CN204598465U - 一种电路板盲孔结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及印刷电路板，更确切地说，是提供一种基于印刷电路板的特殊盲孔结构，包括设置于介质层中的并贯穿介质层的通孔，位于介质层背面并将通孔底部开口覆盖阻塞住的金属布线，位于介质层正面的金属焊盘并使通孔的顶部开口从金属焊盘中裸露出来，覆盖在通孔内壁的导电层将金属焊盘电性连接到金属布线。

Description

一种电路板盲孔结构

技术领域

本实用新型涉及印刷电路板，更确切地说，是提供一种基于印刷电路板的特殊盲孔结构。

背景技术

现有技术亟待提供一种较佳的盲孔工艺，以便能解决焊盘与走线间隙过小影响制作的问题，又能避免机贴时焊锡从孔内流出而导致焊接不良的情况，从而提高良率并降低制板厂的工艺制作难度，但现有技术无法实现这些。

在一些相关的现有技术中，譬如中国专利申请CN202587598U公开了一种焊盘结构及对应的PCB电路板，其焊盘结构用于焊接最外圈引脚为NC引脚的BGA芯片，在PCB电路板上对应BGA芯片最外圈的NC引脚区域设置为PCB板的绝缘树脂区域，如图1所示。该实用新型针对最外圈的引脚为NC引脚的BGA芯片设计，在PCB板上对应BGA芯片最外圈的NC引脚区域设置为PCB板的绝缘树脂区域，即为非焊盘区域，使得次外圈焊盘的PCB布线不受最外圈焊盘的阻挡，并且次外圈焊盘的PCB布线能够直接从PCB板表层布线层走线，在PCB板上省去了次外圈焊盘的一圈镭射孔，少占用了一层内层走线，而且还节省了布线的空间，降低了PCB板的制造成本。

在另一些相关的现有技术中，譬如中国专利申请CN203368924U公开了一种PCB板焊盘结构，如图2所示，PCB板焊盘结构包括PCB板1和设置在PCB板表面的焊盘2，焊盘2上设有通孔3，焊盘2包括一体设置在一起的宽部4和尖部5，宽部4向尖部5逐渐过渡，通孔3设置在宽部4中部；PCB板上设有多个焊盘2，焊盘2之间宽部4和尖部5交错设置。通过将宽部4和尖部5交错设置可以将PCB板焊盘排列的更紧密，通过在PCB板焊盘上设置尖部可以引导焊锡6沿着宽部4向尖部5方向溢流防止焊盘2之间的短路发生。

此外还在其他的一些相关的现有技术中，譬如美国专利申请US2013180761A1公开了一种印刷电路板补偿处理方法，用于在夹线和PAD之间的距离过小时也能完成BGA制造。包括：按照预设条件对焊盘PAD和/或夹线进行补偿；当补偿后所述夹线到PAD之间的最短距离小于第一预设距离时，将PAD与所述夹线相对的部分削去第二预设宽度。该实用新型还公开了用于实现其方法的设备及利用该方法制成的PCB。

很不幸的是，现有技术无法完全解决焊盘与走线间隙过小影响制作的问题，而又能实现避免机贴时焊锡从孔内流出而导致焊接不良等情况，所以仍然有必要提供更佳的制备工艺来抑制该现象，继续提高良率，实现降低制板厂的制作难度。

实用新型内容

在一个实施例中，本实用新型提供了一种盲孔结构，包括：设置于一介质层中的并贯穿介质层的通孔；位于介质层背面并将通孔底部开口覆盖阻塞住的金属布线；位于介质层正面的金属焊盘并使通孔的顶部开口从金属焊盘中裸露出来；覆盖在通孔内壁的导电层将金属焊盘电性连接到金属布线。

