CN1945802A - 提高球栅阵列封装器件焊点可靠性的方法、电路板和工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高球栅阵列(Ball Grid Array，BGA)封装器件焊点可靠性的方法以及由该方法导出的印制电路板和钢网，该方法包括以下步骤：制备印制电路板上与器件脚位相对应的焊盘，制备将焊膏印刷到印制电路板的焊盘上的钢网，完成印制电路板上组件焊点的连接等，还包括改变印制电路板上的与单个球栅阵列器件脚位相对应的部分焊盘的尺寸或形状，使被改变部分对应的焊盘的面积变大；改变钢网上使焊膏印刷到焊盘上的、与单个球栅阵列器件脚位相对应的部分开口的尺寸或形状，使被改变开口的面积变大。实施本发明可以提高在最容易发生随机失效的位置上的焊点的强度，有效地减少球栅阵列器件外围焊点随机失效的风险，提高焊点可靠性，从而降低单板失效率。

Description

提高球栅阵列封装器件焊点可靠性的方法、电路板和工具

技术领域

本发明涉及提高集成电路在印制电路板上的焊点可靠性的技术，更具体地说，涉及一种提高球栅阵列(Ball Grid Array，BGA)封装器件焊点可靠性的方法及其电路板和工具。

背景技术

球栅阵列封装是指在印刷基板的背面按陈列方式制作出球形凸点用以代替引脚，在印刷基板的正面装配LSI芯片，然后用模压树脂或灌封方法进行密封。球栅阵列封装器件与其它封装的器件相比，有许多优点，如较低的组装成本，占用面积小，通过信号线匹配产生的失真小，由电源地的低感应化形成的噪声小等。由于球栅阵列封装器件焊点的检测和返修都比较困难，所以对焊点的可靠性要求比较严格。

通常，单板上同种球栅阵列封装器件的印制电路板焊盘、钢网的开口使用形状、尺寸一致的方法完成电路板组件组装，实现焊点互连。

但是，球栅阵列封装器件尤其是大尺寸器件，在正常的生产、测试、运输及运行时器件封装材料会产生机械变形和热变形，使焊点承受应力，应力分布遵循一定的规律，最普遍的是器件外围的焊点承受最大应力、可靠性最差，最容易发生失效。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的材料产生机械变形和热变形时，器件外围的焊点承受较大应力，导致可靠性变差的缺陷，提供一种提高球栅阵列封装器件焊点可靠性的方法、电路板和工具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种提高球栅阵列封装器件焊点可靠性的方法，包括制备印制电路板上与单个球栅阵列封装器件脚位相对应的焊盘，制备将焊膏印刷到印制电路板上焊盘的钢网，完成印制电路板上组件焊点的连接，至少还包括如下步骤中的一个：

1)改变印制电路板上与单个球栅阵列器件脚位相对应的部分焊盘的尺寸或形状，使被改变的部分焊盘的面积变大；

2)改变钢网上使焊膏印刷到焊盘上的、与单个球栅阵列器件脚位相对应的部分开口的尺寸或形状，使被改变的部分开口的面积变大。

在上述方法中，所述步骤1)焊盘尺寸的改变包括以下步骤：处于单个球栅阵列器件外围的焊盘尺寸扩大；处于球栅阵列器件中心附近的焊盘尺寸不变。

在上述方法中，所述步骤1)焊盘外形的改变包括以下步骤：处于单个球栅阵列器件外围的焊盘外形改变；处于球栅阵列器件中心附近的焊盘外形不变。

在上述方法中，所述焊盘外形的改变包括以下步骤：将焊盘由通常的圆形改为至少与原来的圆形相外切的方形、椭圆或多边形。

在上述方法中，所述步骤2)的开口尺寸的改变包括以下步骤：对应于单个球栅阵列器件外围的焊盘的开口尺寸扩大；对应于球栅阵列器件中心附近的焊盘的开口尺寸不变。

在上述方法中，所述步骤2)的开口外形的改变包括以下步骤：对应于单个球栅阵列器件外围的焊盘的开口外形改变；对应于球栅阵列器件中心附近的焊盘的开口外形不变。

在上述方法中，所述开口外形的改变包括以下步骤：将开口由通常的圆形改为至少与原来的圆形相外切的方形、椭圆或多边形。

在上述方法中，所述球栅阵列器件外围的焊盘为位于单个球栅阵列器件边缘的、所受应力较大的焊盘；所述球栅阵列器件中心附近的焊盘为单个球栅阵列器件上除上述外围焊盘外的其它焊盘。

