专利名称：衬底结构、衬底制造方法和电子设备的制作方法
技术领域：
本发明的一个实施例涉及衬底结构、衬底制造方法和电子设备，该电子设备能够适用于安装具有多引脚结构的电子部件的情况。
背景技术：
盒形插座构件已知作为用于将容易受热应力影响的电子部件固定到印刷线路板的固定装置。此插座构件包括具有接触端子的板和固定到该板以围绕电子部件的框架主体。框架主体容纳例如BGA(球栅阵列)半导体封装作为安装在其中的电子部件。通过将插座构件布置在印刷线路板上，并通过回流焊(reflowing)将插座构件焊接到印刷线路板，来制造使用插座构件安装电子部件的衬底结构。待安装的电子部件(例如，半导体封装)附装到设置在印刷电路板上的插座构件。结果，半导体封装被安装到印刷电路板上。
在这样的衬底结构中，插座构件被焊接在板上。于是，当板(印刷线路板)由于回流焊接的热或其他因素作用而翘曲时，插座构件可能部分地与板分离。因此，可能在焊接部分中产生裂纹，或可能在除了焊接部分之外的部分中发生图案剥离或短路。传统地，作为用于解决这种问题的技术，存在这样的技术，其使用金属球将接触间隔件布置在半导体承载件和板之间，并熔化金属球以将半导体承载件和板互相机械连接和电连接(例如，见日本专利申请公开No.H06-268366)。
在使用这种接触间隔件的接触技术中，接触间隔件被设置在半导体承载件和衬底之间。于是，可以使接触间隔体吸收由于衬底的翘曲等而施加到被安装部件的应力。但是，在这样的接触技术中，接触间隔件经由金属球固定到衬底。因此，在通过使用接触间隔件将插座构件设置在衬底上的情况下，增加了用于连接的步骤(包括使用金属球的步骤)数量。因此，在衬底、接触间隔件和用于多引脚器件的插座构件堆叠的状态下难以实现准确的定位。此外，在此结构中，衬底和接触间隔件通过金属球固定，接触间隔件和用于多引脚器件的插座构件通过金属球固定。因此，在衬底翘曲或受到外部应力的情况下，这样的翘曲或应力可能施加到接触间隔件，其导致接触间隔件的焊接部分的分离、图案剥离、图案断开、图案之间的短路等。于是，类似于上述问题，存在电连接的可靠性降低的问题。此外，使用金属球固定衬底和接触间隔件以及使用球固定接触间隔件和插座构件的热容量增大。因此，存在这样的问题，其中增大的热容量可能劣化焊接部分的品质，并可能在回流焊接时对衬底的翘曲有明显的影响。
发明内容
本发明的目的是提供能够通过去除使得电连接不稳定的因素(例如上述的结构因素和热因素)来维持高度可靠并稳定的电路运行的衬底结构、衬底制造方法和电子设备。
根据本发明的一个方面，提供了一种衬底结构，包括印刷线路板；微接触片，其焊接到所述印刷线路板，并包括在其第一表面上的螺线端子和在其第二表面上的焊盘，所述焊盘电连接到所述螺线端子；和保持夹，其将所述微接触片压靠所述印刷线路板，使得所述微接触片的第二表面接触所述印刷线路板。
根据本发明的另一个方面，提供了一种衬底制造方法，包括以下步骤由保持构件将微接触片压靠印刷线路板，使得所述微接触片接触所述印刷线路板，所述微接触片包括在其第一表面上的螺线端子和在其第二表面上的焊盘，所述焊盘电连接到所述螺线端子；和将所述微接触片焊接到所述印刷线路板。
根据本发明的另一个方面，提供了一种电子设备，包括通过将微接触片焊接到印刷线路板而获得的衬底，所述微接触片包括在其第一表面上的螺线端子和在其第二表面上的焊盘，所述微接触片的所述第二表面接触所述印刷线路板；用于安装电子部件的插座，所述插座设置在所述微接触片上；和安装在所述插座上并与所述衬底的电路相连接的所述电子部件。
根据本发明的一个实施例，可以提供能够通过去除使得电连接不稳定的因素(例如结构和热因素)来维持高度可靠并稳定的电路运行的衬底结构。此外，根据本发明的另一个实施例，可以提供能够制造上述衬底的衬底制造方法。此外，根据本发明的另一个实施例，可以提供能够维持高度可靠的电路运行的电子设备。
现在将参考附图对实现本发明各种特征的总体构造进行说明。提供附图及相关说明是用以解释本发明的实施例而非限制本发明的范围。