上述的一种盲孔结构，在介质层正面形成有由多个金属焊盘构成的阵列。

上述的一种盲孔结构，所述阵列中各个金属焊盘之间的单元间距小于或等于0.4mm。

上述的一种盲孔结构，所述金属焊盘上安置有焊锡球；

其中，在回流阶段所述焊锡球的一部分熔化进入所述通孔内部，且所述金属布线抑制所述焊锡球从所述通孔的底部开口外溢。

上述的一种盲孔结构，所述导电层为金属镀层。

上述的一种盲孔结构，所述金属镀层的材质为铜。

上述的一种盲孔结构，利用激光打孔技术制备所述盲孔结构。

在一个实施例中，本实用新型还提供了一种盲孔结构的方法，包括以下步骤：在介质层的底面的至少局部区域形成金属布线；在介质层的顶面的一个预设区域对介质层进行钻孔形成介质层中的通孔；通孔对准金属布线使金属布线覆盖阻塞住通孔的底部开口；在通孔的内壁电镀导电层；在所述预设区域形成金属焊盘。

上述的方法，通过激光钻孔形成贯穿介质层的通孔，并且激光钻孔程序停止于金属布线从通孔的底部开口中开始外露的时刻。

上述的方法，形成金属焊盘的步骤中，使一个金属焊盘的各区域对应位于一个通孔的顶部开口的周围而不要将通孔的顶部开口覆盖住，从而将一个通孔的顶部开口相应从一个金属焊盘中裸露出来。

上述的方法，在介质层正面形成由多个金属焊盘构成的阵列，阵列中各个金属焊盘之间的单元间距小于或等于0.4mm。

上述的方法，在通孔的内壁电镀铜的导电层。

上述的方法，安置焊锡球至金属焊盘上，焊锡球在回流阶段使焊锡球的一部分熔化进入通孔内部，由金属布线来抑制焊锡球从通孔的底部开口外溢。

附图说明

阅读以下详细说明并参照以下附图之后，本实用新型的特征和优势将显而易见：

图1是现有技术中一种焊盘结构及对应的PCB电路板；

图2是现有技术中一种PCB板焊盘结构；

图3是BGA焊盘与走线间的非常小的空隙；

图4是贯穿电路板制备盲孔的步骤；

图5是在焊盘上植球的示意图；

图6是焊锡球的焊料容易从贯穿的通孔中流出的示意图；

图7是本实用新型不贯穿电路板而制备盲孔的步骤；

图8是焊锡球的焊料无法从贯穿的通孔中流出的示意图。

具体实施方式

参见图3展示的印刷电路板10的俯视局部示意图，以球栅阵列结构BGA为例进行阐释，在电路板10的顶面上的一个第一区域15中布置有若干个包含有焊盘15a和/或焊盘15b的阵列，通常封装类型为BGA的芯片可以直接通过表面贴合技术SMT安装到该第一区域15，焊锡球或金属凸块会焊接在焊盘15a和/或焊盘15b上同时也粘附在芯片的与外部进行电性耦合的金属衬垫pad上，便可实现将芯片机械及电性的安装到电路板10之上。我们发现在该图中，除了第一区域15之外，还在电路板10的顶面上设置有与第一区域15邻近的另一个第二区域17，注意到第二区域17中也相应设置了另一些焊盘17a，第二区域17可以利用表面贴片技术来安装一些其它封装类型的元器件。

当前的一种典型需求是，在电路板10上，需要将第一区域15也即球栅阵列结构内圈的一个或若干个焊盘15a引导至与球栅阵列结构区域外部其他电路区如第二区域17的进行耦合，随着集成度越高出现这种要求的几率就越多。在图3的实施例中，为了实现这一点，第一区域15中的焊盘15a通过可以导电的布线路径16电性连接到第二区域17的一个焊盘17a。在这种出线方法中，如果BGA中焊盘之间的单元间距cell Pitch过小，则BGA焊盘与布线路径16之间的空隙会非常小，那么就要求电路板制造工厂具有高精度的蚀刻工艺来避免布线路径16和他附近的焊盘短路。发现位于球栅阵列之间的布线路径16严重受到球栅阵列的极小单元间距的限制了。如果无法提供良好的制造环境和高精度工艺就会显著抬升由于短路造成的良率困境。

