焊球阵列封装芯片及其焊接方法与流程

本发明涉及电路板组装技术领域，尤其涉及焊球阵列封装芯片及其焊接方法。

背景技术：

焊球阵列封装芯片(ballgridarray，bga)由于其封装结构的特殊性，其引脚都设置在整个封装体的底部，在印制电路板(printedcircuitboard，pcb)上进行焊球阵列封装芯片的贴片、回流焊接时，通常会存在以下缺点：

(1).焊球阵列封装芯片的焊接点较多，对应的钢网的开口也很多，并且开孔都很小，在采用钢网印刷锡膏时，出现个别焊盘上锡膏的印刷量不一致，造成各个焊球焊接效果不一致的情况。

(2).有时会出现焊球阵列封装芯片的焊球与印制电路板的焊盘位置对不准的现象，并且进行检测难度较大，由于需要在焊接后采用x光机进行透射检查，这样既增加成本，也降低了生产效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种提高焊接效率、降低制备成本和增强工作性能的焊球阵列封装芯片来解决上述存在的问题，一方面。本发明采用以下技术方案。

一种焊球阵列封装芯片，其包括印制电路板、设置在所述印制电路板上的芯片基板及连接所述印制电路板及所述芯片基板的焊接部，所述印刷电路板包括焊接面、间隔形成在所述焊接面的至少两个第一焊接区及设置在所述第一焊接区之间的多个第二焊接区，所述第一焊接区包括开设在所述焊接面的凹槽、位于所述凹槽的底部的第一焊盘及形成在所述第一焊盘上的锡膏层，所述第二焊接区包括多个第二焊盘，所述第一焊盘的直径大于所述第二焊盘的直径，所述芯片基板包括与所述焊接面相对的植球面、设置于所述植球面上的焊接部，所述焊接部包括与所述第一焊盘对应的第一焊球及与所述第二焊盘对应的多个第二焊球，每个所述第一焊球的直径大于每个所述第二焊球的直径。

本发明提供一种焊球阵列封装芯片的有益效果为：通过在印制电路板上设置直径大小不同的第一焊盘和第二焊盘，即所述第一焊盘的直径大于所述第二焊盘的直径，且所述第一焊盘设置于所述印制电路板的凹槽内，在所述芯片基板上对应的设置位于同一平面的直径不同的第一焊球和第二焊球，提高了所述第一焊盘与所述第一焊球的焊接对准精度，只在所述第一焊盘与所述第一焊球焊接时加入锡膏层，使所述第一焊盘与所述第一焊球焊接牢固，增强所述焊球阵列封装芯片的稳定性，同时也减少了材料的使用，降低了制备成本，也提高了焊接效率。

另一方面，本发明还提供一种焊球阵列封装芯片的焊接方法，其包括以下工艺步骤：

s1：提供一个包括植球面的芯片基板，先在所述植球面上设置间隔排列的至少两个第一焊球，接着在所述第一焊球之间制作多个间隔排列的第二焊球形成焊接部，每个所述第一焊球的直径大于每个所述第二焊球的直径；

s2；提供一个包括焊接面的印制电路板，先在所述焊接面上间隔开设至少两个凹槽，在所述凹槽的底部制作与所述第一焊球对应的第一焊盘形成第一焊接区，接着在所述凹槽之间制作间隔排列的与所述第二焊球对应的多个第二焊盘形成第二焊接区，每个所述第一焊盘的直径大于每个所述第二焊盘的直径；

s3：在所述第一焊盘的上表面涂覆锡膏形成锡膏层；

s4：将所述第一焊球与所述第一焊盘接触，所述第二焊球与所述第二焊盘接触；

s5：对所述第一焊盘与所述第一焊球之间、所述第二焊盘与所述第二焊球之间进行回流焊接，最后得到焊球阵列封装芯片。

本发明通过在印制电路板的角隅处设置至少两个凹槽，在所述凹槽内制作第一焊盘，在所述印制电路板的焊接面形成直径小于所述第一焊盘且位于所述第一焊盘之间的第二焊盘，在所述芯片基板的植球面上形成与所述第一焊盘对应的第一焊球及与所述第二焊盘对应的第二焊球，且所述第一焊球的直径大于所述第二焊球的直径，所述凹槽能提高所述第一焊球与所述第一焊盘的对准精度，所述第一焊盘与所述第一焊球在焊接时涂覆锡膏，便于所述第一焊盘与所述第一焊球焊接牢固，使所述焊球阵列封装芯片的稳定性增强，而所述第二焊盘与所述第二焊球之间焊接无需涂覆锡膏，可以减少材料的使用，降低制备成本，从而提高了所述焊球阵列封装芯片的焊接效率和精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明焊球阵列封装芯片的结构示意图；

