專利名稱：帶有用于球柵陣列裝置的加固支架的印制電路板組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶有用于球柵陣列裝置的加固支架的印制電路板組件。
背景技術(shù)：
印制電路組件(“PCA”)用在許多類型的電子產(chǎn)品上。PCA通常具有若干個(gè)安裝在也經(jīng)常稱為印制線路板的印制電路板(“PCB”)上的電子元件。在PCA中所使用的電子元件的類型包括單個(gè)元件，例如封裝電容器、片狀電容器、電感器、單個(gè)封裝的電阻、集成電路(“IC”)及許多其它元件。
電子元件通常焊在PCB上，從而提供可靠的機(jī)械和電子連接。印制電路板上的金屬層被圖案化以將電子元件互相連接以及將電子元件與接口例如插座、插頭和電纜互相連接，然后這些接口與其它PCA或其它裝置連接。一些元件具有延伸進(jìn)電路板上鍍孔的引線，然后引線被焊至適當(dāng)位置處。使用已焊接的引線對于承受高應(yīng)力負(fù)載的元件例如插頭、插座和大的IC特別合意。
許多大的IC封裝在裝置的周邊周圍具有引線的引線框內(nèi)。引線被焊至相應(yīng)的焊盤或插入印制電路板上相應(yīng)的鍍孔并焊接在適當(dāng)位置處。引線較柔順并減小了在焊點(diǎn)處由于PCA的沖擊和振動而引起的應(yīng)力負(fù)載。然而，周邊的引線限制了PCB上的連接(常常是IC)到裝置周邊的的放置。類似地，裝置周邊周圍的引線數(shù)目與周邊成比例增加，而IC的功能以及因而附加的連接需要常常隨著裝置的面積而增加。
球柵陣列(“BGA”)型IC(將被簡稱為“BGA”)在IC的底部具有一排焊球，從而提供與IC的電氣連接。在BGA底部的焊球?qū)?zhǔn)PCB上相應(yīng)的焊盤或焊料凸點(diǎn)，然后焊球回流。BGA是合意的，因?yàn)樗鼈兡芴峁┖艽髷?shù)量的與IC的電氣連接并且連接的數(shù)量與IC的面積成比例。BGA也是合意的因?yàn)榭梢詫C的內(nèi)部進(jìn)行電氣連接而不必經(jīng)過IC的周邊，從而在許多IC設(shè)計(jì)中簡化了走線布線。
然而，與用于其它封裝例如四邊封裝(quad packs)和雙列直插式封裝(“DIP”)的IC的周邊引線相比較，焊球較短、較硬和更薄。即使在BGA裝置中通常有許多焊球，焊點(diǎn)在一些情況下也會失敗。具體地，如果帶有BGA裝置的PCB受到較大的沖擊負(fù)載、振動或變形(例如印制電路板由于熱或機(jī)械應(yīng)力的扭轉(zhuǎn)或相對收縮/膨脹)，則已回流的焊球會開裂或與BGA或PCB分離，造成斷路。在一些情況中所有的已回流的焊球連接失敗，BGA與PCB分離。
已經(jīng)使用各種技術(shù)嘗試并改進(jìn)安裝在PCA上的BGA的可靠性。一種方法是在BGA連接到PCB后在BGA下面增加粘結(jié)劑。粘結(jié)劑通常以液態(tài)應(yīng)用并通過加熱至BGA焊料熔點(diǎn)以下的溫度進(jìn)行固化(cured)。盡管粘結(jié)劑對BGA-PCB之間的結(jié)合增加了強(qiáng)度，但粘結(jié)劑不是很硬或很堅(jiān)固。粘結(jié)劑的應(yīng)用較凌亂并且易受工藝變化。返修(例如從PCB上拆卸BGA和固化的粘結(jié)劑然后更換BGA)是費(fèi)時(shí)的，并在許多情況下是不可能的。
另一種方法是通過將BGA固定到外部支架例如鑄造或加工成金屬屏蔽的支座、或由金屬板材支架折成的翼片或檔板上以所選擇的方向?qū)GA預(yù)負(fù)載應(yīng)力。間隙墊片通常安裝在支座和BGA之間，以幫助從BGA傳導(dǎo)出熱量。大多數(shù)振動負(fù)載將不會超出預(yù)負(fù)載力，因而BGA將不會在振動中離開外部支架。然而，這種方法使用了跨越本身是剛性的PCA的剛性結(jié)構(gòu)，增加了整個(gè)組件的重量、成本、厚度和復(fù)雜性。此外，這種方法不能防護(hù)重的沖擊負(fù)載例如最終用途(end-use)類型的脈沖(例如，125G，2msec，半正弦)，因?yàn)榉雷o(hù)該類型的沖擊所需的預(yù)負(fù)載量會造成不能接受的板撓曲。
另一種方法是通過提供機(jī)械加工或鑄造的屏蔽以減少PCB跨距。例如，屏蔽具有包圍通過螺栓連接到PCB上的BGA的壁?；蛘?，在PCB一側(cè)的屏蔽與PCB相對側(cè)上的屏蔽連接。屏蔽壁減少了PCB會撓曲的跨距，減少了BGA的焊點(diǎn)的應(yīng)力。然而，屏蔽增加了整個(gè)組件的質(zhì)量、成本、復(fù)雜性和厚度，并且屏蔽壁占據(jù)著PCB一個(gè)或兩個(gè)外側(cè)層上上的面積。屏蔽壁通常沿PCB的外表面延伸，其影響了在壁下方穿過的表面跡線(即，PCB的第一金屬層中的跡線)的電特性。這就減少了可用于跡線布線的第一金屬層面積的量，并且使在屏蔽壁下方的布線信號復(fù)雜化。