本发明还涉及利用本发明上述方法制造的印制电路板，包括基板、与单个球栅阵列封装器件对应的焊盘，所述的单个球栅阵列封装器件对应的部分焊盘面积大于同一器件中另一部分焊盘的面积。

在上述印刷电路板中，所述单个球栅阵列封装器件对应的部分焊盘面积大于同一器件中另一部分焊盘的面积为处于球栅阵列器件外围的焊盘尺寸大于处于球栅阵列器件中心附近的焊盘尺寸。

在上述印刷电路板中，所述的单个球栅阵列封装器件对应的部分焊盘面积大于同一器件中另一部分焊盘的面积为处于球栅阵列器件外围的焊盘外形不同于球栅阵列器件中心附近的焊盘外形。

在上述印刷电路板中，所述单个球栅阵列封装器件外围的焊盘外形为至少与球栅阵列器件中心附近的焊盘相外切的方形、椭圆或多边形。

在上述印刷电路板中，所述球栅阵列器件外围的焊盘为位于球栅阵列器件边缘的、所受应力较大的焊盘；所述球栅阵列器件中心附近的焊盘为球栅阵列器件上除上述外围焊盘外的其它焊盘。

本发明还涉及一种用于上述方法中将焊膏印刷到印制电路板的焊盘上的钢网，包括与特定印制电路板上的焊盘相对应的开口，对应于单个球栅阵列封装器件管脚的部分开口面积大于同一器件中另一部分开口的面积。

在上述钢网中，所述对应于单个球栅阵列封装器件管脚的部分开口面积大于同一器件中另一部分开口的面积为对应于球栅阵列器件外围焊盘的开口尺寸大于对应于球栅阵列器件中心附近的焊盘的开口尺寸。

在上述钢网中，所述对应于单个球栅阵列封装器件管脚的部分开口面积大于同一器件中另一部分开口的面积为对应于球栅阵列器件外围焊盘的开口外形与对应于球栅阵列器件中心附近焊盘的开口外形不同。

在上述钢网中，所述对应于球栅阵列器件外围焊盘的开口外形为至少与对应于球栅阵列器件中心附近焊盘的开口相外切的方形、椭圆或多边形。

在上述钢网中，所述球栅阵列器件外围的焊盘为位于球栅阵列器件边缘的、所受应力较大的焊盘；所述球栅阵列器件中心附近的焊盘为球栅阵列器件上除上述外围焊盘外的其它焊盘。

实施本发明，具有以下有益效果：可以提高在容易发生随机失效的位置上的焊点的强度，有效地减少球栅阵列器件外围焊点随机失效的风险，提高焊点可靠性，从而降低单板失效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是球栅阵列封装器件在受热或受力时，产生形状变化的分区示意图；

图2是本发明实施例中印制电路板上焊膏效果示意图；

具体实施方式

如图1所示，图中为一个球栅阵列封装器件的整个器件的变形分区情况，由图中看出，整个器件被分为9个区域，用来表示球栅阵列封装器件受热或受力后不同的变形情况。其中，区域9的变形最小；区域1、2、3和4的变形最大，区域1、2、3和4变形的情况视具体的情况有不大的差别；区域5、6、7和8的变形与区域1、2、3和4相比，相对要小，但与区域9相比，要大得多。所以，在一般情况下，可以将区域1、2、3、4、5、6、7和8视为器件的外围区域；而将区域9视为中心附近区域。

通常情况下，采用印制电路板上的单个球栅阵列封装器件的焊盘、钢网上与单个球栅阵列封装器件焊盘相对应的开口的形状、尺寸都一致的方法完成电路板组件的组装，完成焊点互连。一般焊盘与钢网开口的形状都采用圆形。采用上述方法的缺点是在器件和印制电路板受力产生形变时，由于每点的焊锡量是同样的，而对于处于器件不同位置的焊点来说，由于受力不一样，其形变产生的垂直位移不同，所以容易出现焊点失效的情况。

