CN1179612C

CN1179612C - 印刷电路板及丝网印刷这种电路板的掩模

Info

Publication number: CN1179612C
Application number: CNB001209388A
Authority: CN
Inventors: 金行一; 李建镛; 程光洙
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 2000-08-03
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2020-08-03
Also published as: JP2001102732A; TWM292873U; CN1283954A; KR20010017187A; US6479755B1

Abstract

公开了一种印刷电路板和用于丝网印刷这种PCB的掩模。在PCB中，每个焊料沉积物由第一和第二端部构成，在两端部之间延伸着连接部分，该连接部分是宽度即小于焊盘宽度，又小于每个端部的宽度的纵向部分。这样，防止具有小引线间距的半导体器件或扩展连接器的相邻引线或相邻焊盘通过焊料彼此电连接。掩模具有形成于对应于焊料位置处的位置的狭缝。该狭缝由对应于焊料沉积物的第一和第二端部开口部分、和连接开口部分构成。

Description

印刷电路板及丝网印刷这种电路板的掩模

技术领域

本申请要求1999年8月9日申请的韩国专利申请99-32571的优先权，这里全文引用该申请。

本发明涉及印刷电路板及丝网印刷这种电路板的掩模，特别涉及在其多个焊盘上具有多个用于电连接电路板与各种电子器件的焊料沉积物的印刷电路板或混合板，及用于在这种印刷电路板或混合板的焊盘上形成希望的焊料沉积物的掩模。

背景技术

所属领域的技术人员都知道，多数电子器件一般包括安装于印刷电路板(PCB)上的各种电子器件。每个这种PCB一般还具有电连接多个导电焊盘的多个导电引线，所述导电焊盘用于在其上固定各种表面安装器件(SMD)。这种SMD有例如电阻器、电容器、电感、跳线等公知器件。一般说，这种SMD稳定地固定于陶瓷、塑料或膜封装内，这些SMD包括相对的导电端和非导电中间部分，相对导电端通过SMD一起连接成集成体。为了在PCB上电永久性安装这种SMD，需要将SMD的相对的导电端焊接到在PCB上形成的规则间隔的焊盘上。在这种PCB中，每个焊盘都具有用于电牢固连接焊盘与引线的焊料沉积物。这种焊料沉积物一般已经利用掩模形成于PCB的焊盘上。这种掩模就是所谓的“网”或“模版”。

目前，已提出和使用了各种SMD。具体说，已广泛使了例如塑料方形扁平封装(PQFP)和方形扁平封装(QFP)等各种半导体器件和多个至少有五十个管脚的扩展连接器。这种半导体器件和连接器各具有多个引线，所以与其它类型的半导体器件和连接器相比，它们具有小引线间距。由于这些小引线间距，焊料容易在焊接工艺后使各引线或各焊盘彼此电连接，所以上述半导体和连接器会发生所不希望的电短路。具体说，在具有不大于0.5mm的引线间距的半导体器件或连接器情况下，具有这种由于焊料使各引线或焊盘彼此电连接引起的短路的故障单元占总故障单元的10％-30％。

发明内容

因此，本发明注意到了现有技术的上述问题，本发明的一个目的是提供一种印刷电路板(PCB)，其焊盘的焊料沉积物具体设计成，在将半导体器件或连接器安装于PCB上的焊接工艺后，几乎能完全防止具有小引线间距的半导体器件或扩展连接器的相邻引线或相邻焊盘通过焊料电连接在一起。

本发明另一目的是提供一种用于丝网印刷这种PCB的掩模。

为达到上述目的，本发明提供一种印刷电路板，包括：电路板；在所述电路板的至少一个表面上形成的导电焊盘，用于将电子器件的引线安装到电路板上，所述焊盘具有预定的宽度和长度；在所述导电焊盘上形成的焊料沉积物，用于电连接电子器件的所述引线与所述焊盘，所述焊料沉积物包括：第一宽端部，其形状和大小分别形成为完全覆盖所述焊盘第一端部的预定第一区域，所述第一区域由所述焊盘的整个宽度和从焊盘的第一端起的预定长度所限定；第二宽端部，其形状和大小分别形成为完全覆盖与焊盘第一端部相对的所述焊盘第二端部的预定第二区域，所述第二区域由所述焊盘的整个宽度和从焊盘的第二端起的预定长度所限定；在所述第一和第二宽端部间延伸以便将两个宽端部形成一个结构的连接部分，所述连接部分是宽度既小于焊盘宽度，又小于所述焊料沉积物的每个宽端部的宽度的纵向部分。