图1是根据本发明的实施例的衬底结构的示例性分解立体图；图2是根据该实施例衬底结构的示例性剖视图；图3是根据该实施例的微接触片的一部分的示例性放大剖视图；图4是根据该实施例的片保持夹的变化方案的示意性剖视图；图5是使用根据该实施例的衬底结构的便携式计算机的示例性立体图；图6是容纳在如图5所示的便携式计算机的壳体中的衬底结构的一部分的示意性立体图；图7是如图6所示的衬底结构的示例性分解立体图；且图8是如图6所示的衬底结构的示例性剖视图。
具体实施例方式
下面，将参考
根据本发明的各种实施例。
如图1所示，根据本发明一个实施例的衬底结构实现为包括微接触片1、印刷线路板2和片保持夹3。
微接触片1由矩形柔性片构件形成。片构件包括在其一侧上的螺线端子(spiral terminal)1a、1a...，并包括在其另一侧上与螺线端子相对应的焊盘1b、1b...。螺线端子1a、1a...每个由薄金属膜制成，所述薄金属膜具有弹性并形成为具有凸起端部的螺线形状。端子1a、1a...布置为矩阵，以与待安装在印刷线路板(通过将微接触片1焊接安装在印刷线路板上获得的板)2上的多引脚器件的各个端子相对应。端子1a、1a...被附装到插座构件的多引脚器件的各个端子施压并接触，这将参考图6至8在下文说明。这里，假设每个端子1a、1a...被诸如具有球状端子(凸块)的BGA半导体封装或具有扁平端子(焊盘)的LGA半导体封装之类的多引脚器件的端子中相对应的一个施压并接触。此外，微接触片1包括插座安装孔1c、1c...和定位孔1d。微接触片1通过使用定位孔1d定位在印刷线路板2的片安装表面上。
印刷线路板2包括用于将微接触片1安装在其上的矩形片安装表面。片安装表面设置有与微接触片1的焊盘1b、1b...相对应的焊盘2b、2b...。此外，用作插座安装部分的插座安装孔2c、2c...设置在片安装表面的四个位置上。更具体而言，插座安装孔2c、2c...设置为在片安装表面的角部围绕片安装表面。此外，印刷线路板2包括与微接触片1的定位孔1d相对应的片定位孔2d。插座安装孔2c、2 c...在回流焊接处理时用作用于片保持夹3的定位孔。应该注意，在此实施例中，微接触片1所焊接到的印刷线路板被称作衬底。
片保持夹3在回流焊接时用作安装结构构件。当通过回流焊接将微接触片1焊接到印刷线路板2时，片保持夹3以恒定压力将微接触片1压靠印刷线路板2，使得微接触片1相对于印刷线路板2保持平坦，并牢固地接触印刷线路板2。在此实施例中，片保持夹3由具有预定重量的盒形耐热树脂或金属板制成以实现上述片保持功能。通过利用片保持夹3的重量，将微接触片1压靠印刷线路板2，并由恒定压力将微接触片1保持平坦。将被自动机械真空吸取的吸收表面形成在片保持夹3的顶表面上。片保持夹3的底表面包括与微接触片1的端子1a、1a...相对应的凹部3a、3a...，从而形成片施压表面，所述片施压表面将微接触片1均匀地压靠印刷线路板2使得微接触片1保持平坦。此外，片保持夹3在其底表面上的四个角部处设置有附装部分3c、3c...。附装部分3c、3c...用作导引构件，用于在上述回流焊接时将片保持夹3经由微接触片1附装到印刷线路板2。在回流焊接时，附装部分3c、3c...装配在微接触片1的插座安装孔1c和印刷线路板2的插座安装孔2c中。这样，片保持夹3相对于印刷线路板2上的微接触片1定位。
图2示出了在通过使用片保持夹3将微接触片1焊接到印刷线路板2的情况下每个部件的示例性布置。
当将微接触片1焊接到印刷线路板2时，在回流焊接之前的处理中，通过使用例如金属掩模将焊膏(solder paste)涂布到设置于印刷线路板2的片安装表面上的焊盘2b、2b...上。
微接触片1布置在其上涂布有焊膏的焊盘2b、2b...上。通过自动机械，将片保持夹3的附装部分3c、3c...装配在微接触片1的插座安装孔1c中，并插入印刷线路板2的插座安装孔2c中。于是，由片保持夹3将微接触片1压靠印刷线路板2的片安装表面。这样，微接触片1通过片保持夹3的片施压表面被保持在将微接触片1维持为平坦的状态。通过在此状态下进行回流焊接，微接触片1的焊盘1b、1b...被焊接到印刷线路板2的焊盘2b、2b...，微接触片1被焊接到印刷线路板2。
