CN1466181A - 封装栅格阵列元件的改进工艺 - Google Patents

Abstract

一种将传统的同时进行表面安装(SMT)元件与球形栅格阵列(BGA)元件的锡膏印刷工艺改为分别进行并使用不同的工艺。本发明的工艺包含：将一膏状助焊剂印刷或注射于电路板上对应于BGA元件的焊垫上，其中该膏状助焊剂不含锡球或其它形式的焊接用焊锡；将一锡膏印刷于该印刷模版上对应于SMT元件的焊垫上；以及回焊该BGA元件和SMT元件于电路板的焊垫上。本发明另外包含以上述工艺所制造的电子装置。

Description

封装栅格阵列元件的改进工艺

发明领域

本发明是关于一种改进格栅阵列封装的工艺的方法和由该方法工艺的电子装置，更特别是关于一种对表面安装(SMT)元件与球形栅格阵列(BGA)元件的焊垫各自进行印刷锡膏和膏状助焊剂的工艺和由该工艺制造的电子装置。

发明背景

在传统表面安装技术(SMT)应用工艺中，由于产品及元件走向“轻薄短小”化，而使SMT元件封装走向高密度化，但也因此使SMT工艺面临瓶颈。如图1A所示，以传统SMT印锡膏工艺而言，由于锡膏的及印刷模版(stencil)1的特性有所谓1比1.5的比例限制，亦即模版1的开口A必须大于模版1的厚度B达1.5倍以上，否则将易造成锡膏2阻塞于模版1的开口A中，而无法印刷于电路板上。此条件也是局限了SMT QFP元件继续朝更高密度发展的原因之一，目前一般常用的锡膏印刷工艺中，SMT IC/QFP类元件的最小接脚间距约为0.4mm。BGA元件的应用使SMT IC/QFP类元件能更有效地应用电路板的有限空间，也由于BGA在SMT应用工艺，初期一般使用较大颗粒锡球，且植球间距较大。一般而言目前仍能维持约0.8mm以上，因此“暂时”使锡膏印刷的瓶颈获得改善。但随科技的进步与需求，BGA元件亦将朝“更轻薄短小”的方向发展，无论在植球颗粒或植球间距等方面都将减缩。然而，减缩的后BGA元件的应用，将同样与传统SMT IC/QFP元件面临相同的限制。参考图1B，根据经验法则，BGA元件的应用在印刷模版1的厚度B与开口A比例需求约为1比3，即模版1的开口A必须大于模版1的厚度B达3倍以上，否则将与传统SMT IC/QFP元件同样面临锡膏2容易阻塞于模版1的开口中而无法印刷于电路板的上的缺点。本发明的发明人了解到，要改善此项问题，必须将上述传统SMT IC/QFP锡膏印刷工艺进行改变。

前述锡膏印刷工艺中的印刷过程与一般网板印刷(如传统报纸或所谓网版印刷)最大的差别为，网板印刷使用油墨类印刷，其中油墨为液态，且无较大颗粒的添加物，因此渗透性佳，能顺利穿透丝网或网板的开口而附着于印刷物上。但在SMT元件的锡膏印刷工艺中，如图1C所示，锡膏为许多细小颗粒的锡球与助焊剂混合而成。虽然锡球颗粒细小但仍有一定尺寸。锡球经由刮板灌入模版后，各锡球间本身的排挤所形成的阻力，加上必须再穿过模版1的开口厚度B，及与模版1的开口A孔壁磨擦及锡膏2的粘着性所形成的阻力，因此将严重影响锡膏2穿透模版1的开口A的能力，而形成锡膏的阻塞于模版1的开口A中，无法印刷于电路板上。模版1越厚阻力越大。

此问题虽可以缩减模版1的厚度B而获得改善，但缩减模版1的厚度B后将造成其它SMT元件的锡膏印刷量不足，而形成空焊、锡膏不足或焊接强度不足等问题。这也是传统SMT IC/QFP类元件的应用无法以缩减模版1的厚度B做为继续缩小接脚间距的原因之一。

发明内容

为了克服前述已知技术的缺点，本发明对于缩小间距后的BGA类元件利用新的工艺方式进行。方法之一即为将传统使用的同时进行SMT元件与BGA元件的锡膏印刷工艺，改以分别进行并使用不同的工艺方式。新工艺方式不仅能改善BGA类元件所面临的困境，同时可改善类似BGA封装的元件所面临的困境。所谓类似BGA封装元件即为该元件封装方式以植球或以其它方式将焊锡凸块或其它材质或金属/合金，附着于元件本身的焊点上用以焊接(如倒装芯片)。

