专利名称：用于利用应力回流方法重塑一个电子模块的互连元件的形状,尤其用于恢复其平直性的 ...的制作方法
技术领域：
本发明的领域是电子和无线电通信领域。
背景技术：
更具体地，本发明涉及电子模块(以下称为“模块”)的修补，其中导电互连元件的自由端表现出一个缺陷，其原因是所述自由端的顶部不适合一个预定的二维或三维包壳。
本发明尤其适用、但不专用于导电元件的平直性的恢复(即在二维或三维包壳是一个平面的特定情况下)。这是当前最常见的情况，其中模块将要转接到其上的主板表面是一个平面。
作为说明，下文讨论了在恢复导电元件的平直性的情况下按照现有技术的技术问题和解决方案及其局限性。显然此讨论易于被本领域技术熟练者转换为就任何预定的(不一定是平面的)二维或三维包壳形状来重塑导电元件顶部的形状。这样的二维或三维包壳形状可能是由例如模块将要转接到其上的主板的表面不是平面的这一事实而产生的。
本发明在涉及一个插入结构(interposition structure)的无线电通信模块的情况下尤其令人感兴趣。如图1所示，这样一个模块在物理上通常由几个元件构成-一块印刷电路板12；-一个提供电磁屏蔽并且遮盖所述印刷电路板12的顶面上支持的电子部件的外壳11；-所述的印刷电路板的底面上支持的一组其他电子部件；
-由导电元件14构成的一个互连系统(以下也称为“插入结构”)13，所述互连系统同时形成所述的印刷电路板的底面的电磁屏蔽装置和/或电互连装置和/或转接到一块主板15上的装置。
以这种方式产生的机械堆叠可能在模块的工业制造期间引起一个不能接受的平直性缺陷，即在对于这些模块的导电元件上的任何电子部件或宏部件通常所认可的容限之外。换句话说，由于平直性缺陷，某些模块不能被转接到一块主板上。
对于一个标准的主板转接操作一般允许的一个最大平直性缺陷值是100至150微米量级。
作为一条一般规则，不管模块是否包括一个插入结构，待纠正的表面平直性缺陷都可能是一个或多个原因(机械堆叠、长度不等的一组原始的导电元件、在一个或多个回流周期期间模块上的应力释放等)的结果。
图2描绘了一个模块21，它包括一个插入结构22，并且在导电元件24的某些自由端和此模块要转接到其上(通过乳酪焊接或焊膏26)的主板25之间表现出了空的间隙23，这是表面平直性缺陷的特征。由于这些间隙，当把模块转接到主板上时不能符合良好的可焊性标准，而良好的可焊性标准通常是受到重视的。
另一方面，图3描绘了将一个模块31转接到一块主板32上，它没有表现出表面平直性缺陷，导电元件33的所有自由端的顶部都大致位于同一平面中。因此，在导电元件的某些自由端与主板之间很少有或没有空的间隙。因此，当把模块转接到主板上时能够符合通常受到重视的良好的可焊性标准。
在现有技术中，到此为止没有已知的方法能用来修补这种模块的导电元件的自由端顶部的表面平直性缺陷(或者更一般地，关于一个预定的二维或三维形状的缺陷)。实际上，由于经济原因，多数电子部件制造商认为在有缺陷的电子模块离开生产线时挑选出它们并且去除它们比起系统地或有条件地修补它们来代价小得多，后者会导致所述模块的单位成本不可忽略的增加。
由扔弃有缺陷的电子模块构成的现有技术的这种技术经济的方法的一个缺点是当扔弃更昂贵的模块时它导致的不可忽略的附加成本。更昂贵的模块这个词尤其但不专门指无线电通信模块，这种模块由于与其使用相关的复杂性和所包含的技术而具有高得多的单位成本。
本发明尤其针对解决现有技术的这个主要缺点。
发明内容
更具体地，本发明的目标之一是提供一种设备和方法，用于重塑分布在一个电子模块的底面上的一组导电元件的形状，尤其是恢复其表面平直性。
本发明的另一个目标是提供这样一种设备和方法，其成本低廉并且易于使用。
本发明的一个进一步的目标是为显著降低原来由扔弃模块而生成的附加成本做出贡献。