在回流焊接时，由片保持夹3的片施压表面将微接触片1维持为平坦。因此，在微接触片1维持为平坦的状态下将微接触片1焊接到印刷线路板2。在此焊接之后，从印刷线路板2移除片保持夹3。通过自动机械执行片保持夹3的安装和移除。自动机械通过真空吸取片保持夹3的吸收表面来运送片保持夹3。
图3示出了在微接触片1被焊接到印刷线路板2之后微接触片1的状态。设置到微接触片1的端子1a、1a...电连接到相对应的焊盘1b、1b...，焊盘1b、1b...通过焊料5焊接到印刷线路板2的焊盘2b、2b...。因此，每个端子1a、1a...电连接到印刷线路板2的焊盘2b、2b...中相对应的一个。
图4示出了片保持夹3的变化方案。如图4所示的片保持夹3与如图1和2所示的片保持夹3的不同之处在于附装部分3c、3c...设置有配合钩。更具体而言，通过将钩与印刷线路板2的表面配合并将片保持夹3固定到印刷线路板2，来将微接触片1压靠印刷线路板2。钩的形状不限于如图4所示的那种，而可以将任意形状应用于钩。应该注意，在回流焊接之后，通过松开钩的配合状态而将片保持夹3从印刷线路板2移除。
在上述实施例中，微接触片1的端子1a、1a...形成为具有凸起端部的螺线形。但是，微接触片1的端子1a、1a...可以形成为例如通常的螺旋弹簧形、具有膨大端部的螺旋弹簧形等。
利用根据上述实施例的衬底结构，片保持夹3在回流焊接时通过被附装部分3c、3c...定位而布置在微接触片1上。于是，由恒定压力将片保持夹3的片施压表面压靠印刷线路板2。因此，在微接触片1牢固地接触印刷线路板2并维持平坦的状态下执行回流焊接处理。
因此，用均匀和给定量的焊料将微接触片1的焊盘1b、1b...中的每个可靠地并直接地焊接到印刷线路板2的焊盘2中的相对应的一个。因此，可以以可靠和稳定的电路连接状态将微接触片1安装在印刷线路板2上。
此外，因为仅在微接触片1与印刷线路板2的焊盘之间执行回流焊接，所以可以降低回流焊接中的热容量。于是，可以在合适的焊料熔化温度，在不产生由于回流焊接中的热引起衬底翘曲的情况下而高质量地执行焊接。
此外，微接触片1在相对于印刷线路板2维持平坦状态的同时被焊接到印刷线路板2。因此，端子1a、1a...以相对于衬底表面均匀的高度被布置，并以恒定压力接触被安装的电子部件的全部端子。因此，可以实现与被安装的电子部件的可靠电路连接。
此外，电子部件的端子被压靠并接触端子1a、1a...或微接触片1。于是，即使衬底由于一些因素或受到外力而翘曲，这样的翘曲或应力也可以由微接触片1柔性地吸收而不会影响包括焊接部分在内的微接触片1。因此，可以对于衬底的翘曲之类的应力维持可靠的电路连接状态。
此外，微接触片1的端子1a、1a...通过在高于微接触片1的位置处接收被安装电子部件的端子(例如，球形端子)而与这些端子接触。于是，不需要在印刷线路板2中形成通孔，而这些通孔在微接触片1的表面的高度处接收球形端子的情况中是必需的。因此，可以简化印刷线路板2的图案形成。应该注意，端子1a、1a...的形状不限于具有凸起端部的螺线形。端子1a、1a...的形状可以是通常的螺旋弹簧形、具有膨大端部的螺旋弹簧形等。此外，与端子1a、1a...接触的端子不限于球形端子，而可以是具有引脚结构或平坦形状的端子。
参考图5至9，将对使用根据上述实施例的衬底结构的示例性插座结构和示例性设备结构给出说明。
如图5所示，作为电子设备示例的便携式计算机11包括壳体12、键盘13和显示器14。壳体12容纳印刷电路板(PCB)15。如图6至8所示，印刷电路板15包括印刷线路板21、部件固定装置22和作为电路部件的示例的BGA(球栅阵列)半导体封装23。部件固定装置22包括插座构件24和与如图1至3所示的微接触片1相对应的微接触片25。