因而，用于減少PCB上BGA處的彎曲應(yīng)力且避免以上所討論的問題的技術(shù)是理想的。

發(fā)明內(nèi)容
一種組件包括帶有連接到電路板第一側(cè)的球柵陣列裝置的電路板。包圍球柵陣列裝置的支架具有一系列安裝孔和一系列在安裝孔之間延伸的構(gòu)件。支架在安裝孔處可拆卸地固定到電路板的第一側(cè)上。


圖1A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的支架的平面視圖。
圖1B是圖1A的支架的等距俯視圖。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的支架的平面視圖。
圖2B是圖2A支架的等距仰視圖。
圖2C是圖2A支架的側(cè)視圖。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的具有延伸通過支架和PCB的螺栓的組件的等距部分分解視圖。
圖3B是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的具有延伸通過PCB且被固定在螺紋支架中的螺栓的組件的等距部分分解視圖。
圖3C是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的在PCB的相對的構(gòu)件上具有相同支架的組件的等距部分分解視圖。
圖4A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例容納兩個(gè)BGA的支架的平面視圖。
圖4B是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例容納兩個(gè)BGA的支架的平面視圖。
圖4C是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例容納兩個(gè)BGA的支架的平面視圖。
圖5A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的容納三個(gè)BGA的支架的平面視圖。
圖5B是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的容納三個(gè)BGA的支架的平面視圖。
圖6A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的帶有角孔的支架的平面圖。
圖6B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的帶有角孔和帶有側(cè)邊孔的支架的平面視圖。
圖6C是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的帶有角孔和帶有側(cè)邊孔的支架的平面視圖。
圖6D是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的帶有角孔和帶有側(cè)邊孔的支架的平面視圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的組件的等距分解視圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的組件的等距分解視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的支架100的平面圖。支架100在支架100的角部110、112、114、116具有安裝孔102、104、106、108和連接角部的凸起構(gòu)件118、120、122、124。
支架100由鋁板、不銹鋼板或其它(相對于PCB)剛性的、韌性的材料沖壓和精壓而成。沖壓和精壓金屬板材是特別理想的，因?yàn)槠渲圃斐龊唵?、低成本的支架。此外，精壓步驟中導(dǎo)致的金屬板材變形還強(qiáng)化了金屬。精壓也制造具有較高尺寸和角度精度的特別理想用在具有高尺寸公差的復(fù)雜PCB上的沖壓零件，盡管精壓使用了產(chǎn)生比用于無彎曲(free-bending)類似材料的更大噸位的壓力機(jī)?；蛘?，支架由金屬板材沖壓并使用無彎曲或三點(diǎn)彎曲技術(shù)而形成。