这些目标与以下将显现的其他目标一起，是用一种重塑分布在一个电子模块的底面上的一组导电元件的形状的方法实现的，所述的导电元件组形成将所述模块转接到一块主板上的装置和/或所述模块的底面的电磁屏蔽装置和/或与所述主板的电互连装置。所述方法包括在一个带有预定形状的壁的体积中的一个模块应力回流步骤，以使得能够进行所述模块的至少某些组成元件之间的应力释放，以便所述的导电元件组的自由端的顶部适合一个预定的二维或三维包壳。
指出以下这一点是很重要的应力回流这个词首先是指将热应力施加到所述模块(使用了回流方法)，其次是通过将所述模块陷入到一个带有预定形状的壁的体积中来施加机械应力。
此外，模块的至少某些组成元件之间的应力释放这个说法是指模块的至少某些组成元件之间的至少某些装配连接的释放。
通过这种方式，本发明是基于一种完全新颖并且创造性的、处理表现出一个形状缺陷(尤其是一个表面平直性缺陷)的模块的方法，既符合经济成本和附加成本标准，也符合纯技术标准。实际上，在电子和无线电通信领域，在现有技术中，本领域技术熟练者一直以来总是在认为离开生产线时引起的附加成本可忽略的情况下，赞成扔弃被识别为有缺陷的模块，假定所述生产线一般以极低的单位成本生产几十万或者上百万的电子模块或部件的话。
在本发明的一个首选实施例中，所述的带有预定形状的壁的体积是这样一种体积其中要与所述的导电元件组的自由端的顶部接触的第一壁是一个平面壁；所述的预定的二维或三维包壳是一个平面；所述的重塑形状是修复表面平直性。
所述的带有预定形状的壁的体积是这样一种体积其中将要与所述模块的、与导电元件分布其上的表面相对的表面接触的一个第二壁是一个平面壁。
有利地，所述的模块应力回流步骤包括以下步骤-将所述模块放置在一块板上；-将一块背板放置在所述的板上，以便将所述模块陷入所述的板和所述的背板之间形成的带有预定形状的壁的体积中，并且对所述模块施加应力；-将所述的板/模块/背板重叠放到一个炉子中，并且根据一个适当的温度分布图加热，以使得能够进行所述模块的至少某些组成元件之间的应力释放。
有利地，所述的加热步骤之后有以下步骤-冷却所述的板/模块-背板重叠；-将所述模块从所述的带有预定形状的壁的体积中取出。
也有利的是，所述的温度分布图被定义为超过衬底的玻璃质转换点，以修改它的机械常数，并且使得它能够被变形。实际上，所述电子模块包括至少一个可能是有机衬底类型的衬底。
在本发明的一个特定实施例中，所述的温度分布图最好被定义为当至少一个模块衬底是被连接体化的类型时，释放所述的连接体和至少一个有机衬底之间焊接缝上的机械应力。实际上，在此实施例中，所述电子模块包括由至少一个焊接缝连接的至少一个衬底和至少一个连接体。
本发明的原理之一是由以下步骤构成的将所述电子部件或模块放置在一个设备中以使它能够经历一个热过程和一个机械过程。通过这种方式，所述的电子模块联合地受到机械应力和一个热过程。
此外，所述的温度分布图被分成两个部分，对应于在一个炉子中进行的整个电子模块的加热阶段的一个第一部分，以及一个第二冷却部分，在所述的第二冷却部分中，所述的电子模块及其组成元件受到机械应力直到一个预定的临界温度。
有利地，在所述的将模块放置在板上的步骤中，所述模块被放置在所述板上形成的一个适当的外壳中。
有利地，所述的将背板放置在板上的步骤包括一个将背板固定在所述板上的步骤，以便优化对于板和背板之间形成的带有预定形状的壁的体积中的模块的应力施加。
本发明被有利地应用于一个无线电通信模块。
在本发明的一个有利的应用中，所述模块包括属于包括柱、珠、垫圈和环的群组的导电元件。
本发明还被有利地应用于一个包括以下部分的模块-部件被安放其上的一块印刷电路板；-一个插入结构，其中*一个第一表面支持第一组导电元件，以使得能够经由其第一表面将所述插入结构转接到所述的印刷的电路板的底面上；*一个第二表面，支持第二组导电元件，以使得能够通过经由其第二表面将所述的插入结构转接到所述主板上来将所述模块转接到所述的主板上。