图4的另一种可选方法作为替代方案，可以部分改善图3的棘手问题。在图4中，介质层20被打通贯穿，例如在介质层20中形成贯穿介质层20整个厚度的一个或者多个通孔24，注意在介质层20的顶面覆盖形成有焊盘21a，而且该焊盘21a作为承载焊锡球的焊接对接区。同时还在介质层20的底面覆盖有金属布线路径21b，换而言之，焊盘21a被电性耦合并引导到介质层20的其他预设区域不再是依赖图3中的金属布线路径16，替代的方案是，介质层20正面的焊盘21a通过通孔24电性连接到介质层20反面的金属布线路径21b。我们认为，此时介质层20正面的各个焊盘21a之间的间距即便再小，也不必再担忧非预期与金属布线路径21b连接的其他焊盘会和金属布线路径21b之间产生图3所示的潜在短路。

在图4的实施例中，为了将介质层20正面的焊盘21a电性连接到介质层20反面的金属布线路径21b，通常会至少在通孔24的内壁上附着形成导电层21d，该导电层21例如电镀铜，良好的覆盖在通孔24的内壁上并同时耦合到介质层20正面的焊盘21a和耦合到介质层20反面的金属布线路径21b。

参见图5，因为焊盘21a终究是要和芯片进行互连，所以焊盘21a上必定会对应安置有焊锡球25或者其他类型的金属凸块。业界的具本领域通常知识者都知道，焊锡球25在很多时候会进入熔化阶段，典型的例如在回流步骤中，具有流动性的焊锡球25的物理特性之一就是在重力或张力的影响下，很容易从介质层20正面流经通孔24而侵入到介质层20反面，业界也有人认为这一表象可能是毛细现象带来的一种负面效应，而且不同的铅含量也影响着焊锡球25的流动性。虽然我们很期望焊锡球25能维持在图5的完美形态，然而很不幸的是，在绝大部分时候，焊锡球25产生图6所示的经由通孔24的疏通而流向介质层20反面。这至少会带来两方面的不利因素，其一是正面的焊锡球25因为坍塌变形，量变少，后续的形貌和体积容量不足以完成与芯片上的金属化衬垫pad实施对接焊接，产生虚焊现象。另一方面，焊锡球25流通到介质层20反面的不期望的额外焊料部分25a属于外来物，会显而易见的污染到介质层20反面的其他布线线路或其他导电区域。

参见图7，作为图5的替代方案，我们依然需要形成介质层20中的通孔24，只不过在本方案中，通孔24虽然穿过介质层20，却并没有贯穿介质层20底面的金属布线21b，在通孔24制备形成的步骤中，有必要使得制备通孔24的步骤停留截止于金属布线21b从通孔24底部裸露出来的时刻，则通孔24对准金属布线21b具有的一个区域21c上，而且被预留下来的该区域21c之后就刚好将通孔24的底部阻塞住。

在一个基本的流程中，制备流程可以设计为，先在介质层20的底面的至少局部区域沉积或覆盖形成金属布线21b，然后在介质层20的顶面的一个预设区域对介质层20进行钻孔，例如通过激光钻孔的方式来实现，使得在预设区域穿过介质层20的通孔24与介质层20底面的金属布线21b的至少一部分区域(例如区域21c)对准，钻孔停止于金属布线21b从通孔24的底部裸露出来的时刻。之后再在通孔24的内壁上电镀导电层21d，后续再在穿过钻孔形成通孔24的预设区域形成金属焊盘21a，从而制备形成如图7所示的位于PCB介质层20之中的完整盲孔结构，该盲孔结构主要包括介质层20底面的金属布线21b，和包括穿过介质层20但未穿过金属布线21b的通孔24，也还包括了附着于通孔24内壁的例如Cu镀层的导电层21d，以及包括介质层20顶面的金属焊盘21a，其中导电层21d将焊盘21a电性连接到金属布线21b上。