角部110、112、114、116和凸起構(gòu)件118、120、122、124限定一個(gè)具有與支架100欲與其一起使用的BGA(未示出)的外形基本相配的形狀的孔126。例如，與方形BGA一起使用的支架具有方形孔，與矩形BGA一起使用的支架具有矩形孔。當(dāng)支架100安裝在PCB/PCA上時(shí)(參見，例如，圖3A-3C、7和8)，使用例如延伸通過PCB至對側(cè)的螺母，或至帶螺紋的支架或其它帶螺紋的裝置的螺栓將角部110、112、114、116固定到PCB的表面上。凸起構(gòu)件118、120、122、124以所選擇的高度定位在PCB表面的上方，其允許在凸起構(gòu)件的下方進(jìn)行表面跡線布線和在一些實(shí)施例中安裝元件。凸起該構(gòu)件也提高了包含該支架的組件的剛性(參見，例如圖3A-3C、7和8)因?yàn)樗苿訕?gòu)件離PCB更遠(yuǎn)，因而增加了結(jié)構(gòu)橫截面的慣性力矩。
在具體的實(shí)施例中，構(gòu)件的底部位于PCB上方1.4mm處，以允許在構(gòu)件的下方安裝通常1.05至1.15mm高的晶體管和通常約為1.1mm至1.2mm高的電容器。經(jīng)常理想在鄰接BGA安裝電容器例如級間耦合電容器。構(gòu)件下方1.4mm的高度允許在構(gòu)件下方安裝1.2mm的電容器，并且可有0.2mm的制造公差以允許機(jī)械加工或精壓操作中的變化。
圖1B是圖1A支架100的等距俯視圖。凸起構(gòu)件118、120、122、124均相對于角部110、112、114、116約相同的高度?；蛘?，凸起構(gòu)件不是相同的高度。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)構(gòu)件基本上置于PCB頂表面上。術(shù)語“頂”表面是為了便于討論的目的任意選擇的，是指其上安裝BGA的PCB的表面。PCB的相對表面將被稱為“底”表面，盡管這些術(shù)語沒有指示PCB在使用中是如何最終定位的。
圖2A是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的支架200的平面圖。支架200在支架200的角上具有安裝孔202、204、206、208和在角之間延伸的凸起構(gòu)件218、220、222、224。支架限定一個(gè)孔226，其構(gòu)造成當(dāng)支架固定到BGA裝置連接在其上的PCB(未示出)時(shí)，包圍BGA裝置(未示出)。支架200被機(jī)械加工、鑄造、燒結(jié)或由剛性的、韌性的材料例如金屬、陶瓷、金屬陶瓷或復(fù)合材料類似地形成。這些技術(shù)允許使用板材沖壓技術(shù)無法獲得的支架材料和形狀，其中的一些技術(shù)使用液體或粉末狀態(tài)的起始材料。
圖2B是圖2A的支架200的等距仰視圖。安裝孔202、204、206、208延伸通過位于支架200角上的支柱226、228、230、232。支柱226、228、230、232將凸起構(gòu)件218、220、222、224保持在PCB頂表面的上方。在可選擇的實(shí)施例中，附加的安裝孔和支柱可置于沿構(gòu)件的角之間。
凸起構(gòu)件218、220、222、224具有同樣的厚度并在PCB(未示出)的上方凸起相同的高度?；蛘?，凸起構(gòu)件具有不同的高度和厚度。在具體的實(shí)施例中，相對的凸起構(gòu)件(例如構(gòu)件218和構(gòu)件222)比其它構(gòu)件(例如構(gòu)件220和構(gòu)件224)更厚。例如，更厚的凸起構(gòu)件沿著PCB易于偏斜的軸線例如PCB的長軸或沿著在負(fù)載期間可能具有更大彎曲的軸線延伸。在沖擊負(fù)載期間減少通過BGA裝置的應(yīng)力是特別理想的，因?yàn)橥ǔＳ脕韺GA連接到PCB上并能響應(yīng)于靜應(yīng)力而冷流的焊料基本上不會響應(yīng)于沖擊應(yīng)力而流動。
圖2C是圖2A的支架200的側(cè)視圖。當(dāng)支架200連接到PCA(未示出)中的PCB上時(shí)，支柱226、232的底部表面234、236接觸PCB(未示出)的表面。
圖3A是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例具有延伸通過支架310并被固定在PCB 320的螺紋墊片312、314、316、318上的螺栓302、304、306、308的組件300的等距部分分解視圖?；蛘?，螺紋墊片可以省略，而螺栓302、304、306、308用螺母(未示出)或用位于PCB 320相對的一側(cè)的第二支架(參見圖3C)固定。BGA裝置322被支架310包圍。將包圍BGA裝置的支架連接到PCB上區(qū)域性地加固了BGA裝置附近的PCA，以重新定位否則將在BGA裝置區(qū)域(即，通常在BGA裝置和PCB之間的區(qū)域，特別是在BGA裝置和PCB之間焊點(diǎn)出現(xiàn)的區(qū)域)產(chǎn)生的應(yīng)力，所述BGA區(qū)域位于BGA裝置區(qū)域的周圍和通過支架及PCB。