图2至图6为本发明焊球阵列封装芯片的封装过程图；

图7为本发明焊球阵列封装芯片的封装流程图。

图中：焊球阵列封装芯片1；印制电路板2；芯片基板3；焊接部10；焊接面20；第一焊接区21；第二焊接区22；凹槽23；第一焊盘31；第二焊盘32；锡膏层33；植球面40；第一焊球41；第二焊球42.。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的具体技术方案、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“横向”、“纵向”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参阅图1，一方面，本发明提供一种焊球阵列封装芯片1，采用以下技术方案来实现。

一种焊球阵列封装芯片1包括印制电路板2、设置在所述印制电路板2上的芯片基板3及连接所述印制电路板2及所述芯片基板3的焊接部10，所述印刷电路板2包括焊接面20、间隔形成在所述焊接面20的至少两个第一焊接区21及设置在所述第一焊接区21之间的多个第二焊接区22，所述第一焊接区21包括开设在所述焊接面20的凹槽23、位于所述凹槽23的底部的第一焊盘31及形成在所述第一焊盘31上的锡膏层33，所述第二焊接区22包括多个第二焊盘32，所述第一焊盘31的直径大于所述第二焊盘32的直径，所述芯片基板3包括与所述焊接面20相对的植球面40、设置于所述植球面40上的焊接部10，所述焊接部10包括与所述第一焊盘31对应的第一焊球41及与所述第二焊盘32对应的多个第二焊球42，每个所述第一焊球41的直径大于每个所述第二焊球42的直径。

本发明通过提供一种焊球阵列封装芯片1，在印制电路板2上设置直径大小不同的第一焊盘31和第二焊盘32，即所述第一焊盘31的直径大于所述第二焊盘32的直径，且所述第一焊盘31设置于所述印制电路板2的凹槽23内，在所述芯片基板3上对应的设置位于同一平面的直径不同的第一焊球41和第二焊球42，提高了所述第一焊盘31与所述第一焊球41的焊接对准精度，只在所述第一焊盘31与所述第一焊球41焊接时加入锡膏层33，使所述第一焊盘31与所述第一焊球41焊接牢固，增强所述焊球阵列封装芯片1的稳定性，同时也减少了材料的使用，降低了制备成本，也提高了焊接效率。

进一步地，每个所述第二焊盘32及每个所述第二焊球42的间距相同。在本实施方式中，每个所述第二焊盘32之间的间距相同，每个所述第二焊球42的间距也相同，便于后续焊接时涂覆助焊剂均匀，易操作实现所述第一焊接区21、第二焊接区22与所述焊接部10的对准接触，从而提高所述焊球阵列封装芯片1的焊接效率。

进一步地，所述印制电路板2的尺寸大于所述芯片基板3的尺寸。可以理解，所述印制电路板2为重要的电子部件，它既是电子元器件的支撑体，也是电子元器件电气连接的载体，并可实现电子元器件自动插装或贴装、自动焊锡、自动检测，保证了电子设备的质量，提高了劳动生产率、降低了成本，并便于维修，而所述芯片基板2是一种表面贴装器件，焊接在所述印制电路板2上，从而便于实现所述芯片基板3与所述印制电路板2的焊接。

参阅图2至图6及图7，另一方面，本发明还提供一种焊球阵列封装芯片1的焊接方法，其包括以下工艺步骤：

s1：提供一个包括植球面40的芯片基板3，先在所述植球面40上设置间隔排列的至少两个第一焊球41，接着在所述第一焊球41之间制作多个间隔排列的第二焊球42形成焊接部10，每个所述第一焊球41的直径大于每个所述第二焊球42的直径；