在上述PCB中，焊料沉积物还包括在连接部分的相对端和两个宽端部间结合处形成的第一和第二锥形部分。每个锥形部分在其相对侧边以所述侧边会聚到连接部分的形式对称地线性倾斜。此外，连接部分的长度对应于安装于焊盘上的电子器件的引线长度。

本发明还提供一种用于在印刷电路板的导电焊盘上形成焊料沉积物的丝网印刷掩模，所述导电焊盘具有预定宽度和长度，所述焊料沉积物用于电连接电子器件的引线与所述焊盘，以便将所述电子器件安装到印刷电路板上，所述掩模包括：在对应于焊料沉积物位置的位置处形成的狭缝，所述狭缝包括：第一宽端部开口部分，其形状和大小分别形成为具有与所述焊盘的第一端部一致的宽端部，所述第一宽端部开口部分的宽度还等于焊盘的宽度；第二宽端部开口部分，其形状和大小分别形成为具有与焊盘的第一端部相对的所述焊盘的第二端部一致的宽端部，所述第二宽端部开口部分的宽度也等于焊盘的宽度；在第一和第二宽端部开口部分间延伸的连接开口部分，以允许两个宽端部开口部分通过连接开口部分彼此相连，所述连接开口部分是宽度即小于焊盘宽度又小于所述掩模的每个宽端部开口部分的宽度的纵向开口部分。

在上述丝网印刷掩模中，狭缝还包括分别形成在连接开口部分的相对端部和两个宽端部开口部分之间的结合处的第一和第二锥形开口部分。两锥形开口部分在其相对侧边都以所述侧边会聚到连接开口部分的形式对称地线性倾斜。这种情况下，两锥形开口部分的每个侧边较好倾斜42度-48度角。

根据本发明的PCB和掩模，焊盘的焊料沉积物几乎完全防止了在将半导体器件或连接器安装到PCB上的焊接工艺后，具有小引线间距的半导体器件或扩展连接器的相邻引线或相邻焊盘被焊料电连接在一起。此外，在通过焊接工艺，利用焊料沉积物将半导体器件和连接器安装到焊盘上时，焊料沉积物能够稳定、牢固且有效地将半导体器件和扩展连接器的引线焊接到PCB的焊盘上，同时不允许焊料流到焊盘的边缘上，这是不希望发生的。

附图说明

从以下结合附图所作的介绍中，可以更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特点和优点，各附图中：

图1是展示本发明的PCB的立体图，该PCB上安装有各种表面安装器件；

图2是根据本发明优选实施例在其多个焊盘上具有多个焊料沉积物的PCB的立体图；

图3是图2所示PCB的放大平面图，具体示出了在PCB上形成的一个焊盘上的焊料沉积物的结构；

图4是图3所示PCB的平面图，展示了作为一种表面安装器件且安装于PCB的焊盘上的半导体器件；

图5是沿图4的线5-5取的剖面图；

图6是根据本发明优选实施例制造PCB的工艺的框图；

图7和8是展示用于在图2所示的PCB的焊盘上形成焊料沉积物的丝网印刷机的结构的视图；

图9是展示图7所示丝网印刷机中包括的掩模的一个狭缝的外形的放大平面图，该掩模用于在PCB上形成图3所示焊料沉积物。

具体实施方式

现参见各附图1至9，其中不同的附图中，相同的标号用于表示相同或类似的部件。

图1是展示本发明的PCB的立体图，该PCB上安装有各种表面安装器件。

如该图所示，多个半导体器件20a、20b、20c、20d、20e、20f、20g和20h和多个扩展连接器30a、30b、30c、30d和30e安装在本发明的PCB 10上。这种情况下，可按与常规工艺预计相同的方式，利用表面安装工艺或引线***工艺，完成半导体器件20a至20h和连接器30a至30e在PCB 10上的安装。为方便介绍，根据本发明优选实施例的PCB 10是用于表面安装型半导体器件和连接器的。然而，应理解，由于引线***型半导体器件和连接器的PCB也必需具有焊料沉积物，所以本发明也可应用于制造用于这种半导体器件和连接器的PCB。半导体器件和连接器可以按任何方法安装于PCB 10的电路板12的一个表面上。这种情况下，半导体器件和连接器固定于电路板12上，器件和连接器的引线22定位在电路板12的焊盘36和40上。最好如图2所示，用于表面安装器件和连接器的PCB 10具有两种焊盘：用于BGAP(球栅阵列封装)和μ-BGAP(微球栅阵列封装)的球焊盘36，和用于PQFP和QFP的翼片焊盘40。在优选实施例中，为方便介绍起见，将集中介绍这种翼片焊盘40的焊料沉积物。