墊圈324、326、328、330，例如平墊圈、貝氏碟形墊圈或開口環(huán)墊圈可以可選擇地使用。支架310可拆卸地固定到PCB 320上并且局部地加固組件300，以保護(hù)BGA裝置322和將BGA裝置322固定到PCB 320的焊接接合(未示出)免于受到?jīng)_擊、振動、搬動或彎曲PCA的其它應(yīng)力。用螺栓將支架310連接到PCB 320上提供了支柱332、334、336、338與PCB 320可靠的機(jī)械耦合，其允許為了組件返修例如拆卸和更換BGA裝置332而容易地拆卸支架310。與例如通常圍繞其整個(gè)周邊而焊接至PCB上的屏蔽相比較，在其支柱332、334、336、338處連接支架310將PCB320所使用的面積最小化。減少了將支架連接到PCB上的面積是理想的，因?yàn)槠湓赑CB上留下了更多空間用于安放元件和跡線走線。
圖3B是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例具有延伸通過PCB 320并固定在螺紋支架310’中的螺栓302、306、308(第四個(gè)螺栓未示出)的組件340的等距部分分解視圖。螺紋支架310’具有與螺栓配合的螺紋安裝孔342、344、346、348，以便可拆卸地將螺紋支架310’固定到PCB 320上。當(dāng)固定到PCB 320上時(shí)，螺紋支架310’局部地加固組件340，保護(hù)BGA裝置322和將BGA裝置322固定到PCB 320的焊接接合(未示出)免于受到?jīng)_擊、振動或搬運(yùn)應(yīng)力。支架可以拆卸，以允許組件的返修，例如拆卸和更換BGA裝置322。
圖3C是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例在PCB 320的相對的構(gòu)件上具有相同支架352、352’的組件350的等距部分分解視圖。BGA裝置322連接到PCB 320的第一(“頂”)側(cè)321上并位于由支架352形成的孔(參見圖2A參考標(biāo)號226)內(nèi)。PCB 320的第一側(cè)321上的支架352在呈對角線相對的角上具有螺栓358、360延伸通過的平孔354、356。支架352在相對的角上也具有螺栓366、368從PCB 320的第二(“底”)側(cè)323旋進(jìn)的螺紋孔362、364。
在PCB的底側(cè)323上的支架352’在其相對的角上也具有螺栓366、368延伸通過的平孔354’、356’和螺栓358、360從頂側(cè)321旋進(jìn)的螺紋孔362’、364’，以將支架352、352’固定到PCB 320上。支架352、352’的對稱性允許在PCB 320的兩側(cè)使用相同的零件(支架)。或者，螺紋孔不呈對角線地互相相對，而處于一個(gè)構(gòu)件相對的端部(例如，沿著支架的邊緣)，就像通也位于支架的相對的邊緣。這樣支架也具有允許在PCB的兩側(cè)使用單個(gè)零件的對稱性。在另一個(gè)實(shí)施例中，具有四個(gè)通孔的相同的支架用在頂部和底部上，且螺母被用來固定螺栓。在可選擇的實(shí)施例中，PCB底側(cè)上的支架不同于頂側(cè)上的支架。例如，在底側(cè)上的支架具有與PCB和頂面支架配合的更薄的構(gòu)件，以便形成一種中性面定位在其中的結(jié)構(gòu)，以提高將BGA裝置連接到PCB上的焊點(diǎn)的可靠性。
在PCB的兩側(cè)都具有支架是理想的，因?yàn)橹Ъ苄纬梢粋€(gè)剛性的盒狀結(jié)構(gòu)，BGA的焊點(diǎn)在盒狀結(jié)構(gòu)內(nèi)。盒狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移PCB中圍繞BGA裝置的彎曲應(yīng)力并使其遠(yuǎn)離BGA焊平面?？蛇x擇的實(shí)施例省略第二(底側(cè))支架。在這種具有PCB的情況下，單個(gè)頂側(cè)支架也形成盒狀結(jié)構(gòu)，并且轉(zhuǎn)移PCB中圍繞BGA的彎曲應(yīng)力且使其遠(yuǎn)離在PCB的頂側(cè)和支架凸起構(gòu)件之間的BGA焊點(diǎn)平面。
圖4A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的容納兩個(gè)BGA裝置402、404的支架400的平面視圖。BGA裝置402、404不是支架的一部分，而是為了討論的目的而示出。支架400具有四個(gè)周邊構(gòu)件406、408、410、412和在周邊構(gòu)件406、410之間的內(nèi)部構(gòu)件414。內(nèi)部構(gòu)件414和周邊構(gòu)件限定兩個(gè)孔416、418，一個(gè)用于第一BGA裝置402，而一個(gè)用于第二BGA裝置404?；蛘?，每一個(gè)孔的形狀不同和/或尺寸不同。