参阅图2及图3，具体的，在本实施方式中，提供一个包括植球面40的芯片基板3，在所述植球面40的四个角隅处采用离子束法形成间隔排列的第一焊球41，接着在所述第一焊球41之间制作间隔排列的多个第二焊球42呈矩阵排列。在所述芯片基板3上制作形成所述植球面40的过程为：在所述芯片基板3上涂上少量助焊剂，用恒温烙铁吸取锡球，再用恒温烙铁加热吸锡线，用吸锡线去除芯片基板3上的残锡；将除锡完的芯片基板3用无尘布蘸清洁剂把件擦干净；将所述芯片基板3放置于植珠台，用内六角板手根据所述芯片基板3的大小调整固定座，使所述芯片基板3能平整地放在该植珠台上，之后用笔刷将助焊膏均匀地涂在所述芯片基板3的植球面40上；根据所述芯片基板3选择相应的植球钢网和锡球并将钢网固定在植珠台的模上，调整钢网与芯片锡点使其完全重合；倒进锡球摇动植珠台，使对应的钢网孔填满锡球，将多余的锡球从锡球座中倒出，检查是否有漏球或抱球的情形，若有则用镊子补正或拔离，将植球好的所述芯片基板3用热风枪进行均匀加热。制作形成的所述第一焊球41的直径大于所述第二焊球42的直径，便于提高所述第一焊球41与所述第一焊盘31对准精度，从而增强所述焊球阵列封装芯片1的可靠性和驱动性能。

s2；提供一个包括焊接面20的印制电路板2，先在所述焊接面20上间隔开设至少两个凹槽23，在所述凹槽23的底部制作与所述第一焊球41对应的第一焊盘31形成第一焊接区21，接着在所述凹槽23之间制作间隔排列的与所述第二焊球42对应的多个第二焊盘32形成第二焊接区22，每个所述第一焊盘31的直径大于每个所述第二焊盘32的直径；

参阅图4，具体的，在本实施方式中，所述印制电路板2的主要材料为覆铜板，而覆铜板是由基板、铜箔和粘合剂构成的，基板是由高分子合成树脂和增强材料组成的绝缘层板，在基板的表面覆盖着一层导电率较高、焊接性良好的纯铜箔；铜箔覆盖在基板一面的覆铜板称为单面覆铜板，基板的两面均覆盖铜箔的覆铜板称双面覆铜板；铜箔能否牢固地覆在基板上，则由粘合剂来完成。常用覆铜板的厚度有1.0mm、1.5mm和2.0mm三种，优选为单面覆铜板，便于理解本发明。在所述印制电路板上采用湿法腐蚀形成间隔在所述印制电路板2的角隅处的至少两个凹槽23，再采用全加法工艺，在所述凹槽23内制作形成所述第一焊盘31，该全加法工艺首先在湿法腐蚀并钝化后的所述印制电路板2的焊接面20溅射种子层(图未示)，经过喷胶、光刻、去除所述凹槽23的底部的光刻胶，保留所述凹槽23的侧壁以及所述凹槽23的外围的光刻胶，再通过电镀沉积铜，在所述凹槽23内形成厚度为10～20微米的铜焊盘结构，再去除光刻胶，采用离子束轰击去除种子层，在所述第一焊盘31之间的位置采用电镀沉积掏形成厚度为10～20微米的铜焊盘结构的第二焊盘32，所述第一焊盘31的直径为0.18mm，所述第二焊盘32的直径为0.1mm。在本实施方式中，优选所述第一焊盘31的数量与所述第一焊球41的数量均为四，所述第二焊盘32与所述第二焊球42的设置均为5×4矩阵。其中，在所述印制电路板2的焊接面20上设置凹槽23，在所述凹槽23内形成直径大于所述第二焊盘32的第一焊盘31，便于后续焊接时对准，防止所述焊球阵列封装芯片1发生偏移、掉落、空焊的现象，提高了所述焊球阵列封装芯片1的焊接效率。