图3至5更具体展示了本发明优选实施例的PCB的结构。

如这些图所示，PCB 10包括电路板12、多个焊盘40、多个焊料沉积物50和多个半导体器件70。当然，电路板12要印刷有希望的电路(未示出)，从而形成希望的电子***。在上述PCB 10中，焊盘40按预定规则形成于电路板12的印刷电路上。半导体器件70和希望的扩展连接器安装在焊盘40上，于是与电路板12电组装在一起，并执行预定的操作功能。这种情况下，器件70与电路板12的电组装通过将器件的引线72安装于焊盘40上完成。器件70的引线72通过焊料沉积物50焊接到焊盘40上。在电路板12的至少一个表面上形成、用于将器件70的引线72安装到电路板12上的上述焊盘40，具有预定宽度和长度，并且为导电部件。焊料沉积物50在导电焊盘40上形成，用于电连接半导体器件70的引线72和焊盘40。

在每个导电焊盘40上形成的焊料沉积物50定位于限定的三维阱和限定的焊间隙内。阱和间隙具有预定的形状。这种情况下，在焊盘40上形成的焊料沉积物50的工作性能不受焊料沉积物的材料的影响，沉积物的材料选自固体焊料和焊料膏。在优选实施例中，每个焊料沉积物50具有I形外形。具体说，每个焊料沉积物50由通过连接部分56连接在一起形成一个对称结构的相对的宽端部52和54构成。两个宽端部52和54中，第一宽端部52的形状和大小形成为完全覆盖焊盘40的第一端部处的预定区域，所述区域由焊盘40的整个宽度和从焊盘40的第一端起的预定长度所限定。另一方面，第二宽端部54的形状和大小形成为完全覆盖焊盘第二端部处的预定区域，所述区域由焊盘40的整个宽度和从焊盘40的第二端起的预定长度所限定。即，如图3所示，焊料沉积物50的第一和第二宽端部52和54具有等于或稍小于焊盘40的宽度W₄₀的相同宽度W₅₄。另一方面，在两宽端部52和54间延伸以将两部分集成为一个结构的连接部分56是宽度W₅₆既小于宽度W₄₀又小于宽度W₅₄的纵向部分。由于焊料沉积物50的窄连接部分56的缘故，在连接部分56的相对边缘之外的位置处，焊盘40上留下了两个没有焊料的部分42。

另一方面，第一和第二锥形部分58和60分别在连接部分56的相对端与两端部52和54之间的结合处形成。两个锥形部分58和60在其相对侧边，都以所述侧边会聚到连接部分56的方式对称地线性倾斜。因此，焊料沉积物50的整个长度L₅₀为连接部分的长度L₅₆加上两端部52和54的长度L₅₂和L₅₄及两锥形部分58和60的长度之和。此外，焊料沉积物50的整个长度L₅₀等于或稍小于焊盘40的长度。正如以下将更具体介绍的，这种特殊设计外形的焊料沉积物50特别用于防止丝网印刷掩模被焊膏颗粒所阻塞，这是所不希望发生的。焊料沉积物50的上述外形还几乎能完全防止在安装于连接部分56上的半导体器件70的引线72处的焊料短路，这也是不希望发生的。即，形成所述锥形部分58和60的目的是允许焊膏颗粒可靠且顺利地引导到两端部52和54及连接部分56的相对端部之间的结合部而不发生失败。在两端部52和54与连接部分56的相对端部间的结合部设计成具有直拐角时，焊膏颗粒无法在所述结合部顺利流动，而会在丝网印刷工艺中阻塞该结合部。如以下将更具体介绍的，在焊料沉积物50中，两锥形部分58和60的侧边倾斜角θ₅₈和θ₆₀由丝网印刷掩模的特性决定。此外，连接部分56的长度L₅₆根据焊盘40上的半导体器件70的引线72的安装长度L₇₂决定。

在通过焊接工艺，利用焊料沉积物50，将半导体器件70安装于电路板12的焊盘40上时，可以稳定、牢固且有效地将器件70的引线72焊接到焊盘40上，同时不允许不希望发生的焊料沉积物50中的焊料流到焊盘边缘上。