周邊構(gòu)件406、408、410、412和內(nèi)部構(gòu)件414是凸起構(gòu)件，允許在凸起構(gòu)件下方布線表面跡線和/或允許在凸起構(gòu)件的下方將元件安裝在PCB上。凸起構(gòu)件也是理想的，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^它們更遠(yuǎn)離BGA焊點(diǎn)平面而移動應(yīng)力?；蛘?，一個(gè)或多個(gè)構(gòu)件沒有被凸起。
支架400具有四個(gè)用于將支架400安裝到PCB上(未示出，參見，例如圖3A參考標(biāo)號320)的角安裝孔401、403、405、407。支柱(未示出，參見圖3A參考標(biāo)號332、334、336、338)與每個(gè)角安裝孔相連，以將構(gòu)件406、408、410、412凸出PCB的表面，提高支架-PCB組件的剛性并允許在凸起構(gòu)件的下方在PCB上進(jìn)行元件安裝和表面跡線布線?？蛇x擇的側(cè)邊安裝孔409、411及其相連接的支柱(未示出)進(jìn)一步將構(gòu)件406、410固定到PCB上。側(cè)邊安裝孔將根據(jù)圖6B-6D在下面進(jìn)一步討論。
圖4B是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例容納兩個(gè)BGA的支架420的平面視圖。周邊構(gòu)件406’、408’、410’、412’形成單個(gè)孔422?？?22容納兩個(gè)可裝配在圖4A中所示的支架400的孔418中類型的BGA裝置；然而，在沒有中間加固結(jié)構(gòu)的孔422中BGA裝置的并列構(gòu)造允許BGA裝置更近地間隔。附加的電子元件，例如片形電阻器、電容器、晶體管或二極管可選擇地置于孔422內(nèi)。
圖4C是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的容納兩個(gè)BGA的支架430的平面視圖。周邊構(gòu)件432、434、436、437、438、440、442、443和中間構(gòu)件444限定兩個(gè)孔446、448。兩個(gè)孔446、448沿對角線呈“8字形”構(gòu)造布置，該構(gòu)造特別理想用于保護(hù)緊密間隔的不為兩個(gè)分離支架提供足夠空間的BGA裝置。類似地，與為每個(gè)BGA裝置使用一個(gè)單獨(dú)支架相比較，使用一個(gè)支架保護(hù)多于一個(gè)的BGA裝置減少了PCA上的零件數(shù)量?；蛘?，每一個(gè)孔形狀和/或尺寸都不同。
圖5A是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的容納三個(gè)BGA的支架500的平面視圖。周邊構(gòu)件502、504、506、508、510、512和中間構(gòu)件514、516限定三個(gè)孔518、520、522，當(dāng)被包含在PCA時(shí)，每一孔包圍BGA裝置。周邊構(gòu)件和中間構(gòu)件是凸起構(gòu)件?；蛘撸粋€(gè)或多個(gè)構(gòu)件沒有被凸起。在其它實(shí)施例中，每一個(gè)孔的形狀和/或尺寸不同。
圖5B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的容納三個(gè)BGA的支架530的平面視圖。周邊構(gòu)件502’、504’、506’、508’、510’、512’限定能容納例如可以在圖5A的支架530的孔518、520、522中使用的三個(gè)BGA裝置的孔532。BGA裝置可以在圖5B中的支架530的孔532中更緊密間隔在一起，因?yàn)樵诳?32內(nèi)沒有中間構(gòu)件占據(jù)面積?；蛘撸Ъ?30的“頂”不等長和/或不等寬，以便容納各種尺寸的BGA裝置。
圖6A是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的帶有具有角孔602、604、606、608的支架601的PCA 600的平面視圖。支架601和BGA裝置610安裝在PCB 612上。為了解說簡單，省略了將支架601連接到PCB 612上的螺栓。BGA裝置610位于由支架601形成的孔611內(nèi)。BGA裝置610的邊緣614從支架601的內(nèi)部邊緣616后縮一段所選擇的距離。