由上述的球栅阵列封装器件在受热或机械变形时的所受应力情况分布可知：越靠近球栅阵列器件的边缘，所受应力越大，所产生的垂直位移越大；越靠近球栅阵列器件的中心，所受应力越小，所产生的垂直位移越小。在实践中对失效焊点的统计结果与上述受力情况分布是吻合的：越靠近球栅阵列器件的边缘，焊点失效的概率越大；越靠近球栅阵列器件的中心，焊点失效的概率越小。针对上述容易出现焊点失效的情况及产生这种情况的原因，本发明提出了一种解决上述问题的方法，并产生出一种产品和与之配套的工具。

在本发明实施例中，焊膏通过钢网印刷到印制电路板上后将使球栅阵列封装器件的外围的焊点焊膏量相对增加，提高外围焊点的强度，参见图2。在图2中，11是印制电路板，12是留在印制电路板上的焊膏，13是变形后的球栅阵列封装器件。

为达到此目的，可单独改变印制电路板上放置的与器件脚位相对应的焊盘的尺寸或形状，如将焊盘形状改为至少与原先的圆形相外切的方形、椭圆或多边形；也可单独改变钢网上使焊膏印刷到焊盘上的开口的尺寸或形状，如将开口形状改为至少与原先的圆形相外切的方形、椭圆或多边形。当然，也可以将上述的几项都改变，这些都可以根据具体的情况来实施。在本发明实施例中，是通过改变焊盘的尺寸和改变与所述焊盘相对应的钢网开口尺寸来达到此目的的。在图2所示的本发明实施例中，被改变尺寸的焊盘是左边4行和右边4行，而中心部分的7行焊盘的尺寸未变。

在本发明实施例中，设计印制电路板时，将球栅阵列封装器件外围的、受应力较大的焊盘的尺寸加大，使印制电路板上承接焊膏的面积加大；在设计与印制电路板配套的钢网时，将对应于球栅阵列封装器件外围的、受应力较大的焊盘的开口加大，使在向印制电路板印刷焊膏时，能使更多的焊膏通过钢网遗留在印制电路板。这样，在经过回流焊工序时，能形成相对于中心部分未改动的焊盘较大的锡球，在受到应力的时候有较大的强度，减少了焊点失效的概率，从而达到本发明的目的。

如果在设计印制电路板时限于具体情况不能改变球栅阵列封装器件焊盘大小和形状，可以在设计与印制电路板配套的钢网时，将对应于球栅阵列封装器件外围的、受应力较大的焊盘的开口加大，或将开口形状改为至少与原先的圆形相外切的方形、椭圆或多边形，使在向印制电路板印刷焊膏时，能使更多的焊膏通过钢网遗留在印制电路板，使球栅阵列封装器件外围的焊盘上的焊膏增加。此时，虽然印制电路板上的焊盘没有变化，焊膏会超出焊盘，但只要每个焊盘上的焊膏没有互相连接在一起，在通过回流焊工序时，由于张力的作用，焊膏仍会回到焊盘上，并形成相对于中心部分未改动开口处较大的锡球，在受到应力的时候有较大的强度，减少了焊点失效的概率，达到提高焊点可靠性的目的。

在上述的两种情况中，所改动的焊盘和开口的数量，在实际操作时，可以根据具体情况做出一定的调整，以求得最佳效果。

值得一提的是，本发明所述的球栅阵列封装(Ball Grid Array BGA)器件是广义上的，不仅包括陶瓷柱栅阵列(Ceramic Column Grid Array，CCGA)、陶瓷球栅阵列(Ceramic Ball Grid Array，CBGA)、塑料球栅阵列(Plastic BallGrid Array)、载带自动键合球栅阵列(Tape Ball Grid Array，TBGA)，也包括芯片级封装(Chip Scale Package，CSP)等器件，本发明保护范围应覆盖和包括上述器件。

由于球栅阵列封装器件的生产厂家众多，品种也极多，尺寸不尽相同，所以不能将上述外围、中心部分理解为两个固定区域，也不应按固定的面积、尺寸、球栅阵列封装器件的管脚数量来理解受力区域的划分，不同的厂家、品种、尺寸的球栅阵列封装器件的外围、中心部分的范围会有一些变化，但外围、中心部分的相对位置是不会改变的。