图6是展示本发明优选实施例的制造PCB的工艺的框图。

所属领域的技术人员都知道，各种电子元件与常规批量生产的PCB的希望连接是通过回流焊工艺或波峰焊工艺完成的，这两种常规焊接工艺中，较好是用回流焊工艺封装PCB的部件。为了制造希望的PCB，在图6的步骤S500，利用例如传输机等给料器，从PCB装载器有序且连续将多个PCB馈送到丝网印刷机。在下一步骤S510，丝网印刷机进行丝网印刷步骤，利用具有多个狭缝的掩模，在PCB上形成希望的焊料沉积物。然后，依次进行芯片安装步骤(S520)、IC和连接器的安装步骤(S530)、回流焊步骤(S540)、肉眼检验步骤(S550)和内电路测试步骤(S560)以制造所需的PCB。制造PCB的工艺中包括的上述步骤都是所属领域技术人员公知的，所以不必再进行介绍。

用于在这种焊接工艺期间在PCB上形成焊料沉积物的设备是所谓的“丝网印刷机”或“焊膏印刷机”。为了在PCB上形成希望的焊料沉积物，这种丝网印刷机一般装备有掩模，掩模上在对应于希望的焊料沉积物位置的位置处具有多个狭缝。图7和8是展示用于在图2所示的PCB上形成希望的焊料沉积物的丝网印刷机的结构和工作情况。

如图7和8所示，用于在PCB 10的电路板12上形成希望的焊料沉积物的掩模100置于丝网印刷机200的上部。即，掩模100由掩模支撑件150和两个适配器152支撑，以便定位于双板馈送轨道160上。上述丝网印刷机200包括上、下单元。在丝网印刷机200中，上单元进行焊膏键合工艺，而下单元可精确地沿x-、y-和z-轴移动。板支撑件180设在下单元处，用于在其上支撑电路板12。所属领域的技术人员都知道这种丝网印刷机200的详细结构，所以不必再作介绍。制造希望的PCB的工艺期间，在来自PCB装载器的电路板12借助于板馈送轨道160完全到达丝网印刷机200时，丝网印刷机200的下单元升起，同时板支撑件180支撑电路板12。这种情况下，丝网印刷机200的下单元使电路板12移动，从而允许电路板12到达印刷机200的上单元。在电路板12完全到达丝网印刷机200的上单元时，拉杆170在掩模100上移动焊料190，于是在电路板12上形成希望的焊料沉积物。丝网印刷步骤完成后，在进行预定温度下加热电路板12的回流焊步骤之前，将希望的半导体芯片、希望的IC、和希望的扩展连接器安装到电路板12上。完成回流焊步骤后，进行肉眼检验步骤和内电路测试步骤，检验所得PCB的工作可靠性。

图9是展示包括在图7所示丝网印刷机中的掩模的一个狭缝的外形的放大平面图，该掩模用于在PCB上形成图3所示的焊料沉积物。

如图9所示，本发明的掩模100在对应于图3所示希望的焊料沉积物50位置的位置处具有多个狭缝120。为便于介绍，图9中只示出了一个狭缝。为了在焊盘40的相对侧边部分上形成没有焊料的部分42，特别设计的焊料屏蔽部分130在连接开口部分106周围的位置限定狭缝120的相对侧边缘。为了形成焊料沉积50的特别设计的部分52、54、56、58和60，狭缝120具有对应于第一端部52的第一端部开口部分102、对应于第二端部54的第二端部开口部分104、对应于连接部分56的连接开口部分106、对应于两锥形部分58和60的两锥形开口部分108和110。当然，上述开口部分102、104、106、108和110彼此完全相通，以形成希望的狭缝120。因此，所得狭缝120具有完全与焊料沉积物50相应的I形外形。在狭缝120中，第一和第二端部开口部分102和104具有相同的宽度W₁₀₄，该宽度等于或稍小于焊盘40的宽度W₄₀。另一方面，在两端部开口部分102和104间延伸以便将两端部开口部分集成一个狭缝的连接开口部分106是一个宽度W₁₀₆既小于W₄₀又小于W₁₀₄的纵向开口。由于窄连接开口部分106的缘故，两焊料屏蔽部分130在连接开口部分106周围的位置限定狭缝120的相对侧边，并在焊盘40的相对侧边部分上形成没有焊料的部分42。