該距離被選擇以便確保PCA 600內(nèi)的應(yīng)力例如由振動、沖擊或搬運(yùn)引起的應(yīng)力不會在支架601下延伸進(jìn)孔611中，以避免造成BGA裝置610和PCB 612之間的焊點(diǎn)失效。在具體的實(shí)施例中，BGA裝置是25mm×25mm而由支架形成的孔是27mm×27mm。BGA裝置和支架內(nèi)部邊緣之間的后縮距離在所有的側(cè)邊上是1mm?；蛘吆罂s距離在所有的側(cè)邊上不相等。理想的后縮距離根據(jù)構(gòu)件的跨矩、構(gòu)件的剛性、PCB的厚度和在BGA裝置和PCB之間焊點(diǎn)的性質(zhì)和數(shù)量以及其它因素選擇。
通常，選擇后縮，以當(dāng)PCA在預(yù)期(設(shè)計(jì))的負(fù)載下機(jī)械地受壓時(shí)，提高在BGA裝置和PCB之間焊點(diǎn)的可靠性。具體的實(shí)施例具有從約1mm至約9mm范圍的后縮。適合的后縮依賴于例如板的厚度、支架尺寸、支架材料、支架厚度和BGA裝置的尺寸幾個(gè)因素。約5mm和約7mm之間的后縮在一些實(shí)施例中例如帶有較大的PCB組件、尤其是帶有約1.6mm厚的PCB是特別理想的。
圖6B是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的帶有角孔622、624、626、628和側(cè)邊安裝孔630、632的支架620的平面視圖。因而，兩個(gè)相對的構(gòu)件634、636具有三個(gè)孔622、630、624；626、632、628。沿著垂直于在PCA的沖擊、振動或搬運(yùn)期間受壓時(shí)具有最大彎曲的PCA軸線的構(gòu)件634、636的方向已經(jīng)增加了側(cè)邊安裝孔630、632。受壓時(shí)具有最大彎曲的軸線常常是由雙頭箭頭638表示的PCA的長軸線。側(cè)邊安裝孔630、632將支架620的側(cè)邊634、636的中心固定到PCB(未示出)上，進(jìn)一步加固了支架-PCB組件。帶有支架和帶有5mm后縮的BGA裝置的PCA被模制成型。在支架的構(gòu)件中垂直于PCB長軸的方向上增加側(cè)邊安裝孔將最大應(yīng)力減少到約為在支架的構(gòu)件上平行于PCB長軸的方向上模制有側(cè)邊孔的PCA最大應(yīng)力的一半。在垂直于PCB長軸的構(gòu)件中帶有側(cè)邊安裝孔的支架和在平行于PCB長軸的構(gòu)件上帶有側(cè)邊安裝孔的支架之間最大應(yīng)力的差異隨著更小的偏移量而更加明顯。因而，特別理想當(dāng)偏移量小于5mm時(shí)，在與在受力時(shí)可能具有最大彎曲的PCB軸線垂直的支架的構(gòu)件上包括側(cè)邊安裝孔。
圖6C是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的帶有角孔642、644、646、648和帶有側(cè)邊安裝孔650、652、654、656的支架640的平面視圖。附加的安裝孔可理想地提高剛性以及重新定位應(yīng)力，但是出于其它目的例如跡線布線和電子元件安裝，側(cè)邊安裝孔的數(shù)量與在PCB(未示出)上使用表面面積的需要相平衡。
圖6D是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的帶有角孔662、664、666、668和帶有側(cè)邊安裝孔670、672、674、676、678、680、682、684的支架660的平面視圖。帶有最多安裝孔的構(gòu)件686、688垂直于受力時(shí)可能具有最大彎曲的由雙頭箭頭638表示的PCA軸線。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的組件700的等距分解視圖。組件700是包括一個(gè)帶有連接到(例如，焊接到)PCB 702上的BGA裝置704的PCB 702的PCA的一部分。當(dāng)支架706用螺栓708、710、712、714固定到組件上時(shí)，支架706加固了組件700。螺栓708、710、712、714延伸通過彈簧716、718、720、722、散熱器724、PCB 702至帶有螺紋以接納螺栓的第二支架726，以便可拆卸地將支架706固定到PCB 702的第一(“頂”)側(cè)邊703以及將第二支架726固定到PCB 702的第二(“底”)側(cè)邊705上?；蛘?，第二支架726被省略且分離的螺母(未示出)與螺栓708、710、712、714相配合以將支架706和散熱器724固定到PCB 702上。在另一個(gè)實(shí)施例中，PCB具有與螺栓708、710、712、714相配合以將支架706和散熱器724固定到PCB上的螺紋墊片(未示出)。
