[发明专利]带焊剂的触点及制造方法和在焊剂球栅阵列连接器的应用

说明书

发明的技术领域

本发明涉及用于将电子元件相互连接起来的装置，更具体地，涉及用于在一个触点上形成焊剂球的方法和用于将一个第一电子器件、例如一个连接器焊接到一个第二电子器件、例如一个印刷电路板上的方法和装置。

发明的背景

通常需要并希望将一个元件电连接到另一个元件上。例如，多端元件、例如一个连接器通常被电连接到一个基底上、例如一个印刷电路板，以便将该元件的触点或端子可靠地安装到形成于基底上的接触垫上和/或安装到在基板中衬有电镀材料的孔中，以便在其间提供电连接。一种用于将元件端子牢固安装接触垫上和/或电镀衬孔中的优选的技术，采用了一种焊剂材料。

当通过焊接将一个多端元件、例如一个连接器连接到一个基板上，特别是一个具有内部被电镀的孔的基板上时，通常需要特殊的准备，例如在美国专利Nos.4,597,625、4,802,862、4,883,435、5,139,448和5,334,059中所示，这些专利均被结合到本文中作为参考。这种元件具有不带有焊剂的端子，因而这些场合下通常需要专门的装置，用以向元件端子和基板上的接触垫提供焊剂。一项向元件端子和接触垫提供焊剂的方法是向特定区域、例如一个孔中及其周围提供焊膏。然而，该方法通常不能提供正确连接元件端子和接触垫所需的充足的焊剂量。

在将集成电路(IC)安装到一个基板(例如由塑料或陶瓷形成)上的过程中，通常采用球栅阵列(BGA)或其它类似的组件。在一种典型的BGA中，加到IC组件上的球形的焊剂球位于已经加有一层焊膏的电路基板的电接触垫上。可以采用包括筛网(screen)或掩膜(mask)等多种技术施加所述焊膏。然后将该部件加热到焊膏和至少部分或全部焊剂球熔融并融合到一个形成于电路基板上的下导电板上的温度。从而无需IC上的外部接线便将该IC连接到基板上。

BGA构思还在速度、密度和可靠性方面具有显著的优点，因此，BGA组件已经成为高性能半导体的组装选择。固有的薄断面和分区阵列结构保证了速度和密度，而固体焊剂球增强了焊剂连接可靠性。由于焊接接头产生于一个球形固体焊剂上，所以增强了可靠性。当所述球形被正确镶入时，该球形可提供比等效面积的扁平或矩形接线更高的强度。固体焊剂成分提供了比传统的压制或电镀接线更加可靠的焊接接头，因为其可以没有镍底板或基底金属迁移而污染或氧化可焊接表面、或可在将焊剂熔合到一个镍底板上时形成的弱金属层。进而，用在传统的压制和电镀接线上的锡和镀锡过程具有可抑制可焊性的添加剂。因为焊接接头不能通过视觉进行观察，所以增强的焊接接头可靠性对于分区阵列组件特别重要。

在将IC连接到基底上的过程中采用BGA连接器具有许多优点，但这样的装置也有一些缺点和局限。对于大多数情况，这一点是非常重要的，即，焊剂球的基底啮合表面共面以便形成一个大体上平直的安装界面，以便在最终的应用中焊剂球将会软熔并且焊剂均匀分布到平的印刷电路板基底上。如果在一个给定基板上焊剂的共面性存在任何显著的差异，则会在连接器被软熔到印刷电路板上时导致焊剂性能不良。为了实现高焊剂共面性，需要非常严格的共面性要求。焊剂球的共面性受到焊剂球的尺寸和它们在连接器上的位置的影响。

传统的BGA连接器被设计成将松散的焊剂球加到组装连接器上。安装过程需要一些类型的球放置设备，以便将焊剂球放置到已经加有粘性焊剂或焊膏的接触垫或连接器的凹陷区域上。然后，该连接器通过一个软熔炉，将所述球焊接到触点上。该过程非常缓慢、敏感，并且需要昂贵的专用设备。

在Lemke等人的美国专利No.6,079,991，(‘991)中公开了一种BGA型连接器的例子，该专利被结合在此作为参考。该连接器包括一个基底部分，该基底部分具有多个形成于该基底部分的外表面上的外部凹槽。类似地，该基底部分还具有多个形成于该基底的一个内表面上的内部凹槽。该内部凹槽设计用于接收触点，而外部凹槽设计用于接收焊剂球，以便焊剂球被熔合到延伸到外部凹槽中的触点底部上。所述触点包括接地/电源触点和信号触点，而所述触点的顶部设有由已知的技术提供与一个电子器件的电连接。另一种电子器件、例如一个PCB通过将焊剂球焊接到形成于PCB上的触点上而被电连接到所述触点上，从而在两个电子器件之间提供电连接。