作为一种方法，凡是因球栅阵列封装器件受力、变形情况不同而改变印制电路板上放置的与球栅阵列封装器件脚位相对应的部分焊盘的尺寸或形状或改变钢网上与球栅阵列封装器件脚位焊盘相对应的部分开口的尺寸或形状的情况，均属于本发明保护范围。

Claims (12)

1、一种提高球栅阵列封装器件焊点可靠性的方法，包括以下步骤：制备印制电路板上与单个球栅阵列封装器件脚位相对应的焊盘，制备将焊膏印刷到印制电路板上焊盘的钢网，完成印制电路板上组件焊点的连接，其特征在于，至少还包括如下步骤之一：

1)改变印制电路板上与单个球栅阵列器件脚位相对应的部分焊盘的尺寸或形状，使被改变的部分焊盘的面积变大；

2)改变钢网上使焊膏印刷到焊盘上的、与单个球栅阵列器件脚位相对应的部分开口的尺寸或形状，使被改变的部分开口的面积变大。

2、根据权利要求1所述提高球栅阵列封装器件焊点可靠性的方法，其特征在于，所述步骤1)的焊盘尺寸的改变包括以下步骤：处于单个球栅阵列器件外围的焊盘尺寸扩大；处于球栅阵列器件中心附近的焊盘尺寸不变。

3、根据权利要求1所述提高球栅阵列封装器件焊点可靠性的方法，其特征在于，所述步骤1)的焊盘外形的改变包括以下步骤：处于单个球栅阵列器件外围的焊盘外形改变；处于球栅阵列器件中心附近的焊盘外形不变。

4、根据权利要求3所述提高球栅阵列封装器件焊点可靠性的方法，其特征在于，所述焊盘外形的改变包括以下步骤：将焊盘由通常的圆形改为至少与原来的圆形相外切的方形、椭圆或多边形。

5、根据权利要求1所述提高球栅阵列封装器件焊点可靠性的方法，其特征在于，所述步骤2)的开口尺寸的改变包括以下步骤：对应于单个球栅阵列器件外围的焊盘的开口尺寸扩大；对应于球栅阵列器件中心附近的焊盘的开口尺寸不变。

6、根据权利要求1所述提高球栅阵列封装器件焊点可靠性的方法，其特征在于，所述步骤2)的开口外形的改变包括以下步骤：对应于单个球栅阵列器件外围的焊盘的开口外形改变；对应于球栅阵列器件中心附近的焊盘的开口外形不变。

7、根据权利要求6所述提高球栅阵列封装器件焊点可靠性的方法，其特征在于，所述开口外形的改变包括以下步骤：将开口由通常的圆形改为至少与原来的圆形相外切的方形、椭圆或多边形。

8、一种按照权利要求1所述提高球栅阵列封装器件焊点可靠性的方法制造的印制电路板，包括基板、与单个球栅阵列封装器件对应的焊盘，其特征在于，所述单个球栅阵列封装器件对应的部分焊盘面积大于同一器件中另一部分焊盘的面积。

9、根据权利要求8所述可提高球栅阵列封装器件焊点可靠性的印制电路板，其特征在于，所述单个球栅阵列封装器件对应的部分焊盘面积大于同一器件中另一部分焊盘的面积为处于球栅阵列器件外围的焊盘尺寸大于处于球栅阵列器件中心附近的焊盘尺寸。

10、根据权利要求9所述可提高球栅阵列封装器件焊点可靠性的印制电路板，其特征在于，所述球栅阵列器件外围的焊盘为位于球栅阵列器件边缘的、所受应力较大的焊盘；所述球栅阵列器件中心附近的焊盘为球栅阵列器件上除上述外围焊盘外的其它焊盘。

11、一种用于权利要求1所述提高球栅阵列封装器件焊点可靠性的方法中将焊膏印刷到印制电路板的焊盘上的钢网，包括与特定印制电路板上的焊盘相对应的开口，其特征在于，对应于单个球栅阵列封装器件管脚的部分开口面积大于同一器件中另一部分开口的面积。

12、根据权利要求11所述钢网，其特征在于，所述对应于单个球栅阵列封装器件管脚的部分开口面积大于同一器件中另一部分开口的面积为对应于球栅阵列器件外围焊盘的开口尺寸大于对应于球栅阵列器件中心附近的焊盘的开口尺寸。