支架706包括限制螺栓708、710、712、714和通過間隙襯墊736將散熱器724壓靠在BGA裝置704上的彈簧716、718、720、722的行程的柱腳728、730、732、734。間隙襯墊是除均勻地分配壓力之外還提高BGA裝置704和散熱器724之間傳熱由熱傳導(dǎo)柔性材料制成的襯墊。或者，柱腳不集成到支架，分離的管狀支座(standoff)和例如根據(jù)圖2B或圖1B的支架一起使用。
換言之，當(dāng)組裝時(shí)，螺栓708、710、712、714止靠在柱腳728、730、732、734，且彈簧716、718、720、722將散熱器724推靠在間隙襯墊736和BGA裝置704上。彈簧容許組件在PCB的上方BGA裝置的高度上以及支架和散熱器的尺寸上的變化。支架將PCB保持在BGA平面下方，其限制了焊球的應(yīng)力。在可選擇的實(shí)施例中，在BGA裝置和散熱器之間應(yīng)用熱傳導(dǎo)潤滑油。熱傳導(dǎo)潤滑油在當(dāng)機(jī)械地將BGA裝置從散熱器解耦的同時(shí)在BGA裝置和散熱器之間提供良好的熱耦合。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的組件800的等距分解視圖。組件800是包括帶有連接(例如，焊接)到PCB 802的BGA裝置804的PCB802的PCA的一部分。當(dāng)支架806用帶肩螺栓808、810、814(第四個(gè)帶肩螺栓在該視圖中未示出)固定到組件上時(shí)，支架806加固組件800。帶肩螺栓具有比螺紋更大直徑的平坦(無螺紋)區(qū)域。帶肩螺栓808、810、814延伸通過彈簧816、818、822(有第四個(gè)彈簧但在該視圖中未示出)，該彈簧被帶肩螺栓壓靠在散熱器824上。在一個(gè)實(shí)施例中，帶肩螺栓卡在散熱器824中，散熱器824、彈簧816、818、822和被卡住的帶肩螺栓808、810、814形成便于安裝到PCB上的次組件。第二支架826帶有螺紋，以接納螺栓?；蛘?，省略第二支架826，螺母(未示出)與帶肩螺栓808、810、814配合，以將支架806和散熱器824固定到PCB 802上。在另一個(gè)實(shí)施例中，PCB具有與帶肩螺栓808、810、814配合以將支架806和散熱器824固定到PCB 802上的螺紋墊片(未示出)。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的支架在BGA裝置周圍局部地加固PCA，保護(hù)將BGA裝置固定到PCA上的焊點(diǎn)，在一些應(yīng)用中也防止BGA裝置裂開。當(dāng)施加力時(shí)，支架內(nèi)的PCB彎曲相對于如果省略支架PCB在該區(qū)域所顯示出的彎曲被減少。分析模擬顯示支架內(nèi)的應(yīng)力是沒有支架時(shí)發(fā)生的應(yīng)力的很小百分比。
各種PCA模型通過使用從馬薩諸塞州尼達(dá)姆的參數(shù)技術(shù)公司獲得MECHANICATM軟件來評估。所有的模型假定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的PCB和一個(gè)由6061鋁合金制成的支架，所述支架具有帶有延伸附加的1.59mm至PCB的支柱的1.59mm厚的構(gòu)件，其基本上與圖2A所示的支架200一致。PCB也約為1.59mm厚。換言之，支架頂部離PCB的表面3.18mm，支柱在PCB的表面和支架構(gòu)件的下側(cè)之間提供1.59mm的間隙。在可選擇的實(shí)施例中，支架的頂部進(jìn)一步地從PCB的表面凸起，增加了BGA裝置附近的PCA的剛性?；蛘撸黾又Ъ軜?gòu)件的厚度。在所有的情況下，BGA裝置假定為25mm×25mm。
在一套模擬中，由支架形成的孔是27mm×27mm，支架的外部尺寸是42mm×42mm。在這些模擬中的負(fù)載是60N，垂直地施加在并均勻地分布在BGA的面上。沒有任何支架的PCA在該負(fù)載下具有通過BGA裝置的一部分的45兆帕斯卡(“MPa”)的最大應(yīng)力。在帶有BGA裝置的PCA的一側(cè)上具有支架的相同的PCA具有通過BGA裝置的15Mpa的最大應(yīng)力。在PCA的兩構(gòu)件上帶有同樣支架的相同的PCA(參見，例如圖3C)具有8.3MPa的最大應(yīng)力，該應(yīng)力約為沒有支架的應(yīng)力的18％。通過增加孔的尺寸至35mm×35mm(即，5mm的后縮)，通過BGA裝置的最大應(yīng)力減少至未帶有支架的PCA的6％。
用該負(fù)載進(jìn)行了附加的模擬，并總結(jié)如下表