在这种情况下，所述方法使得能够重塑所述的第二组导电元件的形状。
在一个第一实施例中，所述的第一和第二组导电元件被合并，由所述的插入结构的第一表面支持的元件穿过并凸出到所述插入结构的第二表面上。在这种情况下，所述方法用于重塑凸出到所述的插入结构的第二表面上的导电元件的自由端的形状。
在一个第二实施例中，所述的第一和第二组导电元件没有被合并，所述的第一组的每个元件被连接到一个导电穿透开口的第一端，每个穿透开口的第二端被连接到所述的第二组的一个元件。在此情况下，所述方法用于重塑所述的第二组的导电元件的自由端的形状。
本发明还涉及一种用于重塑分布在一个电子模块的底面上的一组导电元件的形状的设备，所述的导电元件组形成将所述模块转接到一块主板上的装置和/或用于所述模块底面的电磁屏蔽装置和/或与所述主板的电互连装置。根据本发明的所述设备包括一个带有预定形状的壁的体积中的模块应力回流装置，以使得能够进行所述模块的至少某些组成元件之间的应力释放，以便所述的导电元件组的自由端的顶部适合一个预定的二维或三维包壳。
有利地，所述的带有预定形状的壁的体积是这样一种体积其中要与所述的导电元件组的自由端的顶部接触的第一壁是一个平面壁；所述的预定的二维或三维包壳是一个平面；所述的重塑形状是修复表面平直性。
有利地，所述的带有预定形状的壁的体积是这样一种体积其中将要与所述模块的、与导电元件分布其上的表面相对的表面接触的一个第二壁是一个平面壁。
在一个首选实施例中，所述的模块应力回流装置包括-一块板，所述模块被放置其上；-一块背板，所述背板将要被放置在所述的板上，以便将所述模块陷入所述的板和所述的背板之间形成的带有预定形状的壁的体积中，并且对所述模块施加应力；-一个炉子，其中所述的板/模块/背板层叠被放到所述的炉子中，所述的炉子被用于根据一个适当的温度分布图加热所述层叠，以使得能够进行所述模块的至少某些组成元件之间的应力释放。
有利地，所述模块应力回流装置还包括
-板/模块-背板层叠冷却装置；-将所述模块从所述的带有预定形状的壁的体积中释放的装置。
也有利的是，根据本发明所述的设备还包括温度分布图应用装置，使得它能够超过衬底的玻璃质转换点，以修改它的机械常数，并且使得它能够被变形。
在本发明的一个使用一种被连接体化型的衬底的特定实施例中，根据本发明所述的设备包括温度分布图应用装置，使得它能够释放所述的连接体和至少一个有机衬底之间的焊接处上的机械应力。
有利地，所述的板包括一个外壳，其形状适于接收所述的模块。
将背板放置在板上的装置最好包括将所述背板固定在所述板上的装置，以使得能够优化对于板和背板之间形成的带有预定形状的壁的体积中的模块的应力施加。
本发明还涉及各包括一组分布在所述模块的底面上的导电元件的电子模块类型的生产方法，所述的导电元件组形成将所述模块转换到一块主板上的装置和/或所述模块的底面的电磁屏蔽装置和/或与所述主板的电连接装置。所述的生产方法包括实现上述的重塑分布在一个电子模块的底面上的一组导电元件的形状的方法的步骤。
在一个第一实施例中，所述的重塑形状方法实现步骤对于所有被制造的模块系统地执行。
在一个第二实施例中，所述的生产方法包括检测制造出的模块中被称为缺陷模块的步骤，所述的缺陷模块在导电元件的自由端的顶部对于一个预定的二维或三维包壳表现出大于一个预定阈值的形状缺陷。此外，所述的重塑形状方法实现步骤只对所述的缺陷模块执行。
