CN115799201A - 一种大尺寸基板垂直互连结构及制作方法 - Google Patents

Abstract

一种大尺寸基板垂直互连结构及制作方法，属于电子产品技术领域。本发明通过BGA焊球实现信号互联的策略，通过使用铜片作为机械支撑并形成散热通路的策略，将铜片表面镀锡铅并做成编带料通过贴片机实现铜片的高效精准贴装；通过在基板上设计工艺孔并使用定位导向针实现基板的快速叠装并保证焊接精度。通过上述结构及制作方法，实现了大尺寸基板高可靠垂直互连。

Description

一种大尺寸基板垂直互连结构及制作方法

技术领域

本发明涉及一种大尺寸基板垂直互连结构及制作方法，属于电子产品技术领域。

背景技术

POP(Package on Package，封装体叠层技术)封装是对不同功能的封装芯片进行三维堆叠，形成电气连接，实现封装的高度集成和小型化。常规的POP封装是通过BGA焊球将底层模块与顶层模块进行互连。随着有源相控阵天线产品的发展，相控阵天线的结构集成方式逐渐转向“瓦式”转化。某型有源相控阵天线集成度高，同时功耗大、对散热要求高，该产品将相控阵天线的大部分功能集成在两块印制板上，最后通过将两块印制板叠装焊接来实现。因此与常规POP器件相比，该结构形式的T/R组件模块重量、功耗及尺寸将大幅度增加，BGA焊球的互连形式完全无法满足上述基板所需支撑力以及散热的需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种大尺寸基板垂直互连结构及制作方法，通过BGA焊球实现信号互联的策略，通过使用铜片作为机械支撑并形成散热通路的策略，将铜片表面镀锡铅并做成编带料通过贴片机实现铜片的高效精准贴装；通过在基板上设计工艺孔并使用定位导向针实现基板的快速叠装并保证焊接精度。通过上述结构及制作方法，实现了大尺寸基板高可靠垂直互连。

本发明的技术解决方案是：一种大尺寸基板垂直互连结构，包括上基板、BGA焊球、定位导向针、铜片和下基板；

所述上基板和下基板上设有定位孔，用于与定位导向针配合实现两块基板的对准；

所述上基板上涂覆焊膏，所述BGA焊球和铜片贴装在上基板上；

所述下基板上涂覆焊膏，使用定位导向针与贴装BGA焊球和铜片的上基板叠装焊接。

进一步地，所述定位孔设有至少三个，分布在上基板和下基板的三个角。

进一步地，所述定位导向针直径比印制板上定位孔的直径小0.01mm～0.03mm。

进一步地，所述铜片的厚度根据BGA焊球直径确定。

进一步地，所述铜片焊接后高度低于BGA焊球高度，高度差为0.03～0.1mm。

所述的一种大尺寸基板垂直互连结构的制作方法，包括：

在上基板上涂覆焊膏后贴装BGA焊球和铜片，再进行回流焊接；

在下基板上涂覆焊膏后在工艺孔内插入定位导向针，将回流焊接后的上基板对准下基板上的定位导向针，顺着定位导向针移动上基板使其与下基板接触，实现两块基板的对准；

经过回流焊接后，将定位导向针取出，实现基板垂直互连的叠装焊接。

进一步地，使用贴片机将铜片贴装于上基板上，使用漏球工装或者贴片机将BGA焊球放置于上基板上；将贴装BGA焊球和铜片后的上基板置于回流焊接设备内，实现BGA焊球与铜片的焊接。

进一步地，所述漏球工装厚度为0.5～1倍BGA焊球直径，网孔尺寸为BGA焊球直径+0.05mm。

进一步地，所述漏球工装上阵列式网孔间距和数量与上基板上BGA焊盘间距和数量相同。

进一步地，下基板印刷焊膏后平放于工作台上，将定位导向针插入下基板，将上基板的BGA焊球和铜片朝下，并将基板上的定位孔与定位导向针对准，之后垂直移动上基板，使其下落至下基板上实现对准。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用的铜片焊盘可以在满足高散热要求的同时提供机械支撑，可保证大尺寸基板叠装焊接的高可靠性。