通过使用如图1和2所示的片保持夹3将微接触片25在相对于印刷线路板21维持平坦状态的同时焊接到印刷线路板21。
插座构件24包括用于围绕半导体封装23的框架主体29和固定到框架主体29的封盖30。框架主体29和封盖30每个由铝合金制成，其提供高导热性和良好的散热特性。半导体封装23可以容纳在由框架主体29围绕的区域中。
框架主体29包括用于固定封盖30的四个凹部31。框架主体29在与其角部相对应的四个位置处还包括螺纹孔32。框架主体29在设置有螺纹孔32的四个角部处被螺纹固定到印刷线路板21。微接触片25设置在印刷线路板21和插座构件24的框架主体29之间。
框架主体29设置有用于定位半导体封装23的凸起部分33。凸起部分33在图7的下半部中示出。另一方面，半导体封装23包括衬底34和用于容纳半导体元件的树脂模35。衬底34设置有相对于凸起部分33具有互补形状的切口部分34a。利用框架主体29，可以将半导体封装23定位在印刷线路板21上。如图8所示，多个焊料球36布置在半导体封装23的底表面上。焊料球36排列为格状图案。
封盖30覆盖由框架主体29围绕的区域41的一部分。封盖30包括用于将封盖30固定到框架29的一对钩部30A和一对连接部30B。钩部30A和连接部30B中的每个对应于框架主体29的四个凹部31中的一个。封盖30包括用于移除封盖30的抓握部30C。
如图8所示，封盖30包括用于将半导体封装23压靠微接触片25的弹性体42。弹性体42形成为抵靠衬底34但不接触树脂模35的框架形状。
印刷线路板21对应于如图1至3所示的印刷线路板2。印刷线路板21由例如通过将铜制成的线路层堆叠而获得的铜包覆层叠板来形成。印刷线路板21设置有配合孔44，螺纹构件43插入通过所述配合孔44以将插座构件24螺纹安装到印刷线路板21。配合孔44对应于如图1至3所示的插座安装孔2c。此处，其上安装有部件的印刷线路板21被称作电路衬底。
如图8所示，微接触片25包括柔性片构件51和将半导体封装23与印刷线路板21互相连接的多个螺线端子52。螺线端子52排列为格状图案，以与焊料球36相对应。柔性片构件51是具有数个到数十微米厚度的聚酰亚胺膜。如图7所示，柔性片构件51形成为方形，并在其四个角部处设置有通孔53。螺纹构件43插入通过通孔53。通孔53对应于如图1至3所示的插座安装孔1c。此外，柔性片构件51设置有用于相对于印刷线路板21定位的孔54。孔54对应于如图1所示的定位孔1d。通过使用如图1和2所示的片保持夹3，微接触片25在微接触片相对于印刷线路板21维持平坦的状态下被焊接到印刷线路板21。设置在微接触片25上的端子52、52...形成插座构件24的端子连接表面。
如图8所示，当半导体封装23附装到插座构件24并固定到部件固定装置22时，半导体封装23的焊料球36、36...被压靠并接触微接触片25的端子52、52...，且附装到插座构件24的半导体封装23的电路部分连接到电路板21。
在上述设备结构中，微接触片25在相对于印刷线路板21保持平坦状态的同时被焊接到印刷线路板21。因此，端子52、52...被布置为相对于衬底表面具有均匀高度，并以恒定压力接触半导体封装23(其充当被安装的电子部件)的全部焊料球36、36...。因此，可以与被安装的电子部件实现可靠的电路连接。此外，电子部件的端子被压靠并接触微接触片25的端子52、52...。因此，即使衬底由于一些因素或受到外部应力而翘曲，微接触片25也可以在不影响包括焊接部分在内的部件固定装置22和半导体封装23的情况下吸收这些应力。因此，可以抵抗诸如衬底的翘曲之类的应力而维持可靠的电路连接状态，并可以维持可靠和稳定的运行。
虽然已经说明了本发明的某些实施例，但是这些实施例仅表现为示例，而并非意图限制本发明的范围。实际上，此文说明的新的方法和系统可以以各种其他形式来实施；而且，在不偏离本发明的精神的情况下，可以进行此文说明的方法和系统的形式中的各种省略、置换和变化。所附权利要求及其等同方案意图覆盖将落在本发明的范围和精神内的这些形式或修改方案。
