CN1399508A - 制备高性能网格焊球阵列板的方法以及可用于该方法的夹具 - Google Patents
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Abstract
公开了一种用于制备高性能BGA板的方法和可用于该方法的夹具。该方法包括利用夹具将粘合剂预粘接到BGA板叠层结构或热沉上；利用夹具，将在预粘接步骤中已经附着粘合剂的BGA板叠层结构或热沉分别主粘接到热沉或BGA板叠层结构上。利用各个热沉和带状夹具，不用带状热沉，可以制备高性能BGA板，并且可以防止热沉的镀Ni面受沾污。
Description
技术领域
本发明一般涉及制备高性能BGA(网格焊球阵列)板的方法以及可用于该方法的夹具，具体地说，涉及利用各个热沉和带状夹具而不用带状热沉来制备高性能BGA板的方法，其中热沉的镀镍面可以防止被沾污。
背景技术
电子工业的巨大进步至少部分是基于电子元件工业的发展。由于电子元件已经发展为高性能、小型化，它们可以高度集成在一个板内。对于电子元件的发展，多层印刷电路板作出了一定的贡献。
为了在其上安装高度集成的电子元件，多层印刷电路板具有一种结构，其中具有多个电路的基板层叠在一起。多层印刷电路板可以具有各种形式，可以通过各种方法制造。然而，传统的板有一个缺陷是不能确保高速IC芯片的全部性能，因为从半导体芯片的I/O多散热片(multifin)产生的大量的热不能从传统的板有效地散发，导致电信号的传输率显著降低。
为了避免传统板所具有的问题，已经付出很大的努力来制造具有高多层结构和优异的热稳定性的板。在该板中，在以阶梯的形式粘接到焊盘的同时，将半导体芯片粘接到热沉上。
已经公开有各种在印刷电路板中设置热沉的方法。例如，日本专利公开No.平10-116933公开了一种用于安装IC的多层印刷线路板，其中通过焊接将热沉牢固地固定在叠层结构上，利用树脂粘合剂，将IC牢固地固定在热沉上。此外，日本专利公开No.平10-116932公开了一种用于制备多层印刷线路板的方法，该印刷线路板用于安装IC，其中在200℃加热该多层BGA1小时，以防止该板弯曲，接着在回流炉中加热该BGA，以便固化热固性树脂粘合剂，从而将热沉固定到板上。通过用Ni、然后用铂镀覆铜箔来制备上述方法中所采用的热沉。
通常，通过将各个BGA板粘接到带状热沉来制造配有热沉的BGA板，使热沉的粘接BGA板的一面黑化，另一面用Ni镀覆。结合图1将详细描述配有热沉的BGA板的制造。参考图1a，显示了通过粘合剂2将BGA5粘接到热沉3上的预粘接步骤。为了达到这个目的，在热沉3上涂敷粘合剂2，接着利用热钢板1施加热量和压力。关于这一点，采用夹具4将粘合剂2精确地涂敷在热沉3的限定部分。此后，通过将各个BGA 5压在由预粘接步骤得到的结构上，利用热钢板6提供热量完成主粘接，如图1b所示。如此得到的配有热沉的带状BGA板示于图2的平面图中。
当如上所述将热沉粘接到BGA板上时，会产生一些问题，包括镀Ni面的沾污、粘接可靠性差以及各个热沉的不可适用性。
此外，日本专利公开No.平10-178122公开了一种IC安装多层印刷线路板，该线路板不会引起由内层导体线的破裂而导致的布线的断裂。在通过层叠多个树脂基板而构成的IC安装多层印刷线路板中，通孔壁上的镀层厚8-35μm，而通过通孔中的镀层，与外引线脚隔开一定距离的导体线厚25-70μm，从而防止由通孔的镀层处和导体线处的破裂而导致的布线的断裂。然而，该IC安装多层印刷线路板有缺点是厚度偏差超出允许的范围或该线路板变形。
因此，仍然需要一种方法，当BGA板粘接到热沉上时，可以采用该方法来层叠各个热沉，并且能防止多层印刷线路板的变形。
发明内容