(2)本发明采用的BGA焊球与铜片进行匹配焊接，上基板上焊接完后BGA焊球略高于铜片，叠装后基板依靠BGA焊球进行支撑。在后续叠装焊接时，BGA焊球在塌落过程中触碰到铜片后停止塌落，实现不同材料及焊端形态的有效焊接。

(3)本发明采用在铜片表面镀锡铅镀层，避免了裸铜易氧化的特性，同时提升铜片的可焊性；另外，将镀锡铅后的铜片进行编带处理后使用贴片机进行贴装，大幅提升了生产效率。

(4)本发明采用的定位导向针快速实现上下基板的对准，焊接时通过定位针限定基板的偏移保证焊接精度。

附图说明

图1为本发明一种大尺寸基板垂直互连结构示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种大尺寸基板垂直互连结构及制作方法做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1所示)：上基板1、BGA焊球2、定位导向针3、铜片4和下基板5；所述上基板1和下基板5上设有定位孔，用于与定位导向针3配合实现两块基板的对准；所述上基板1上涂覆焊膏，所述BGA焊球2和铜片4贴装在上基板1上；所述下基板5上涂覆焊膏，使用定位导向针3与贴装BGA焊球2和铜片4的上基板1叠装焊接。

进一步，所述定位孔设有至少三个，分布在上基板1和下基板5的三个角。

可选的，在一种可能实现的方式中，所述定位导向针直径比印制板上定位孔的直径小0.01mm～0.03mm。

在一种可能实现的方式中，所述铜片4的厚度根据BGA焊球2直径确定。

可选的，所述铜片4焊接后高度低于BGA焊球2高度，高度差为0.03～0.1mm。

基于与图1相同的发明构思，本发明还提供所述的一种大尺寸基板垂直互连结构的制作方法，包括如下步骤：

在上基板1上涂覆焊膏后贴装BGA焊球2和铜片4，再进行回流焊接；

在下基板5上涂覆焊膏后在工艺孔内插入定位导向针3，将回流焊接后的上基板1对准下基板5上的定位导向针3，顺着定位导向针3移动上基板1使其与下基板5接触，实现两块基板的对准；

经过回流焊接后，将定位导向针3取出，实现基板垂直互连的叠装焊接。

进一步，使用贴片机将铜片贴装于上基板1上，使用漏球工装或者贴片机将BGA焊球2放置于上基板1上；将贴装BGA焊球2和铜片4后的上基板1置于回流焊接设备内，实现BGA焊球2与铜片4的焊接。

可选的，在一种可能实现的方式中，所述漏球工装厚度为0.5～1倍BGA焊球2直径，网孔尺寸为BGA焊球2直径+0.05mm。

在一种可能实现的方式中，所述漏球工装上阵列式网孔间距和数量与上基板1上BGA焊盘间距和数量相同。

进一步，下基板5印刷焊膏后平放于工作台上，将定位导向针3插入下基板5，将上基板1的BGA焊球2和铜片4朝下，并将基板上的定位孔与定位导向针3对准，之后垂直移动上基板1，使其下落至下基板5上实现对准。

在本申请实施例所提供的方案中，基板上设计3个直径为1mm的工艺孔，工艺孔分布在印制板的三个角，定位导向针直径比工艺孔直径小0.01mm～0.03mm，基板上信号点设计阵列BGA焊盘，焊盘直径根据设计要求确定，信号点之外的区域设置阵列矩形焊盘。

设计焊膏印刷工装，焊膏印刷工装厚度为：0.1mm，开孔尺寸为焊盘尺寸的90％，使用印刷机在上基板1和下基板5上涂覆焊膏。铜片厚度根据焊球直径确定，要求铜片焊接后高度略低于焊球高度，高度差为0.03～0.1mm，大小根据基板上的空间和散热需求设计，使用贴片机将铜片贴装于基板上。设计漏球工装厚度为0.5～1倍焊球直径，网孔尺寸：焊球直径+0.05mm，阵列式网孔间距和数量与基板上BGA焊盘间距和数量相同，将漏球工装与基板对准并调整基板与漏球工装的间隙(0.05～0.1mm之间)，将焊球导入漏球工装内，使用毛刷将焊球扫入网孔内，采用真空枪将多余焊球吸走，降低基板高度并去下漏球工装实现BGA焊球在上基板1上的贴装。将贴装焊球和铜片后的上基板1置于回流焊接设备内，实现BGA焊球与铜片的焊接。