因此，本发明的一个目的在于提供一种改进的格栅阵列元件的焊接工艺，可以提高格栅阵列元件焊接的强度和效果。

本发明的另一个目的在于提供一种改进的格栅阵列元件和SMT元件的焊接工艺，可以提高格栅阵列元件和SMT元件各自的焊接可靠度。

本发明的再一目的在于提供一种以上述工艺所制造的电子装置。

附图说明

本发明将依照后附图示来说明，其中：

图1A是传统的用于SMT IC/QFP元件的模版的示意图；

图1B是传统的用于BGA元件的模版的示意图；

图1C是传统的SMT IC/QFP元件的锡膏印刷工艺中，锡膏施加于模版的开口中的示意图；

图2是根据本发明的第一较佳实施例，印刷膏状助焊剂的示意图；

图3A是根据本发明的第二较佳实施例，第一次印刷或注射(syringe)膏状助焊剂于BGA元件的焊垫的示意图；

图3B是根据本发明的第二较佳实施例，第二次印刷锡膏于SMT元件的焊垫的示意图；

图3C是根据本发明的第二较佳实施例，将SMT元件和BGA元件回焊于电路板上的示意图；

图4是根据本发明的第三较佳实施例，印刷锡膏于SMT元件的焊垫的示意图；以及

图5是根据本发明的第一和第三较佳实施例，注射膏状助焊剂于BGA元件的焊垫的示意图。

元件符号说明

1     印刷模版

2     锡膏

3     电路板

4     印刷模版

4’        印刷模版

4”        印刷模版

5     印刷刮板

6     助焊剂

6’        助焊剂

7     BGA元件的焊垫区域

8     SMT元件的焊垫区域

9     锡膏

9’         锡膏

10    印刷模版4’的半蚀刻开口

11    SMT元件

12    BGA元件

13    针头

A     印刷多同板的开口

B    印刷模版的厚度

具体实施方式

以下将参考图示说明本发明的各个实施例。图示中相同的元件具有相同的参考符号。

如图2所示，根据本发明的第一实施例，电路板3上如仅安装BGA类或本身已具备焊锡凸块(锡球或其它形式用以焊接的焊锡的类似元件)的元件而无其它SMT类元件，则可直接将传统锡膏印刷工艺改以丝网或较薄的模版4，借助印刷刮板5或以“注射”的方式，将不含锡球的膏状助焊剂6注射(如图4所示)或印刷于电路板3上，用于安装BGA元件的焊垫区域7，再放置上述类别的元件于焊垫区域7后，再进行回焊(reflow)。根据本发明，印刷于该电路板3的膏状助焊剂6’的厚度以不超过0.3mm为佳。印刷后的膏状助焊剂6’的面积，以长度不超过3mm，宽度不超过3mm为佳。注射于电路板1上的膏状助焊剂6’的高度以不超过3mm，长度不超过3mm，以及宽度不超过3mm为佳。

如前所述，在传统SMT印刷锡膏工艺中，为同时印刷锡膏于用于BGA元件及一般SMT元件的焊垫区域。根据本发明的第二实施例，将传统SMT印刷锡膏工艺中，锡膏印刷工艺改为两次印刷。如图3A所示，首先针对用于安装BGA元件的焊垫区域7，印刷一不含锡球的膏状助焊剂6于丝网或较薄(例如0.05或0.1mm)的印刷模版4’上。其次，如图3B所示，再针对用于安装其它SMT元件的焊垫区域8，印刷锡膏9于较厚且底部半蚀刻的模版4”上。如图3C所示，然后分别放置BGA元件12和SMT元件11于焊垫区域7和焊垫区域8，再进行回焊工艺。根据本发明的第二实施例，第二次印刷锡膏9时使用半蚀刻模版4”的目的是，将第一次印刷完成的膏状助焊剂6’，留存于半蚀刻开口10中，以避免第二次印刷锡膏9时，原印刷完成的助焊剂6’会与模版4”干涉。

根据本发明的第三实施例，如图4所示，本发明改变传统SMT工艺中的锡膏印刷工艺。首先仅针对传统SMT类元件11的焊垫区域8进行印刷锡膏9工艺，而保留BGA类元件12的焊垫区域7不进行印刷锡膏9工艺。参考图5，再以传统点胶工艺方式，将其中“点胶”(glue doting)胶质改为“注射”膏状助焊剂方式取代，利用针头13加点膏状助焊剂6于电路板3上BGA元件12或其它本身已具备焊锡凸块(锡球或其它形式用以焊接的焊锡)的元件的焊垫7，然后放置元件11和12于焊垫8和7上进行回焊。

根据本发明的新工艺，其优点如下：

1、对BGA元件12而言，由于BGA元件12本身植锡球于表面，因此焊接所需的焊锡由本身所植球直接供应即已足够。而传统锡膏印刷对BGA元件而言，实际上仅提供锡膏内所含的助焊剂，以加强焊接效果而已。因此对BGA元件12或相类似元件，只印刷膏状助焊剂6或注射膏状助焊剂6，对BGA元件12或相类似元件无影响。

2、由于将锡膏9内的锡球去除后，减少因锡球颗粒在穿过模版的开口时的阻力，对渗透性有极大改善，因此可有效放宽模版1的开口A与厚度B比例的限制，也由于只针对BGA元件11印刷膏状助焊剂6，模版1的厚度B可因此降至更薄，开口A可降至更小，甚至可用丝网取代传统模版印刷，同时省去模版制作成本。