在阅读以下对于一个首选实施例的说明和附图时，本发明的其他特征和优点将更清楚地显现，该首选实施例仅是作为一个说明性而非限制性的例子被给出的，在附图中-已经就现有技术而言被说明的图1表示一个包括一个插入结构的无线电通信模块；-也已经就现有技术而言被说明的图2描绘了转接到一块主板上的一个模块的互连元件的表面平直性缺陷；-也已经就现有技术而言并且与图2一起被说明的图3描述了一个模块到一块主板上的最佳转接，其中互连元件没表现出任何表面平直性缺陷；-图4三维地描绘了根据本发明的用于修复一个模块的互连元件的表面平直性的设备的一个特定实施例；-图5表示图4的设备的一个截面图；-图6表示根据本发明用于通过应力回流装置修复导电元件的自由端的表面平直性的方法的一个特定实施例；-图7描绘了一个模块生产方法的一个特定实施例的各种步骤，该模块生产方法包括根据本发明的用于修复制造的模块的导电互连元件的表面平直性的方法。
具体实施例方式
本发明的基本原理是基于在一个带有预定形状的壁(例如平面壁)的体积中进行的模块的应力回流。通过这种方式，导电元件的顶部被重塑形状，目的在于随后能够通过焊接方式将模块最佳地转接到一块主板上。
以下在说明中，只考虑了由恢复导电元件的自由端的顶部的表面平直性构成的重塑形状的情况。但是，显然本发明更一般地适用于重塑导电元件的形状以便其自由端的顶部适合一个预定的二维或三维包壳。此形状可以是接收模块的主板的表面形状的函数(例如互补的)。例如，此形状包括一个或多个肩部。
现在将给出根据本发明的恢复一个模块的互连元件的表面平直性的方法的首选实施例。例如，这些元件属于包括柱、环、垫圈和珠的群组。但是显然此列表不是无遗漏的。
在图4和5所描述的特定实施例中，根据本发明的要被修补的模块44的设备包括-一块板41，其中模块被锁定，从而导电元件43的自由端朝向下；-放置在所述板41上的一块背板42；-用于紧固被支持在其导电互连元件55上的模块并向其施加应力的至少两个螺母43。
根据本发明的用于通过应力回流方式恢复表面平直性的方法是基于上述设备(图4和5)的，上述设备被用于把要修补的模块嵌入到板和背板之间形成的一个带有平面壁的体积中，并且向其施加应力。它还基于由图6中的流程图描述的以下应力回流步骤60-将所述模块放置在一块板中的一个适当的外壳中61；-将一块背板放置在所述板上62；-将所述的板/模块-背板层叠转移到一个炉子中63；-根据一个适当的温度分布图加热64，以使能被修补的模块的至少某些组成元件之间的应力释放；-所述的板/模块/背板层叠的冷却65；-将修补后的模块从所述的带有平面壁的体积中取出66。
在一个特定实施例中，对要修补的模块的嵌入之后可以有一个紧固步骤，例如通过螺母的方式(图4和5)，以便优化对板和背板之间形成的带平面壁的体积中模块的应力施加。紧固的程度可以根据要被修补的模块的组成元件的机械抵抗应力来控制和/或编程。
图7表示一个特定的电子或无线电通信模块生产方法70，它包括以下几个步骤-一个未处理的模块生产步骤71；-一个检测某些模块的表面平直性缺陷的步骤72；-一个选择性地供应表现出表面平直性缺陷的模块的步骤73；-一个根据本发明(图6)的修复分布在缺陷模块的底面上的导电元件的表面平直性的方法的实施步骤74；-一个将修补后的模块和无缺陷的模块集储到都能被最佳地转接到一块母板上的同一组模块中的步骤75。
此特定生产方法的一个有利的替换实施例可以由在生产线中系统地实现所述的根据本发明的修复表面平直性的方法构成。通过这种方式，所有离开生产步骤的模块都被修补。
根据此特定生产方法的另一个替换实施例，在模块修补步骤74之后，该方法循环至表面平直性缺陷检测步骤72(由图7中附注为76的虚线箭头所表示)。通过这种方式，验证了修补后的模块的表面平直性是正确的。
在上述特定实施例中，所述模块包括一个包含所述导电互连元件组的插入结构。但是，显然根据本发明所述的用于修复表面平直性的设备和方法也可以应用于任何其他不使用这样一种插入结构但是其中互连元件仍表现出一个表面平直性缺陷的模块。
权利要求
