印刷电路板和用于工艺可靠地焊接芯片壳体的方法与流程

本发明涉及一种用于与芯片壳体工艺可靠地焊接的印刷电路板，以及一种工艺可靠地将芯片壳体焊接到这种印刷电路板上的方法。

背景技术：

1、下文主要结合具有围绕排列的接触引脚和中央散热面的芯片壳体来描述本发明。该芯片壳体可以例如封装集成电路。不过，本发明也可用于其它的需要平面元件与冷却面良好地导热连接的焊接连接。

2、电路中的电子元件可以通过印刷电路板形成的导体轨相互连接。电子元件可以焊接到印刷电路板上。焊接方法可采用再流焊工艺。在再流焊工艺中，焊膏被定量配给到印刷电路板的接触面上，电子元件被放置在定量配给的焊膏上，然后将所有元件一起加热以熔化焊膏。

3、如果电子元件具有用于排出热的散热面，在再流焊过程中，散热面可与印刷电路板的冷却面导热连接。为了确保良好的热传导，需要尽可能大面积的连接。

4、在焊膏熔化过程中，助焊剂会从焊膏中排气。气态助焊剂会在平面焊点中形成空洞，从而劣化热传递。此外，制造商对散热面和冷却面之间最大可接受空腔(空洞)的规格要求往往无法遵守。

技术实现思路

1、因此，本发明所要解决的一项技术问题是使用尽可能简单的手段提供一种用于与芯片壳体工艺可靠地焊接连接的改进型印制电路板，以及一种用于将芯片壳体工艺可靠地焊接到这种印制电路板上的改进型方法。例如，改进可以涉及减少焊点的缺陷，特别是大面积导热连接。

2、该技术问题通过独立权利要求的目的解决。在从属权利要求、说明书和附图中给出了本发明的有利的进一步实施方案。

3、在平面焊点的情况下，例如在芯片壳体的散热面和印刷电路板之间，焊料的裸露表面可能不够大，不足以在焊料为液态时让所有助焊剂成分或从焊料中逸出的助焊剂逸出。气态助焊剂会滞留在凝固的焊料中形成气泡。气泡会劣化热传导，例如减少焊点可能的热传导表面。

4、同样，至少在某些区域，由于电路的接触引脚的公差，印刷电路板的冷却面和散热面之间的距离可能过大，无法用焊料弥合。这可能会在散热面和焊料之间产生间隙，该间隙也劣化热传递或减少焊点可能的热传递表面。

5、本发明提出了一种用于与芯片壳体工艺可靠地焊接连接的印刷电路板，其中印刷电路板具有金属冷却面、围绕冷却面的多个金属接触表面以及位于冷却面相对一侧的背侧金属配合面，其中，金属配合面通过开放式通孔与冷却面连接，并且在冷却面上布置了由阻焊剂构成的巷道(gasse)，这些巷道将冷却面划分为多个子区，并包围所述通孔。

6、此外，还提出了一种将芯片壳体焊接到印刷电路板上的工艺可靠的方法，其中，在根据本文介绍的方案提供印刷电路板的步骤中提供印刷电路板，在定量配给焊膏的步骤中，将焊膏定量配给到子区和接触表面上，在安装步骤中，芯片壳体的中央散热面被布置在冷却面上，芯片壳体的外围接触引脚被布置在接触表面上，在焊接步骤中，带有芯片壳体的印刷电路板被加热到焊接温度，其中焊膏在焊接温度下熔化成焊料，焊料与接触引脚和接触表面以及散热面和冷却面的子区结合，接触引脚置于接触表面上，从而在散热面和冷却面之间确定一个距离，焊料通过巷道排气，多余的焊料通过通孔流到配合面上，与配合面连接并在配合面上流过，在冷却步骤中，焊料在接触表面和接触引脚处、在散热面和子区之间以及在配合面上凝固。

7、印刷电路板可以理解为电路的载体部件。印刷电路板上可以具有由金属导体轨连接的金属接触表面。接触表面可称为接触垫。印刷电路板的载体材料可以是电绝缘材料。

8、例如，导体轨可以印刷或蚀刻在印刷电路板的层上。导电轨既可在印制电路板内延伸，也可在印制电路板表面延伸。这样，印刷电路板就可以相互交叉，而不会相互电连接。

9、接触表面可以布置在印刷电路板的表面。印刷电路板还可以在其表面上具有其它金属表面。金属表面也可以印刷或蚀刻在印刷电路板的层上。例如，这些金属表面可被设计为印刷电路板上电路元件的冷却面。冷却面可称为冷却垫。根据需要，冷却面可以是导体轨或接触表面的一部分，也可以是电绝缘的。例如，接触表面和冷却面可以由铜材料制成。