权利要求
1.一种衬底结构，其特征在于包括印刷线路板；微接触片，所述微接触片焊接到所述印刷线路板，并包括在其第一表面上的螺线端子和在其第二表面上的焊盘，所述焊盘电连接到所述螺线端子；和保持夹，所述保持夹将所述微接触片压靠所述印刷线路板，使得所述微接触片的第二表面接触所述印刷线路板。
2.根据权利要求1所述的衬底结构，其特征在于所述螺线端子包括凸起端部。
3.根据权利要求2所述的衬底结构，其特征在于所述保持夹包括将所述微接触片压靠所述印刷线路板的第一表面和被自动机械吸取的第二表面，所述第一表面包括与所述螺线端子相对应的凹部，其中所述保持夹在所述微接触片焊接到所述印刷线路板之后被从所述微接触片移除。
4.根据权利要求1所述的衬底结构，其特征在于所述保持夹包括将所述微接触片压靠所述印刷线路板的第一表面和被自动机械吸取的第二表面，所述第一表面包括与所述螺线端子相对应的凹部，其中所述保持夹在所述微接触片焊接到所述印刷线路板之后被从所述微接触片移除。
5.根据权利要求4所述的衬底结构，其特征在于所述印刷线路板包括用于安装插座的安装部分，所述插座用于将电子部件安装在所述微接触片上，且所述保持夹包括在其第一表面中的配合部分，所述配合部分与所述安装部分配合。
6.根据权利要求5所述的衬底结构，其特征在于所述电子部件在高于所述微接触片的所述第一表面的位置处安装到所述插座，所述螺线端子被压靠并接触所述电子部件的端子，从而在所述螺线端子和所述电子部件的所述端子之间建立电连接。
7.根据权利要求6所述的衬底结构，其特征在于所述螺线端子被压靠并接触设置于所述电子部件的球形端子，从而在所述螺线端子和所述电子部件的所述端子之间建立电连接。
8.根据权利要求6所述的衬底结构，其特征在于所述螺线端子被压靠并接触设置于所述电子部件的平坦端子，从而在所述螺线端子和所述电子部件的所述端子之间建立电连接。
9.根据权利要求6所述的衬底结构，其特征在于所述插座包括框架主体，所述框架主体与所述微接触片的周边接触；和封盖，所述封盖与所述框架主体配合，在所述印刷线路板的表面的方向上对所述电子部件施压，并维持所述电子部件的所述端子被压靠并接触设置在所述微接触片上的所述螺线端子的状态。
10.根据权利要求9所述衬底结构，其特征在于所述框架主体包括第一通孔，所述微接触片包括第二通孔，所述第一通孔和所述第二通孔中的每个对应于所述印刷线路板的安装部分，通过使用插入通过所述第一通孔和所述第二通孔并固定到所述安装部分的固定构件，并将所述微接触片插入所述插座和所述印刷线路板之间而将所述插座固定到所述印刷线路板。
11.一种衬底制造方法，其特征在于包括以下步骤由保持构件将微接触片压靠印刷线路板，使得所述微接触片接触所述印刷线路板，所述微接触片包括在其第一表面上的螺线端子和在其第二表面上的焊盘，所述焊盘电连接到所述螺线端子；和将所述微接触片焊接到所述印刷线路板。
12.一种电子设备，其特征在于包括通过将微接触片焊接到印刷线路板而获得的衬底，所述微接触片包括在其第一表面上的螺线端子和在其第二表面上的焊盘，所述微接触片的所述第二表面接触所述印刷线路板；用于安装电子部件的插座，所述插座设置在所述微接触片上；和安装在所述插座上并与所述衬底的电路相连接的所述电子部件。
全文摘要
根据一个实施例，本发明提供了一种包括印刷线路板(2)的衬底结构。微接触片(1)被焊接到印刷线路板(2)，并包括在其第一表面上的螺线端子(1a)和在其第二表面上的焊盘(1b)。焊盘(1b)电连接到螺线端子(1a)。保持夹(3)将微接触片(1)压靠印刷线路板(2)，使得微接触片(1)的第二表面接触印刷线路板(2)。
文档编号H01R12/00GK1988756SQ20061017111
公开日2007年6月27日 申请日期2006年12月22日 优先权日2005年12月22日
发明者森时彦, 槙田贞夫 申请人:株式会社东芝