另一方面，第一和第二锥形开口部分108和110分别在连接开口部分106的相对端部和两端部开口部分102和104间的结合部形成。两锥形开口部分108和110在其相对侧边都以使侧边会聚于连接开口部分106的方式对称地线性倾斜。因此，狭缝120的整个长度L₁₂₀为连接开口部分106的长度L₁₀₆加上两端部开口部分102和104的长度L₁₀₂和L₁₀₄及两锥形开口部分108和110的长度的和。此外，狭缝120的总长度L₁₂₀等于或稍小于焊盘40的长度L₄₀。狭缝120的这种特别设计的外形特别用于防止连接开口部分106的相对端部和两开口部分102和104间的结合部被焊料阻塞，这是所不希望的。常规焊膏颗粒一般粒径为50微米-100微米，所以在所述结合部设计成具有直角拐角时，焊膏颗粒会阻塞连接开口部分106的相对端部与两端部开口102和104间的结合部。在上述狭缝120中，两锥形开口部分108和110的侧边倾斜角θ₁₀₈和θ₁₁₀较好是都设置为42度-48度。侧边倾斜角θ₁₀₈和θ₁₁₀更好是都设置为45度。可以根据焊膏颗粒的粒径和丝网印刷工艺的加工条件，适当调节两锥形开口部分108和110的这种侧边倾斜角θ₁₀₈和θ₁₁₀。

如上所述，本发明提供一种PCB和用于丝网印刷这种PCB的掩模。在PCB中，焊盘的焊料沉积物特别设计为几乎完全防止将半导体器件或连接器安装于PCB上的焊接工艺后，具有小引线间距的半导体器件或扩展连接器的相邻引线或相邻焊盘间通过焊料电连接在一起。此外，本发明中形成于PCB的焊盘上的焊料沉积物可以稳定、牢固且有效地将半导体器件和扩展连接器的引线焊接到PCB上，不允许在通过焊接工艺利用焊料沉积物将半导体器件和连接器安装到焊盘上时，焊料不希望地流到焊盘的边缘上。

尽管为了例示的目的介绍了本发明的优选实施例，但所属领域的技术人员应理解，在不背离记载于所附权利要求书中的发明范围和精神的情况下，本发明可以有各种改进、附加和替代。

Claims

1.一种印刷电路板，包括：

电路板；

在所述电路板的至少一个表面上形成的导电焊盘，用于将电子器件的引线安装到电路板上，所述焊盘具有预定的宽度和长度；

在所述导电焊盘上形成的焊料沉积物，用于电连接电子器件的所述引线与所述焊盘，所述焊料沉积物包括：

第一宽端部，其形状和大小分别形成为完全覆盖所述焊盘第一端部的预定第一区域，所述第一区域由所述焊盘的整个宽度和从焊盘的第一端起的预定长度所限定；

第二宽端部，其形状和大小分别形成为完全覆盖与焊盘第一端部相对的所述焊盘第二端部的预定第二区域，所述第二区域由所述焊盘的整个宽度和从焊盘的第二端起的预定长度所限定；

在所述第一和第二宽端部间延伸以便将两个宽端部形成一个结构的连接部分，所述连接部分是宽度既小于焊盘宽度，又小于所述焊料沉积物的每个宽端部的宽度的纵向部分。

2.根据权利要求1的印刷电路板，其中所述焊料沉积物还包括：

在连接部分的相对端和所述两个宽端部间结合处分别形成的第一和第二锥形部分，所述第一和第二锥形部分在其相对侧边都以所述侧边会聚到所述连接部分的形式对称地线性倾斜。

3.根据权利要求1或2的印刷电路板，其中所述连接部分的长度对应于安装于焊盘上的电子器件的所述引线长度。

4.一种用于在印刷电路板的导电焊盘上形成焊料沉积物的丝网印刷掩模，所述导电焊盘具有预定宽度和长度，所述焊料沉积物用于电连接电子器件的引线与所述焊盘，以便将所述电子器件安装到印刷电路板上，所述掩模包括：

在对应于焊料沉积物位置的位置处形成的狭缝，所述狭缝包括：

第一宽端部开口部分，其形状和大小分别形成为具有与所述焊盘的第一端部一致的宽端部，所述第一宽端部开口部分的宽度还等于焊盘的宽度；

第二宽端部开口部分，其形状和大小分别形成为具有与焊盘的第一端部相对的所述焊盘的第二端部一致的宽端部，所述第二宽端部开口部分的宽度也等于焊盘的宽度；

在第一和第二宽端部开口部分间延伸的连接开口部分，以允许两个宽端部开口部分通过连接开口部分彼此相连，所述连接开口部分是宽度即小于焊盘宽度又小于所述掩模的每个宽端部开口部分的宽度的纵向开口部分。

5.根据权利要求4的丝网印刷掩模，其中所述狭缝还包括：

在连接开口部分的相对端部和两个宽端部开口部分之间的结合处分别形成的第一和第二锥形开口部分，所述每个锥形开口部分在其相对侧边以所述侧边会聚到连接开口部分的形式对称地线性倾斜。

6.根据权利要求5的丝网印刷掩模，其中所述第一和第二锥形开口部分的每个侧边倾斜42度-48度角。