CN210518977U - 一种能提高表面贴装器件焊点可靠性的低应力印刷电路板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种能提高表面贴装器件焊点可靠性的低应力印刷电路板，包括：设置在表面贴装器件焊点阵列下面的PCB板部分区域有吸收应力的槽沟或者柔性材料，减少由于表面贴装器件和PCB板热膨胀系数不同对器件焊点产生的热应力，特别是器件角上和边缘处焊点的较大应力。本实用新型的创新在于改变平面方向器件焊点阵列下面PCB板部分区域的硬度和应力，从而降低器件边缘特别是角上焊点的热应力，提高焊点可靠性。

Description

一种能提高表面贴装器件焊点可靠性的低应力印刷电路板

技术领域

本实用新型涉及的是表面贴装器件中应用的印刷电路板，特别是一种能提高焊点可靠性的低应力印刷电路板的结构和制造工艺。

背景技术

表面贴装器件焊点的热应力可靠性是一个常见的问题。表面贴装器件通过多个焊点阵列贴放到印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)上，实现器件和PCB板的电学和机械连接。焊点热应力可靠性的问题来源于表面贴装器件和PCB板不同热膨胀系数，器件的膨胀系数大约在3-10ppm/℃，PCB板的膨胀系数一般是14-17ppm/℃。温度升高时，PCB板在平面方向的膨胀率比器件大，两者之间的焊点收到PCB板向器件角上和边缘方向的推力。温度降低时恰好相反， PCB板的收缩率比器件大，PCB板向器件中央方向拉焊点。另外，温度变化也会引起器件和PCB板在板子垂直方向的翘曲，焊点在垂直方向可能有拉伸或压缩的应力。器件不同位置处得焊点应力也有显著的不同，器件边缘特别是角上的焊点因为离器件中央位置远，焊点范围内的所有PCB区域都会增加应力。离开器件器件中央越远，焊点应力越大。但是焊点应力与焊点到中央的距离不成正比，众多计算机有限元模拟和实际实验焊点断裂程度表明，焊点阵列边缘，特别是角上2-3排焊点受到的应力比内部焊点大几倍以上。在器件边缘，特别是角上，焊点应力陡然上升。使用过程中反复的变化，软焊料材料的焊点容易受到反复的应力应变，出现疲劳断裂。器件四个角上的焊点受到的应力最大，通常也会首先断裂失效。

以往减少表面贴装器件焊点应力的方法主要是两个方向：一是使器件和PCB 板的热膨胀系数尽可能接近，减少应力的来源。例如增加PCB板层压板的玻璃纤维焊料降低板子的膨胀系数，但是可控成本范围内的材料改善多数情况下只能是少量的提高；二是减少器件和PCB板的硬度，通过形变吸收PCB热胀冷缩的应力，从而减少施加到焊点上的应力。减少PCB板硬度通常采用较软的PCB 层压树脂和采用树脂中较少的玻璃纤维比例，材料变化也是比较麻烦。另外的减少硬度方法是PCB板厚度的优化，器件下面全部采用较薄的板子。器件下面大面积的PCB薄板子能减少焊点的应力，但是机械强度降低，使用过程中如手机跌落PCB板子可能会损坏。

实用新型内容

本实用新型的主要创新点是在PCB板子平面方向制造表面贴装器件范围内不均匀硬度的板子。在焊点阵列下PCB关键位置处设立小面积的软性结构和区域，这些位置包括焊点阵列角部，中央或者两者之间的部分区域。其余多数器件区域PCB不变化，保持原来的硬度。PCB上的小面积局部软性区域作为板子平面方向的应力缓冲层和隔离层，能有效减少PCB板子热胀冷缩带给器件焊点的应力，同时没有全部减薄器件下面的PCB板子，能保持一定的板子机械强度。

表面贴装器件范围内的软性结构是在PCB平面方向的局部小面积区域制造空的槽沟或者柔性材料结构。在PCB板的厚度方向，需要确定槽沟或者柔性材料结构的厚度以及与PCB各个层压层之间的相对位置。

附图说明

图1.传统PCB板上贴装器件的剖面图。

图2.低应力PCB板实施例子1：焊点角部软性PCB区域的剖视图。

图3.低应力PCB板实施例子1：焊点角部软性PCB区域的俯视图。

图4.低应力PCB板实施例子2：焊点中央软性PCB区域的剖视图。

图5.低应力PCB板实施例子2：焊点中央软性PCB区域的俯视图。

图6.低应力PCB板实施例子3：焊点角部和中央之间的软性PCB区域的剖视图。

图7.低应力PCB板实施例子3：焊点角部和中央之间的软性PCB区域的俯视图。

图8.低应力PCB板厚度方向埋入式槽沟剖视图。

图9.低应力PCB板厚度方向柔性材料剖面图。

附图的部件标记如下：1.贴装器件；2.焊点阵列；3.印刷电路板(PCB)；4. 阻焊层；5.铜层；6.层压树脂；7.PCB板槽沟结构；8.PCB柔性材料结构； 9.采用临时胶；10.机械切割口