下基板5印刷焊膏后平放于工作台上，将定位导向针插入下基板5，将上基板1的焊球和铜片面朝下，并将基板上的工艺孔与定位导向针对准，之后垂直移动上基板1，使其下落至下基板5上实现对准。将上述组装件置于回流焊接设备内，焊接完成后取出定位导向针，即实现大尺寸基板的垂直互连的工艺过程。

如图1所示，本发明一种大尺寸基板垂直互连结构及制作方法相关零部件包含上基板1、BGA焊球2、定位导向针3、铜片4、下基板5。

如图1，首先在上基板1上涂覆焊膏后贴装BGA焊球2和铜片4，再进行回流焊接。在下基板5上涂覆焊膏后在工艺孔内插入定位导向针3，将回流焊接后的上基板1对准下基板上的定位导向针，顺着定位导向针移动上基板1使其与下基板5接触，实现两块基板的对准。经过回流焊接后，将定位导向针取出，即实现了大尺寸基板垂直互连的叠装焊接过程。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种大尺寸基板垂直互连结构，其特征在于，包括上基板(1)、BGA焊球(2)、定位导向针(3)、铜片(4)和下基板(5)；

所述上基板(1)和下基板(5)上设有定位孔，用于与定位导向针(3)配合实现两块基板的对准；

所述上基板(1)上涂覆焊膏，所述BGA焊球(2)和铜片(4)贴装在上基板(1)上；

所述下基板(5)上涂覆焊膏，使用定位导向针(3)与贴装BGA焊球(2)和铜片(4)的上基板(1)叠装焊接。

2.根据权利要求1所述的一种大尺寸基板垂直互连结构，其特征在于，所述定位孔设有至少三个，分布在上基板(1)和下基板(5)的三个角。

3.根据权利要求2所述的一种大尺寸基板垂直互连结构，其特征在于，所述定位导向针直径比印制板上定位孔的直径小0.01mm～0.03mm。

4.根据权利要求1所述的一种大尺寸基板垂直互连结构，其特征在于，所述铜片(4)的厚度根据BGA焊球(2)直径确定。

5.根据权利要求4所述的一种大尺寸基板垂直互连结构，其特征在于，所述铜片(4)焊接后高度低于BGA焊球(2)高度，高度差为0.03～0.1mm。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种大尺寸基板垂直互连结构的制作方法，其特征在于，包括：

在上基板(1)上涂覆焊膏后贴装BGA焊球(2)和铜片(4)，再进行回流焊接；

在下基板(5)上涂覆焊膏后在工艺孔内插入定位导向针(3)，将回流焊接后的上基板(1)对准下基板(5)上的定位导向针(3)，顺着定位导向针(3)移动上基板(1)使其与下基板(5)接触，实现两块基板的对准；

经过回流焊接后，将定位导向针(3)取出，实现基板垂直互连的叠装焊接。

7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，使用贴片机将铜片贴装于上基板(1)上，使用漏球工装或者贴片机将BGA焊球(2)放置于上基板(1)上；将贴装BGA焊球(2)和铜片(4)后的上基板(1)置于回流焊接设备内，实现BGA焊球(2)与铜片(4)的焊接。

8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述漏球工装厚度为0.5～1倍BGA焊球(2)直径，网孔尺寸为BGA焊球(2)直径+0.05mm。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述漏球工装上阵列式网孔间距和数量与上基板(1)上BGA焊盘间距和数量相同。

10.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，下基板(5)印刷焊膏后平放于工作台上，将定位导向针(3)插入下基板(5)，将上基板(1)的BGA焊球(2)和铜片(4)朝下，并将基板上的定位孔与定位导向针(3)对准，之后垂直移动上基板(1)，使其下落至下基板(5)上实现对准。

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