因此，本发明的目的是避免先有技术中遇到的缺点，提供一种制备高性能BGA板的方法，该方法具有下列优点：利用各个热沉，防止热沉的镀Ni面沾污和毁坏，具有稳定的粘接状态。
本发明的另一个目的是提供一种制备高性能BGA板的方法，该方法具有防止BGA板的厚度偏离允许的范围和粘接时变形的优点。
本发明的再一个目的是提供一种可用于制备高性能BGA板的方法的夹具。
通过提供制备高性能BGA板的方法来达到这些目的，该方法包括步骤：
a)提供各个BGA板叠层结构；
b)提供各个热沉，用于散发BGA板叠层结构的热量；
c)利用预粘接夹具将粘合剂层预粘接到BGA板叠层结构或热沉上；
d)利用主粘接夹具，将其上已在C步骤中预先附着粘合剂层的BGA板叠层结构或热沉分别与相应的热沉或BGA板叠层结构进行主粘接。
为了实现上述目的，根据本发明可以提供一种制备高性能BGA板的另一个方法，该方法包括步骤：
a)供各个BGA板叠层结构；
b)提供各个热沉，用于散发BGA板叠层结构的热量；
c)预粘接，包括：设置第一组用于在带状预粘接夹具上排列BGA板叠层结构的销钉；在第一组销钉的引导下在预粘接夹具上放置BGA板叠层结构；在BGA板叠层结构上以与热沉相应的图形形成用覆盖片覆盖的粘合剂层，接着从粘合剂层上除去所述覆盖片；将热沉附着到挠性胶带上，然后将附着了挠性胶带的热沉排列到粘合剂层上，挠性胶带通过设置在预粘接夹具上的第二组销钉锁定；以及在压力下将热沉松弛地粘接到BGA板上；
d)分离得到的预粘接结构，该预粘接结构由BGA板叠层结构、粘合剂层和热沉构成；和
e)在高温和压力下利用主粘接夹具主粘接已预粘接的结构。
此外，通过粘合剂层，借助于使热沉和BGA板叠层结构结合的夹具，可以实现本发明的目的，该夹具由顶板和底板构成，形成空腔，其中限定该空腔使得BGA板叠层结构、粘合剂层和热沉排列为彼此精确地结合在一起，并使夹具的总厚度比BGA板叠层结构、粘合剂层和热沉相结合的厚度小20-40μm。
附图说明
从下面结合附图的详细描述，本发明的上述和其它目的、特征和其它优点将理解得更清楚。
图1a和1b分别显示了当将热沉粘接到BGA上时，传统的预粘接和主粘接的剖视图；
图2是根据先有技术将BGA粘接到带状热沉上的平面图；
图3是显示根据本发明利用夹具的主粘接步骤的平面图；
图4是根据本发明利用另一种类型的夹具的主粘接的截面图；
图5是根据本发明可用于预粘接步骤、将热沉粘接到带状预粘接夹具的平面图；
图6是图5的截面图；
图7是根据本发明可用于预粘接步骤、将热沉粘接到另一个预粘接夹具的平面图；
图8是图7的截面图；
图9是根据本发明一个实施例可用于预粘接步骤、位于带状预粘接夹具上的BGA的平面图；
图10是图9的剖视图；
图11是根据本发明另一个实施例位于带状挠性胶带上的热沉的平面图；
图12是图11的剖视图；
图13是根据本发明的一个预粘接步骤的实施例的剖视图，其中BGA板叠层结构、粘合剂层和热沉松弛地地彼此粘接；
图14是位于覆盖片上的粘合剂层的平面图，该粘合剂层可用于本发明的预粘接步骤；和
图15是图14的剖视图，显示了位于覆盖片上的粘合剂层。
具体实施方式
参考附图可以更好地理解本发明，但不应认为是对本发明的限制。
根据本发明，按如下方式制备具有高性能的的BGA板：
通过将其中已经形成了用于电连接电子部件的导线电路和空腔的多个板层叠，然后通过镀覆、蚀刻、显影和布线形成印刷电路来制备各个BGA板叠层结构。然后，通过预粘接和主粘接将用于为BGA板叠层结构散热的各个热沉粘接到各个BGA板叠层结构上。
参考图3-10，显示了根据本发明的一个实施例制造高性能BGA板的方法。例如，该方法包括预粘接步骤和主粘接步骤，在预粘接步骤中，将粘合剂层涂敷到各个热沉或各个BGA板上(图5-10)，在主粘接步骤中，利用主粘接夹具，将涂敷了粘合剂的热沉或BGA板粘接到相应的BGA板叠层结构或热沉上(图3和4)。
