焊盘上包括在含有所述粘合剂的所述多个焊盘上放置涂布有所述粘合剂的所述多个电子部件。
5.根据权利要求3所述的方法，其中进行加热所述PCBA的第二回流焊接工艺包括：
将所述PCBA从室温加热至第一升高的温度；
将所述PCBA从室温加热至第二升高的温度；和
将所述PCBA冷却回室温。
6.根据权利要求5所述的方法，其中将所述PCBA从室温加热至所述第二升高的温度包括：
将所述多个焊点转变为熔融状态焊料；和
在所述熔融状态焊料中保持所述多个焊点至所述多个焊盘的附连。
7.根据权利要求5所述的方法，其中形成所述PCBA包括：施加对流加热、红外加热、气相加热或感应加热。
8.根据权利要求3所述的方法，其中所述金属包括铜、镍、金、焊料、铜合金、金合金或镍合金。
9.根据权利要求3所述的方法，其中在所述第二回流焊接工艺期间，所述PCBA在150℃至300℃的范围内被加热。
10.根据权利要求3所述的方法，其中所述粘合剂包括交联剂，其中在形成所述PCBA之后所述粘合剂被交联。
11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：通过施加辐射使所述粘合剂交联，其中所述辐射包括以下中的至少一种：电子束辐射和紫外线辐射。
12.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括：通过将所述粘合剂暴露于以下至少一种使所述粘合剂交联：自由基引发的反应、阳离子引发的反应和阴离子引发的反应。
13.根据权利要求3所述的方法，其中所述粘合剂包括固化剂，其中在形成所述PCBA之后，所述粘合剂被固化。
14.根据权利要求3所述的方法，其中所述VIPPO焊盘含有以下至少一种：
在所述VIPPO焊盘的表面上的铜饰面；
在所述VIPPO焊盘的所述表面上的镍金饰面；
在所述VIPPO焊盘的所述表面上的热风焊料整平饰面；
在所述VIPPO焊盘的所述表面上的具有浸金涂层的化学镀镍；和
在所述VIPPO焊盘的所述表面上的有机表面保护OSP饰面。
15.根据权利要求3所述的方法，其中所述粘合剂包括以下中的至少一种：硅树脂；聚氨酯；丙烯酸酯；甲基丙烯酸酯；环氧树脂；氰酸酯树脂；基本上由以下组成的有机官能团：酚、羧酸、酸酐、酰胺和胺；溶胶-凝胶颗粒；氧化铝颗粒；纳米粘土颗粒；和二氧化钛颗粒。
16.根据权利要求3所述的方法，其中所述多个电子部件是包括多个焊球的球栅阵列BGA的部件，其中将所述多个电子部件放置在所述多个焊盘上包括在所述多个焊盘的相应一个上安装所述BGA的所述多个焊球中的每个。
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