s3：在所述第一焊盘31的上表面涂覆锡膏形成锡膏层40；

参阅图5，具体的，在所述印制电路板2的第一焊盘31的上表面涂覆一层锡膏形成锡膏层40，其目的将适量的焊膏均匀的施加在所述焊接面20的所述第一焊盘31上，保证所述芯片基板3与所述印制电路板2相对应的所述第一焊盘31在回流焊接时，达到良好的电气连接，并具有足够的机械强度。印刷锡膏的具体过程为：先制作钢网，锡膏通过所述第一焊盘31在所述钢网上对应的开孔，在刮刀的作用下将锡均匀的涂覆在所述第一焊盘31上，完成后进行清洗处理，清洗是利用物理作用、化学反应去除被清洗物表面的污染物、杂质的过程，采用溶剂清洗或水清洗，都经过表面润湿、溶解、乳化作用、皂化作用等，并通过施加不同方式的机械力将污物从所述印制电路板2的焊接面20剥离下来，然后漂洗或冲洗干净，最后吹干、烘干或自然干燥。在本实施方式中，只在所述第一焊盘31上形成锡膏层33，减少了材料的使用，节省了制备工艺，使后续所述第一焊盘31与所述第一焊球41粘连的稳定性增强，提高了所述焊球阵列封装芯片1的可靠性。

s4：将所述第一焊球41与所述第一焊盘31接触，所述第二焊球42与所述第二焊盘32接触；

参阅图6，具体的，在本实施方式中，在所述印制电路板2的焊接面20均匀涂覆一层适量的助焊剂，将所述焊接部10与所述焊接面20接触，用镊子拨动所述芯片基板3，使所述第一焊球41对准至所述凹槽23内，采用热风枪在所述焊接面20上预热，使所述第一焊球41与所述第一焊盘31相粘接，所述第二焊球42与所述第二焊盘32相粘接，便于后续使所述焊接部10与所述焊接面20进行回流焊接。

s5：对所述第一焊盘31与所述第一焊球41之间、所述第二焊盘32与所述第二焊球42之间进行回流焊接，最后得到焊球阵列封装芯片1。

再次参阅图6，具体的，在本实施方式中，回流焊接是通过熔化所述印制电路板10上的焊膏，实现所述焊接部10的第一焊球41与所述焊接面20上的第一焊盘31之间机械与电气连接，优选热风回流焊，采用对流传导的温度均匀的加热方式，使所述焊球阵列封装芯片1的焊接质量好。需要注意的是，在回流焊接工艺中，有预热区、保温区、再流焊区及冷却区，其中，预热区为使所述焊接面20和所述焊接部10预热，达到平衡，同时除去焊膏中的水分、溶剂，防止焊膏发生塌落和焊料飞溅。保温区为保证在达到再流温度之前焊料能完全干燥，同时还起着焊剂活化的作用，清除所述芯片基板3、所述第一焊盘31及所述第二焊盘32、焊粉中的金属氧化物，时间约为60～120秒。在所述第一焊接区21及所述第二焊接区22的焊膏中的焊料开始融化，再次呈流动状态，代替液态焊剂润湿所述第一焊盘31、所述第二焊盘32及所述焊接部10，这种润湿作用导致焊料进一步扩展，绝大多数焊料润湿时间为60～90秒。冷却区为焊料随温度的降低而凝固，使所述焊接部10与焊膏形成良好的电接触。最后完成所述焊球阵列封装芯片1的焊接。

本发明通过在印制电路板2的角隅处设置至少两个凹槽23，在所述凹槽23内制作第一焊盘31，在所述印制电路板2的焊接面20形成直径小于所述第一焊盘31且位于所述第一焊盘31之间的第二焊盘32，在所述芯片基板3的植球面40上形成与所述第一焊盘31对应的第一焊球41及与所述第二焊盘32对应的第二焊球42，且所述第一焊球41的直径大于所述第二焊球42的直径，所述凹槽20能提高所述第一焊球41与所述第一焊盘31的对准精度，所述第一焊盘31与所述第一焊球41在焊接时涂覆锡膏，便于所述第一焊盘31与所述第一焊球41焊接牢固，使所述焊球阵列封装芯片1的稳定性增强，而所述第二焊盘32与所述第二焊球42之间焊接无需涂覆锡膏，可以减少材料的使用，降低制备成本，从而提高了所述焊球阵列封装芯片1的焊接效率和精度。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。