1.一种重塑分布在一个电子模块的底面上的一组导电元件的形状的方法，所述的导电元件组形成将所述模块转接到一块主板上的装置和/或所述模块的底面的电磁屏蔽装置和/或与所述主板的电互连装置，特征在于所述方法包括在一个带有预定形状的壁的体积中的一个模块应力回流步骤，以使能所述模块的至少某些组成元件之间的应力释放，以便所述的导电元件组的自由端的顶部适合一个预定的二维或三维包壳。
2.根据权利要求1所述的方法，特征在于所述的带有预定形状的壁的体积是这样一种体积其中要与所述的导电元件组的自由端的顶部接触的第一壁是一个平面壁，所述的预定的二维或三维包壳是一个平面，所述的重塑形状是修复表面平直性。
3.根据权利要求2所述的方法，特征在于所述的带有预定形状的壁的体积是这样一种体积其中将要与所述模块的、与导电元件分布其上的表面相对的表面接触的一个第二壁是一个平面壁。
4.根据权利要求1至3中任何一条所述的方法，特征在于所述的模块应力回流步骤包括以下步骤-将所述模块放置在一块板上；-将一块背板放置在所述的板上，以便将所述模块陷入所述的板和所述的背板之间形成的带有预定形状的壁的体积中，并且对所述模块施加应力；-将所述的板/模块/背板层叠放到一个炉子中，并且根据一个适当的温度分布图加热，以使能所述模块的至少某些组成元件之间的应力释放。
5.根据权利要求4所述的方法，特征在于所述的加热步骤之后有以下步骤-冷却所述的板/模块-背板层叠；-将所述模块从所述的带有预定形状的壁的体积中取出。
6.根据权利要求4和5中任何一条所述的方法，所述的电子模块包括至少一个衬底，特征在于所述的温度分布图被定义为超过所述衬底的玻璃质转换点，以修改它的机械常数，并且使得它能够被变形。
7.根据权利要求4至5中任何一条所述的方法，所述电子模块包括由至少一个焊接缝接合的至少一个衬底和至少一个连接体，特征在于所述的温度分布图被定义为，当所述衬底是被连接体化的类型时释放所述的连接体和至少一个有机衬底之间的焊接缝上的机械应力。
8.根据权利要求3至7中任何一条所述的方法，特征在于在所述将模块放置在板上的步骤期间，所述模块被放置在形成在所述板上的一个适当的外壳中。
9.根据权利要求3至8中任何一条所述的方法，特征在于所述将背板放置在板上的步骤包括一个将背板紧固在所述板上的步骤，以便优化对板和背板之间形成的带有预定形状的壁的体积中的模块的应力施加。
10.将根据权利要求1至9中任何一条所述的方法应用到一个无线电通信模块。
11.将根据权利要求1至9中任何一条所述的方法应用到一个包括属于包括柱、珠、垫圈和环的群组的导电元件的模块。
12.将根据权利要求1至9中任何一条所述的方法应用到一个包括以下部分的模块-部件被安放其上的一块印刷电路板；-一个插入结构，其中*一个第一表面支持第一组导电元件，以使得能够经由其第一表面将所述插入结构转接到所述的印刷电路板的底面上；*一个第二表面支持第二组导电元件，以使得能够通过经由其第二表面将所述的插入结构转接到所述主板上来将所述模块转接到所述的主板上；特征在于所述方法使得能够重塑所述的第二组导电元件的形状。
13.根据权利要求12所述的应用，特征在于所述的第一和第二组导电元件被合并，由所述插入结构的第一表面支持的元件穿过并凸出到所述插入结构的第二表面上，以及所述方法被用于重塑凸出到所述插入结构的第二表面上的导电元件的自由端的形状。
14.根据权利要求12所述的应用，特征在于所述的第一和第二组导电元件没有被合并，所述的第一组的每个元件被连接到一个导电穿透开口的第一端，每个穿透开口的第二端被连接到所述的第二组的一个元件，以及所述方法被用于重塑所述的第二组的导电元件的自由端的形状。
15.用于重塑分布在一个电子模块的底面上的一组导电元件的形状的设备，所述的导电元件组形成将所述模块转接到一块主板上的装置和/或用于所述模块的底面的电磁屏蔽装置和/或与所述主板的电互连装置，特征在于，所述设备包括一个带有预定形状的壁的体积中的模块应力回流装置，以使能所述模块的至少某些组成元件之间的应力释放，以便所述的导电元件组的自由端的顶部适合一个预定的二维或三维包壳。