图3和4是说明利用由顶板10和底板20构成的主粘接夹具将预粘接结构进行主粘接步骤的剖视图，所述预粘接结构由BGA板叠层结构5、粘合剂层2和热沉3构成。
图3显示了利用一组引导销钉30将顶板10精确固定到下夹具20上的实施例，而图4显示了利用一组沟槽40精确固定主粘接夹具的
实施例。
用于本发明的主粘接夹具由上和底板构成，以便形成空腔。如此限定该空腔，使得BGA板叠层结构5、粘合剂层2和热沉3排列为相互精密地结合。夹具的总厚度比BGA板叠层结构、粘合剂层和热沉相结合的厚度小20-40μm，以便得到最佳的粘接结果。顶板和底板10和20可以由不锈钢或硬环氧树脂制成。至此，当底板20的厚度B与热沉的厚度(看图3)或热沉加粘合剂层的厚度(看图4)相同时，可以通过控制顶板10的厚度A，使夹具的总厚度落入范围内。这样，设定夹具给BGA板加压到能避免BGA板毁坏的预定厚度。
此外，为了防止顶板10从底板20上滑脱，夹具配置有一组如图3所示的引导销钉或一组如图4所示的沟槽40。本发明的另一个优点是能够防止在利用上述夹具进行主粘接过程中板变形。
现在转到图5-14，图5-14显示了预粘接步骤的实施例，其中根据本发明各个热沉和粘合剂层彼此粘接在一起。
图5和6分别显示了预粘接步骤的一个实施例的平面图和剖视图。从这些图中可以看出，在带状预粘接夹具50上覆盖有无尘双面胶带60，各个热沉3放在无尘双面胶带50上，使得镀Ni面与双面胶带60接触，此后，在各个热沉3的黑化面涂敷粘合剂层。如图6所示，在固定各个热沉3之前，覆盖无尘双面胶带60，使得夹具不被粘合剂带的树脂沾污。接着，通过双面胶带将热沉的镀Ni面粘接到夹具上。因此，当热沉从夹具分离时，可以防止镀Ni面被沾污和毁坏。然后，在高压高温下进行预粘接。这样，利用各个热沉可以制造如图5所示的带状BGA。
图7和8分别显示了根据本发明另一个实施例的预粘接步骤的平面图和截面图。从这些图可以看出，不用无尘双面胶带，而利用在热沉外侧设置的一组引导壁70将热沉3固定到带状夹具上，使得镀Ni面与预粘接夹具50接触，此后，在各个热沉3的黑化面涂敷粘合剂层，并在高温高压下进行预粘接。在该方法中，由于不采用粘合剂带，可以在不沾污和毁坏热沉3的镀镍面的情况下，利用各个热沉制备带状BGA。
参考图9和10，分别显示了根据本发明再一个实施例的预粘接步骤的平面图和剖视图。不像图5-8所示的预粘接步骤，将粘合剂层涂敷到热沉上，本实施例的预粘接步骤的特征在于，将粘合剂层涂敷到BGA板上，然后进行将BGA板粘到热沉上的主粘接工序。如图9和10所示，采用一组BGA固定销钉52将BGA板5排列到预粘接夹具50上，当BGA板5初步固定到预粘接夹具50上时，BGA板5被这样定位使得安装热沉的一面朝上。
参考图11至14，显示了根据本发明的另一个实施例的高性能BGA板的制造方法。该方法由预粘接步骤和主粘接步骤构成。此时在预粘接步骤和主粘接步骤之前，分别提供了各个BGA板叠层结构和热沉。
预粘接步骤包括：设置第一组销钉，用来将BGA板叠层结构排列到带状预粘接夹具上；在第一组销钉的引导下，将BGA板叠层结构放置到预粘接夹具上；在BGA板的叠层结构上，以与热沉相配合的图形形成用覆盖片覆盖的粘合剂层，接着从粘合剂层上除去覆盖片；将热沉附着到挠性胶带上，然后将附着了挠性胶带的热沉排列到粘合剂层上，所述挠性胶带通过预粘接夹具上设置的第二组销钉锁定；以及在压力下将热沉松弛地粘接到BGA板上。
在分离所得到的由BGA板叠层结构、粘合剂层和热沉构成的预粘接结构之后，进行主粘接步骤。
在主粘接步骤中，在高温和压力下，利用上述主粘接夹具，牢固地粘接预粘接结构。