表1
所有的模型示例除了倒數(shù)兩個(gè)(排)樣品具有六個(gè)安裝孔(參見圖6B)和八個(gè)安裝孔(參見圖6C)之外具有四個(gè)安裝孔，每一個(gè)角上一個(gè)。
表1模制而成的相同的樣品在125G的重力負(fù)載下，模擬“最終用途”類型的沖擊進(jìn)行評估。其結(jié)果總結(jié)如下表

表2
表1和表2示出在BGA裝置安裝區(qū)域中搬運(yùn)和沖擊負(fù)載通過使用本發(fā)明實(shí)施例可以被顯著地減少。表1和2的數(shù)值出于解說的目的而提供，僅僅是示例。
盡管本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)詳細(xì)地解說，這些實(shí)施例的修改和變通對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離下列權(quán)利要求所闡述的本發(fā)明的范圍的情況下是顯而易見的。
權(quán)利要求
1.一種組件，包括電路板；連接到所述電路板第一側(cè)的球柵陣列裝置；包圍所述球柵陣列裝置的支架，具有一系列安裝孔，和一系列在所述安裝孔之間延伸的構(gòu)件，所述支架在所述安裝孔處可拆卸地固定到所述電路板的所述第一側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述組件，其中至少一個(gè)所述構(gòu)件定位在所述電路板上方所選擇的高度。
3.如權(quán)利要求2所述組件，其中所述所選擇的高度不少于約1.4mm。
4.如權(quán)利要求1所述組件，其中所述一系列構(gòu)件中的每一個(gè)所述構(gòu)件定位在所述電路板上方。
5.如權(quán)利要求4所述組件，其中所述一系列構(gòu)件中的每一個(gè)所述構(gòu)件在所述電路板上方凸起所選擇的高度。
6.如權(quán)利要求4所述組件，其中第一構(gòu)件在所述電路板上方凸起第一所選擇的高度及第二構(gòu)件在所述電路板上方凸起第二所選擇的高度。
7.如權(quán)利要求1所述組件，其中所述支架包括精壓金屬板材，其具有延伸通過所述精壓金屬板材角部的安裝孔。
8.如權(quán)利要求1所述組件，其中所述球柵陣列裝置的一個(gè)邊緣從所述支架的內(nèi)部邊緣后縮。
9.如權(quán)利要求8所述組件，其中所述球柵陣列裝置的所述邊緣從所述支架的所述內(nèi)部邊緣后縮約1mm至約9mm之間。
10.如權(quán)利要求8所述組件，還包括第二球柵陣列裝置，其由所述支架包圍。
11.如權(quán)利要求1所述組件，其中所述支架還包括側(cè)邊安裝孔。
12.如權(quán)利要求11所述組件，其中所述側(cè)邊安裝孔在垂直于當(dāng)受壓時(shí)可能具有最大彎曲的所述電路板軸線的構(gòu)件內(nèi)。
13.如權(quán)利要求1所述組件，還包括可拆卸地固定到所述電路板第二側(cè)的第二支架。
14.如權(quán)利要求13所述組件，其中所述第二支架與所述支架相匹配。
15.如權(quán)利要求13所述組件，其中所述第二支架包括至少兩個(gè)螺紋安裝孔和至少兩個(gè)貫通安裝孔。
16.如權(quán)利要求15所述組件，其中所述兩個(gè)螺紋安裝孔互相呈對角線地相對。
17.如權(quán)利要求1所述組件，其中所述構(gòu)件限定一個(gè)孔，還包括布置在所述孔內(nèi)且與所述球柵陣列裝置熱耦合的散熱器。
18.如權(quán)利要求17所述組件，還包括；延伸通過每個(gè)所述角安裝孔的多個(gè)螺栓；和布置以將所述散熱器壓向所述球柵陣列裝置的多個(gè)彈簧。
19.如權(quán)利要求1所述組件，還包括所述支架的中間構(gòu)件；和連接到所述電路板的所述第一側(cè)且被所述支架包圍的第二球柵陣列裝置，所述球柵陣列裝置通過所述中間構(gòu)件與所述第二球柵陣列裝置分離。
20.如權(quán)利要求19所述組件，其中所述支架還包括側(cè)邊安裝孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種組件，組件包括帶有連接到電路板第一側(cè)的球柵陣列裝置的電路板。包圍球柵陣列裝置的支架具有一系列安裝孔和一系列在安裝孔之間延伸的元件。支架在安裝孔處可拆卸地固定到電路板的第一側(cè)。
文檔編號H05K7/20GK1816248SQ20051012561
公開日2006年8月9日 申請日期2005年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月2日
發(fā)明者托馬斯·E·博托, 阿尼路德·N·維茲 申請人:安捷倫科技有限公司