16.根据权利要求15所述的设备，特征在于所述的带有预定形状的壁的体积是这样一种体积其中要与所述的导电元件组的自由端的顶部接触的第一壁是一个平面壁，所述预定的二维或三维包壳是一个平面，所述的重塑形状是修复表面平直性。
17.根据权利要求16所述的设备，特征在于所述的带有预定形状的壁的体积是这样一种体积其中将要与所述模块的、与导电元件分布其上的表面相对的表面接触的第二壁是一个平面壁。
18.根据权利要求15至17中任何一条所述的设备，特征在于所述的模块应力回流装置包括-一块板，所述模块被放置其上；-一块背板，所述背板将要被放置在所述板上，以便将所述模块陷入所述的板和所述的背板之间形成的带有预定形状的壁的体积中，并且对所述模块施加应力；-一个炉子，其中所述的板/模块/背板层叠被放到所述的炉子中，所述的炉子被用于根据一个适当的温度分布图加热所述层叠，以使能所述模块的至少某些组成元件之间的应力释放。
19.根据权利要求18所述的设备，特征在于所述模块应力回流装置还包括-板/模块-背板层叠冷却装置；-将所述模块从所述的带有预定形状的壁的体积中取出的装置。
20.根据权利要求18和19中任何一条所述的设备，所述的电子模块包括至少一个衬底，特征在于它包括温度分布图应用装置，使得它可以超过所述衬底的玻璃质转换点，以修改它的机械常数，并且使得它能够被变形。
21.权利要求18至20中任何一条所述的设备，所述的电子模块包括由至少一个焊接缝接合的至少一个衬底和至少一个连接体，特征在于它包括温度分布图应用装置，使得它可以释放所述的连接体和至少一个有机衬底之间的焊接缝上的机械应力。
22.根据权利要求18和21中任何一条所述的设备，特征在于所述的板包括一个外壳，其中形状适于接收所述的模块。
23.根据权利要求18至22中任何一条所述的设备，特征在于将背板放置在板上的装置包括将所述背板紧固在所述板上的装置，以使得能够优化对板和背板之间形成的带有预定形状的壁的体积中的模块的应力施加。
24.各包括一组分布在所述模块的底面上的导电元件的电子模块类型的生产方法，所述的导电元件组形成将所述模块转换到一块主板上的装置和/或所述模块的底面的电磁屏蔽装置和/或与所述主板的电连接装置，特征在于，所述的生产方法包括实现上述的重塑分布在一个电子模块的底面上的一组导电元件的形状的方法的步骤。
25.权利要求24所述的方法，特征在于所述的重塑形状方法实现步骤对于所有被制造的模块系统地执行。
26.根据权利要求24所述的方法，特征在于它包括检测制造出的模块中被认为缺陷模块的步骤，所述的缺陷模块在导电元件的自由端的顶部相对于一个预定的二维或三维包壳表现出大于一个预定阈值的形状缺陷，以及所述的重塑形状方法实现步骤只对所述的缺陷模块执行。
全文摘要
本发明涉及一种用于重塑一组导电元件形状的方法和装置，所述导电元件组分布在一个电子模块的内表面，所述导电元件组形成用于把所述电子模块定位在主板上的装置和/或用于所述模块的内表面的电磁屏蔽装置和/或提供与主板的电气互连的装置。根据本发明，所述方法包括一个回流步骤，从而所述模块在一个包含预定形状的壁的体积中被施以一个应力回流方法，以使得所述模块的至少部分组成元件之间的应力被释放，从而所述导电元件组的自由端的尖端符合一个预定的二维或三维包壳的形状。在一个特定实施例中，所述包含预定形状的壁的体积是这样的体积其中要与所述导电元件组的自由端的尖端接触的第一壁是一个平面壁。在这种情况下，所述预定的二维或三维包壳是一个平面，并且所述重塑形状是恢复其平直性。
文档编号H05K3/22GK1703939SQ200380100893
公开日2005年11月30日 申请日期2003年10月3日 优先权日2002年10月4日
发明者瑟吉·杜特尔 申请人:维夫康姆公司