3、注射传统锡膏时与模版印刷锡膏原理类似，由于锡膏内含锡球，且锡膏较容易干燥硬化而造成锡膏较容易阻塞于针头13。而点膏状助焊剂较不受此影响。

4、对于较大型BGA元件或特殊封装的BGA元件(如BGA元件表面加金属罩或以大型陶瓷本体或吸热量较高材质覆盖)而言，在传统BGA元件印刷锡膏工艺中，BGA锡球与电路板焊点的焊接必须透过锡膏导热。但由于焊点小而BGA元件本体吸收大量热源，极易造成锡膏因热量(度)不足而未完全熔解，因而造成BGA的锡球，锡膏及电路板焊垫未完全接合。相反地，BGA元件改印刷(或注射)膏状助焊剂后，由于BGA元件的锡球较易直接与电路板焊点接触，导热较快可改善焊接效果。

5、对于传统印刷锡膏工艺而言，由于助焊剂在锡膏内含量一般约仅10％，助焊剂含量少造成锡膏较易干燥硬化，而锡膏印刷完成后如太快干燥硬化将极易在SMT工艺中造成BGA元件偏移，甚至飞落(锡膏干燥后粘度消失)。但印刷(或注射)膏状助焊剂后，由于助焊剂量增加，不致太快干燥，而有助于BGA元件稳定，并改善焊接效果。

上述的本发明的实施例和说明只是用来叙述本发明，而非限制本发明。该技术领域内的人士可以在不背离本发明后附的权利要求范围的情况下，对本发明进行各种修正或改变。

Claims (9)

1、一种用以安装一电路元件于一印刷电路板的表面的方法，其中该电路元件具有多个焊锡凸块，以及该电路板的表面上具有焊垫，对应于该电路元件的多个焊锡凸块，该方法包含以下步骤：

(a)将该膏状助焊剂覆盖于该电路板的焊垫上，其中该膏状助焊剂不含锡球或其它形式的焊接用焊锡；

(b)置放该电路元件于该电路板的焊垫；以及

(c)回焊该电路元件于该电路板的焊垫上。

2、如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)是借助一印刷刮板以印刷方式完成。

3、如权利要求1所述的方法，其中步骤(a)是借助一点胶枪以注射方式完成。

4、如权利要求2所述的方法，其中该膏状助焊剂印刷于该电路板后的厚度不超过0.3mm。

5、如权利要求2所述的方法，其中印刷膏状助焊剂的面积为长度不超过3mm，宽度不超过3mm。

6、如权利要求3所述的方法，该膏状助焊剂注射于电路板上的高度不超过3mm，长度不超过3mm，宽度不超过3mm。

7、一种用以安装一第一电路元件和一第二电路元件于一印刷电路板的表面的方法，其中该第一电路元件具有多个焊锡凸块，以及该第二电路元件具有多个焊接接脚，以及其中该电路板的表面上具有第一焊垫，对应于该第一电路元件的多个焊锡凸块，以及具有第二焊垫，对应于该第二电路元件的多个焊接接脚，该方法包含以下步骤：

(a)将一膏状助焊剂覆盖于该电路板的第一焊垫上，其中该膏状助焊剂不含锡球或其它形式的焊锡；

(b)通过一印刷模版，将一锡膏覆盖于该印刷模版的第二焊垫上，其中该印刷模版面对该印刷电路板的表面具有对应于该电路板的第一焊垫的半蚀刻开口，以及该印刷模版具有只对应于该电路板的第二焊垫的贯穿图案；

(c)分别安装该第一和第二电路元件于该电路板的第一和第二焊垫上；以及

(d)回焊该第一和第二电路元件于该电路板的第一和第二焊垫上。

8、如权利要求7所述的方法，其中步骤(a)是借助一印刷刮板将该膏状助焊剂印刷于位于该印刷电路板上方的另一印刷模版上完成，其中该另一印刷模版具有只对应于该电路板的第一焊垫的贯穿图案。

9、一种用以安装一第一电路元件和一第二电路元件于一印刷电路板的表面的方法，其中该第一电路元件具有多个焊锡凸块，以及该第二电路元件具有多个焊接接脚，其中该电路板的表面上具有第一焊垫，对应于该第一电路元件的多个焊锡凸块，以及具有第二焊垫，对应于该第二电路元件的多个焊接接脚，该方法包含以下步骤：

(a)通过一印刷模版，将一锡膏覆盖于该印刷电路板的第二焊垫上，其中该印刷模版具有只对应于该电路板的第二焊垫的贯穿图案；

(b)将一膏状助焊剂注射于该电路板的第一焊垫上，其中该膏状助焊剂不含锡球或其它形式的焊锡；

(c)分别安装该第一和第二电路元件于该电路板的第一和第二焊垫上；以及

(d)回焊该第一和第二电路元件于该电路板的第一和第二焊垫上。

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