10、通孔可以称为通孔连接。通孔穿透印刷电路板的各层，基本上垂直于印刷电路板的表面。通孔也可以由铜材料组成。开放式通孔具有从印刷电路板一面延伸到另一面的通道。开放式通孔可与金属管相对应。通孔可将印刷电路板两面的两个金属表面进行电气和导热连接。特别是，冷却面可以通过几个开放式通孔连接到印刷电路板的称为配合面的金属表面。特别是，通孔可将冷却面和配合面导热连接起来。

11、阻焊剂可以防止覆盖有阻焊剂的表面与焊料连接。阻焊剂可以防止表面浸润。液态焊料与覆盖了阻焊剂的表面有很大的接触角。焊料只能通过外力流到阻焊剂上，然后滚落。阻焊剂可分离冷却面的子区上的焊料。巷道可以有预定的宽度。巷道可以是连续的。巷道可以围绕通孔延伸。通孔可通过阻焊剂与子区隔开，以阻断毛细管效应。

12、芯片壳体可以封装集成电路。芯片壳体可主要由塑料材料制成。芯片壳体的底部可以具有金属表面用于散热。该表面可称为散热面。芯片壳体的金属接触引脚可从芯片壳体侧向伸出，并向底面弯曲。接触引脚可突出于散热面的平面之外。

13、焊膏基本上由金属焊料颗粒和助焊剂组成。当加热到预定的焊接温度时，焊料颗粒熔化并结合成液态焊料。例如，焊接温度可高达250℃。助焊剂可使金属表面被焊料浸润，例如，在助焊剂蒸发前可去除表面的氧化层。在此过程中，助焊剂与焊料分离。然后，焊料与表面结合。阻焊剂不会或仅会与助焊剂发生轻微反应。

14、通过巷道，在散热面和冷却面之间的焊料中形成了通道，气态助焊剂可以通过这些通道以较小的阻力流出。此外，由于一个大的铜表面被分割成几个小的铜表面，因此增加了排气的表面积。当接触引脚靠在接触表面上时，散热面和冷却面之间就形成了一个空间。焊料填满了这个空间。如果散热面和冷却面之间的焊料在放置前多于该空间的容积，多余的焊料就会因焊料中产生的过大压力而通过通孔被压到配合面上。气态助焊剂也会通过开放式通孔从该空间中逸出。

15、配合面上没有阻焊剂，因此液态焊料会浸润配合面并在其上扩散。这也有效地防止了锡珠的产生。

16、子区在冷却面上可以网格状排列，特别是等距排列。巷道可按网格状排列。巷道可以基本呈直线排列。子区的大小可以基本相同。

17、通孔可在冷却面上以网格模式分布排列。通孔可以在冷却面上以规则的间隔分布排列。通过分布式通孔，液态焊料和气态助焊剂不必经过很长的距离就能到达另一侧。由于路径短，焊料和助焊剂中的必要过压较低。低过压导致焊料中的夹杂物很少。

18、与在接触表面上相比，在子区上可以以更大的层厚定量配给焊膏。在接触面上，焊膏可以以更小的层厚定量配给。由于子区区域的层厚较大，散热面和冷却面之间的间隙体积可以得到可靠的填充。例如，在子区上定量配给的焊膏层厚度可超过150μm或200μm，例如250μm。例如，子区上的焊膏层厚度可比接触表面上的厚至少50％、至少75％，甚至至少100％。

19、焊膏可以以大于散热面和冷却面之间最大距离的厚度定量配给在子区上。由于助焊剂的排气，焊料的体积会比焊膏的原始体积减小。这种体积损失可以通过增加焊膏层厚度来补偿。

20、在定量配给步骤中可以使用带有裁去部分的掩模。裁去部分可仿形地对应接触表面和子区。焊膏可以通过裁去部分刮去。使用掩模可以方便快捷地定量配给焊膏。使用刮板时，可使用刮板将一定量的焊膏压入裁去部分，类似于丝网印刷。

21、可以使用在用于子区的裁去部分区域比在用于接触表面的裁去部分区域具有更大的材料厚度的阶梯掩模。由于材料厚度不同，通过裁去部分刮出不同层厚度的焊膏。

22、可以使用减薄的刮板进行刮压。与标准刮板相比，减薄的刮板的刮板边缘更薄。减薄的刮板可以具有更高的柔韧性，以便能够补偿掩模的材料厚度的差异。