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

图1是传统PCB板上贴装器件的剖面图。贴装器件1通过焊点阵列2连接 PCB板3上。PCB板3是由多层材料组成，包括多层的阻焊层4，铜层5，和层压树脂6。为了说明后面PCB槽沟和柔性材料结构与PCB的相对厚度，本实用新型采用四层铜PCB作为实施例子的样品，实际专利应用适合单层和多层铜的 PCB板子。

器件焊点下面的PCB板性质如膨胀系数和硬度直接影响温度变化时PCB热胀冷缩施加到焊点的应力。除了PCB材料外,PCB的厚度对板子硬度有影响，越薄的板子越容易形变，施加到焊点特别是边缘和角上高可靠性风险焊点的应力越低。传统PCB板需要一定的厚度维持机械强度，也有PCB板工艺的限制，PCB 板子不能做得很薄，通常PCB板子厚度在0.8-1.0mm。因此器件焊点的热应力大，焊点可靠性降低。

图2、图3是低应力PCB板实施例子1：焊点角部软性PCB区域。槽沟7或者柔性材料在PCB板焊点阵列的角部。至少覆盖每个角部最外部三个焊点。角部焊点直接连接软性的PCB板，焊点收到的应力减少，可靠性提高。

图4、图5是低应力PCB板实施例子2：焊点中央软性PCB区域。中央软性 PCB变软，传递给边缘和角上焊点的应力变低。

图6、图7是低应力PCB板实施例子3：焊点角部和中央之间的软性PCB区域。中央环型的PCB槽沟7隔离了中央和边缘PCB的应力，总体减少了角上焊点的应力。

图8、图9是低应力PCB板厚度方向槽沟或者柔性材料剖面图。槽沟7或者柔性材料8可以埋在PCB板内部，好处是可以上下面都布线。特别是图8,柔性材料层直接在焊点铜焊片下，可以有效降低焊点应力。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种能提高表面贴装器件焊点可靠性的低应力印刷电路板，其特征在于：包括：设置在表面贴装器件焊点阵列下面的PCB板部分区域有吸收应力的槽沟或者柔性材料，减少由于表面贴装器件和PCB板热膨胀系数不同对器件焊点产生的热应力，特别是器件角上和边缘处焊点的应力。

2.根据权利要求1所述的低应力印刷电路板，其特征在于：槽沟或者柔性材料在焊点阵列角部、中央或者两者之间区域，从而在关键局部位置处改变PCB的硬度和应力，可以起到减少局部基板应力或者隔离应力在PCB板上传输的作用。

3.根据权利要求2所述的低应力印刷电路板，其特征在于：槽沟或者柔性材料在PCB板焊点阵列的角部，至少覆盖每个角部最外部三个焊点，每个角上三个焊点离开器件中心位置最远，受到的热应力远大于内部焊点，角部焊点直接连接的PCB板区域变软，降低了PCB板热胀冷缩给角部焊点带来的应力，提高了焊点可靠性。

4.根据权利要求2所述的低应力印刷电路板，其特征在于：槽沟或者柔性材料在PCB板焊点阵列的中央，至少覆盖中央3×3个焊点大小区域，中央局部变软的PCB板在板子热胀冷缩时对器件角上焊点传递的热应力变小，应力最大最危险的角部焊点不易断裂。

5.根据权利要求2所述的低应力印刷电路板，其特征在于：槽沟或者柔性材料在PCB板焊点阵列的角上和中央之间的区域，宽度大约是焊点大小或者更大，中间区域的局部软PCB结构将中央和角部PCB的应力隔离开来，作为缓冲层，减少了中部PCB热胀冷缩产生的应力向角部传输，降低了角部焊点的应力。

6.根据权利要求1所述的低应力印刷电路板，其特征在于：槽沟或者柔性材料可以是对相应PCB板位置无表面贴装器件的一侧开孔，或在PCB板内部。

7.据权利要求1所述的低应力印刷电路板，其特征在于：槽沟或者柔性材料的厚度是PCB板厚度的20-90％；PCB板中有多层高分子树脂、铜层和阻焊层，槽沟或者柔性材料可以代替这其中部分层的材料。

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