[其他]集成电路组件的直接安装

说明书

本发明涉及印刷电路板的构成，它应用在表面安装的元件所组成的组件中。

参阅图1（现有技术），当今许多电路以表面安装元件所形成的组件10为特色，其中，电子元件如无铅瓷芯片载体12是直接焊在印刷电路板14上的，而没有利用通孔来安装。许多焊节将无铅芯片载体12连接在印刷电路板14上。每一个焊节一般都包括一个薄的（0.002至0.005英寸）矩形焊层16，该焊层位于载体12下端的导电焊接区18和印刷电路板基底24导线图案22上所对应的导电焊接区20之间。此外，通常在每个焊节处有一个近似三角形的焊料填角26，26由导电焊接区20向上形成一个斜面，与由载体12一侧上的导电焊接区18向上延伸的金属半圆形槽28接触。焊料填角26是为了易于直观检查焊节而提供的。在表面安装元件的组件10中的焊节16、26提供了芯片载体12与印刷电路板14之间的机械连接及电连接。

表面安装技术对于微型化很有利，而且有着其它优点。但是：焊节16、26易于断裂，在焊节受到交变应力作用的场合尤为如此。由元件12和基底24热膨胀系数的不同所引起的热循环故障，是造成焊节断裂的一个已知因素，在表面安装元件的组件10要反复受到包括温度显著变化的热循环影响的空间应用方面尤为如此。

在这个领域中的许多研究工作者已下了这样的结论，即组件10中焊节断裂是无铅瓷芯片载体12和印刷电路板14的热膨胀系数不匹配所造成的。这种热膨胀系数的不匹配或每单位温度变化所引起的长度的相对变化，对于由常规的环氧树脂、聚酰亚胺、蜜胺、或硅钢化玻璃迭层板制成的电路板基底24来说是显著的。例如，在表1中列有一些材料的热膨胀系数，这些材料是制做典型表面所安装元件的组件10用的。

表1

无铅瓷芯片的铝载体 7.0×10^-6英寸/英寸℃

63锡37铅焊接合金 25.0×10^-6英寸/英寸℃

铜（无氧;可锻） 17.64×10^-6英寸/英寸℃

环氧树脂/玻璃迭层板 10.0×10^-6英寸/英寸℃W/编织

（W/Weave）

15×10^-6英寸/英寸℃相交编织

（crossweave）

这样的表面安装元件的组件10，由于上述热膨胀系数的不匹配，易于产生剪切变形所至的裂缝。而且，裂缝在低温循环变化的环境中比在高温循环变化的环境中出现更加频繁，因为焊接合金一般在低温时的延展性（伸长或变形能力）比升温后低得多。

因此，曾想研制热膨胀系数与无铅瓷芯片载体12非常匹配的电路板基底24，来消除热循环的故障问题。为此已研制出几种不同的电路板基底24：高铝瓷（alumina    ceramic）基底;搪瓷钢;强化玻璃（glass-reinforced）和低膨胀合金的迭层，如铜和镍/铁合金;一种石英/环氧树脂和/或聚酰亚胺迭层的新系列;及强化石墨（graphite-reinforced）迭层。虽然这些基底构成中的某些可以改善热循环故障的问题，具体地说是，当组件在-55℃至125℃的范围内经受低的温度变化率热疲劳时，用来延长寿命范围（大于1000个循环），但是这些基底又产生了包括重量增加和造价上升在内的其它弊端。低循环率受到重视，因为它对所使用的锡/铅焊接合金最有破坏作用。参阅本说明书所引用的“微电子学方法1010.4温度循环，条件B的MIL-STD-883试验方法（MIL-STD-883    Test    Methods    for    Micro    Electronic    METHOD1010.4    Temperating    Cycling;Condition    B）”（1977年8月31日）。该参阅热循环变化范围一般用于对所有的表面安装元件的组件试验1000个循环。除了极端的环境热循环变化（特别是在经历军事应用方面）之外，与电源循环变化关联的第二种工作条件一般也在表面安装元件的组件10中造成热循环故障。电源循环变化的字面之意是指开关元件12的“开”和“关”的转换。当电源接通为“开”时，大功率元件，如微处理器（一般装在1.2英寸×1.2英寸的无铅芯片载体上），可以消耗3.0至5.0瓦特。这样的功率消耗使元件12所处的温度实质上高于印刷电路板14的温度。