在图8的贴片机制中，发现即便焊锡球25熔化具有流动性，高温使得熔化状态的焊锡球25的一部分侵入通孔24之中，但由于金属布线21b并未被打穿，金属布线21b与通孔24对准的一个区域21c将通孔24完美的阻塞住，实现抑制焊锡球25从通孔24中流淌出来的现象。较之图5～6的方案，业界的设计人员对于本实用新型的设计思路无疑是乐见其成的，其带来的优势显而易见。在盲孔结构中，通孔24位于电金属布线21b和焊盘21a之间的介质层20中，焊盘21a的各区域实质布置在通孔24位于介质层20正面的开口端周围，从而使得通孔24的顶部开口从金属焊盘21a中外露。因此允许通孔24顶部在介质层20的正面具有开放裸露的开口端，该顶部开口不被焊盘21a阻塞覆盖住，在一些可选但非限制性的实施例中通孔24顶部开口大体上靠近焊盘21a的中心位置，但是必须要求通孔24底部开口却是在介质层20的背面被金属布线21b闭锁住。

另外，激光打孔技术具有精度高、通用性强、效率高等优点，激光束是一种在时间上和空间上高度集中的光子流束，其发散角很小、聚焦性能良好，采用光学聚焦系统，可以将激光束集聚到微米量级的极小范围内，通过设定激光的平均功率、时间，脉冲频率、脉冲能量等，可以籍由激光，钻出所需的深度和孔径。激光的作用能力是和时间成正比的，所以钻孔流程对于我们而言是很容易控制。

在本申请中，可有效降低含有小焊盘间距Pitch(间距≤0.4mm)的制作工艺难度，换言之，因为在介质层20正面的由大量金属焊盘构成的焊盘阵列中，各个金属焊盘之间的单元间距小于或等于0.4mm时，现有技术无法将内侧的通过布线路径焊盘直接导出，但本申请却能够挑战阵列中各金属焊盘之间的单元间距≤0.4mm的情况。最终解决普通工艺焊盘与走线间隙过小良率较低或者不能制作的问题。解决普通通孔工艺因为漏焊锡料而无法保障机台贴焊接可靠性的问题，有助于提高FPCA良率和量产。

在本申请的特殊盲孔工艺中，在BGA焊盘面通过激光钻孔至背面走线层，但不打穿，这样既能解决焊盘与走线间隙过小影响制作的问题，又能避免机贴时焊锡从孔内流出而导致焊接不良的情况。

以上，通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，上述实用新型提出了现有的较佳实施例，但这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本实用新型的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本实用新型的意图和范围内。

Claims (7)

1.一种盲孔结构，其特征在于，包括：

设置于一介质层中的并贯穿介质层的通孔；

位于介质层背面并将通孔底部开口覆盖阻塞住的金属布线；

位于介质层正面的金属焊盘并使所述通孔的顶部开口从所述金属焊盘中裸露出来；

覆盖在通孔内壁的导电层将金属焊盘电性连接到金属布线。

2.根据权利要求1所述的一种盲孔结构，其特征在于，在介质层正面形成有由多个金属焊盘构成的阵列。

3.根据权利要求2所述的一种盲孔结构，其特征在于，所述阵列中各个金属焊盘之间的单元间距小于或等于0.4mm。

4.根据权利要求1所述的一种盲孔结构，其特征在于，所述金属焊盘上安置有焊锡球；

其中，在回流阶段所述焊锡球的一部分熔化进入所述通孔内部，且所述金属布线抑制所述焊锡球从所述通孔的底部开口外溢。

5.根据权利要求1所述的一种盲孔结构，其特征在于，所述导电层为金属镀层。

6.根据权利要求5所述的一种盲孔结构，其特征在于，所述金属镀层的材质为铜。

7.根据权利要求5所述的一种盲孔结构，其特征在于，利用激光打孔技术制备所述盲孔结构。