下面详细描述图13所示的预粘接步骤。图13是完成预粘接步骤之后的BGA板的剖视图，其中利用第一组销钉52将BGA板叠层结构5固定到带状预粘接夹具50上，用覆盖片55覆盖的粘合剂层2以与热沉相配的图形涂敷到BGA板叠层结构上，然后除去覆盖片55。下一步，将热沉3附着到挠性胶带53上，然后用热沉3的未附着面直接对着粘合剂层2，将热沉3排列到粘合剂层2上。此时，通过在预粘接夹具50上设置的第二组销钉54，锁定挠性胶带53上未附着热沉3的部分，使得热沉能精确固定到粘合剂层2上。此后，在压力下通过粘合剂层2将热沉3松弛地粘接到BGA叠层结构5上。在上面的步骤中，当BGA板叠层结构5位于夹具50上时，应清洁夹具的表面。而且，用于在粘合剂层2上精确固定热沉3的销钉54的高度应比BGA板叠层结构5的高度稍高。
在如上所述的预粘接步骤之后，由BGA板叠层结构、粘合剂层和热沉构成的预粘接结构被分离出来。如上所述，将预粘接结构插入到由顶板和底板构成的主粘接夹具中的空腔中。在高温压力下进行主粘接步骤。作为主粘接的结果，BGA板叠层结构、粘合剂层和热沉彼此牢固精确地结合在一起。
对于挠性胶带53，它具有带的形式，其上排列了热沉3，如图11所示。而且，带状挠性胶带53在某些位置有孔，这些孔使得当销钉54与孔接合时，排列的热沉与夹具匹配。此外，热沉3的镀Ni面被设置为直接对着挠性胶带53，并使挠性胶带53附着到热沉3的镀Ni面，而黑化面面对BGA板，如图12所示。
通常，热沉3由铜箔制成。为了防止导线电路分离，BGA板叠层结构的基板最好由玻璃环氧树脂制成，因为它的热膨胀系数与铜的热膨胀系数相近，而铜是板上制造的导线电路的材料。因此，由于同样的原因，最好热沉由铜箔制备。也可以采用铝板，它可以高效地散发热量。还可以采用不锈钢板，它具有高耐腐蚀性。通过电镀在铜箔上形成厚2-10μm的镀Ni层。然后，将在电镀过程中产生的酸成分漂洗掉，为了提高表面和板的附着性，黑化所述表面。
图14和15分别显示了将粘合剂层2应用到本发明的方法的平面图和剖视图。如这些图所示，以与热沉相同的图形形成粘合剂层2，同时用覆盖片55覆盖。在图15中，点画线表示粘合剂的一部分，该部分不需要粘接到产品上，因此将被除去。
另外，适合用于本发明的粘合剂层2可以是膜状粘合剂片，该片是通过将例如NBR的橡胶、丙烯树脂、聚乙烯醇缩丁醛树脂、酚醛树脂等与半固化片或环氧树脂相结合而得到的，最好通过将低流动性的聚乙烯醇缩丁醛树脂、丙烯酸树脂和酚醛树脂相结合得到。此外，粘合剂层的材料最好是与板的材料一样。例如，在玻璃环氧树脂板的情况下，可以采用其中淀积了玻璃环氧树脂的半固化片。
因此，通过预粘接步骤和主粘接步骤可以制备HP-BGA，所述预粘接步骤包括在夹具50上定位BGA板5；在BGA板5上形成粘合剂层2，除去覆盖片55；通过粘合剂层将热沉3粘接到BGA板上，施加热量和压力，如图13所示；所述主粘接步骤包括牢固地粘接所得到的结构，其中所得到的结构由BGA板叠层结构、粘合剂层和热沉构成。
如上所述，根据本发明用于制备HP-BGA的方法具有下列优点：利用各个热沉，防止热沉的镀Ni面被沾污和毁坏，得到稳定的粘接状态。本发明的方法的另一个优点是可以防止BGA板在厚度方向背离允许的范围，并且防止BGA板在粘接时变形。
在上述教导的启发下，本发明的许多修改和变化都是可能的，从所附的权利要求，会更清楚地理解本发明。
Claims (19)
1.一种制备高性能BGA板的方法，包括步骤：
a)提供各个BGA板叠层结构；
b)提供各个热沉，用于散发BGA板叠层结构的热量；
c)利用预粘接夹具将粘合剂层预粘接到BGA板叠层结构或热沉上；
d)利用主粘接夹具，将其上已在步骤(c)中预先附着粘合剂层的BGA板叠层结构或热沉分别与相应的热沉或BGA板叠层结构进行主粘接。
2.根据权利要求1的制备高性能BGA板的方法，其中所述预粘接步骤包括：在带状预粘接夹具上覆盖无尘双面胶带；在无尘双面胶带上放置各个热沉，使得热沉的镀Ni面与双面胶带接触，而各个热沉的黑化面朝着粘合剂层；在黑化面涂敷粘合剂层，接着在高压高温下松弛地粘接。
3.根据权利要求1的制备高性能BGA板的方法，其中所述预粘接步骤包括：在带状夹具上覆盖无尘双面胶带；在夹具上如此定位各个BGA板叠层结构，使得用于安装热沉的面朝上；在高温高压下将粘合剂层涂敷到BGA板叠层结构的用于安装热沉的面上。
4.根据权利要求1的制备高性能BGA板的方法，其中所述预粘接步骤包括：设置一组引导壁或引导销钉，用于在带状预粘接夹具上固定各个热沉；借助于引导壁或引导销钉将热沉放置到预粘接夹具上，使得各个热沉的镀Ni面与预粘接夹具接触，而各个热沉的黑化面朝着粘合剂层；在黑化面上涂敷粘合剂层，接着在高温和高压下松弛地粘接。
5.根据权利要求1的制备高性能BGA板的方法，其中所述预粘接步骤包括：设置一组引导壁或引导销钉，用于在带状预粘接夹具上固定各个BGA板叠层结构；借助于引导壁或引导销钉将各个BGA板叠层结构定位到预粘接夹具上，使得用于安装热沉的面朝上；在高温高压下将粘合剂层涂敷到BGA板叠层结构的用于安装热沉的面上。
6.根据权利要求1的制备高性能BGA板的方法，其中所述主粘接夹具由不锈钢或环氧树脂制成。
7.根据权利要求1的制备高性能BGA板的方法，其中所述主粘接夹具的顶板和底板通过一组引导销钉彼此固定。
8.根据权利要求1的制备高性能BGA板的方法，其中所述主粘接夹具的顶板和底板通过一组沟槽彼此固定。
9.根据权利要求1的制备高性能BGA板的方法，其中所述主粘接夹具的总厚度比BGA板叠层结构、粘合剂层和热沉三者相结合的厚度小20-40μm。
10.一种制备高性能BGA板的方法，包括步骤：
a)提供各个BGA板叠层结构；
b)提供各个热沉，用于散发BGA板叠层结构的热量；
c)预粘接包括：设置第一组用于在带状预粘接夹具上排列BGA板叠层结构的销钉；在第一组销钉的引导下在预粘接夹具上放置BGA板叠层结构；在BGA板叠层结构上以与热沉相应的图形形成用覆盖片覆盖的粘合剂层，接着从粘合剂层上除去所述覆盖片；将热沉附着到挠性胶带上，然后将附着了挠性胶带的热沉排列到粘合剂层上，挠性胶带通过设置在预粘接夹具上的第二组销钉锁定；以及在压力下将热沉松弛地粘接到BGA板上；
d)将得到的预粘接结构分离出来，该预粘接结构由BGA板叠层结构、粘合剂层和热沉构成；和
e)在高温和压力下利用主粘接夹具主粘接预粘接结构。
11.根据权利要求10的制备高性能BGA板的方法，其中以与热沉相应的图形形成的所述粘合剂层用带状覆盖片覆盖。
12.根据权利要求10的制备高性能BGA板的方法，其中所述主粘接夹具由不锈钢或环氧树脂制成。
13.根据权利要求10的制备高性能BGA板的方法，其中所述主粘接夹具的顶板和底板通过一组引导销钉彼此固定。
14.根据权利要求10的制备高性能BGA板的方法，其中所述主粘接夹具的顶板和底板通过一组沟槽彼此固定。
15.根据权利要求10的制备高性能BGA板的方法，其中所述主粘接夹具的总厚度比BGA板叠层结构、粘合剂层和热沉三者相结合的厚度小20-40μm。
16.一种夹具，用于通过粘合剂层将热沉和BGA板叠层结构相结合，该夹具由顶板和底板构成，形成空腔，其中如此限定该空腔以便排列BGA板叠层结构、粘合剂层和热沉，能精确地彼此结合，其中该夹具的总厚度比BGA板叠层结构、粘合剂层和热沉三者相结合的厚度小20-40μm。
17.根据权利要求16的夹具，其中所述夹具由不锈钢或环氧树脂制成。
18.根据权利要求16的夹具，其中所述夹具的顶板和底板通过一组引导销钉彼此固定。
19.根据权利要求16的夹具，其中所述夹具的顶板和底板通过一组沟槽彼此固定。
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