專利名稱：確定電路基板的加固位置的方法及基板組件的制作方法
確定電路基板的加固位置的方法及基板組件技術領域
這里所描述的實施例的某一方面涉及確定電路板的加固(reinforcement)位置的方法及基板組件。
背景技術：
當在基板上安裝電子部件時，通過凸點(bump)來進行倒裝芯片安裝。此時，凸點具有以下功能:獲得電子部件與電路板之間的電氣連接并且將電子部件機械地固定到電路板。此外，在凸點之間設置有底部填充物，從而加固電子部件與電路板的接合部。例如，在日本特許公開N0.2007-88293和N0.2007-12695中公開了加固。
但是，在使用底部填充物時，存在難以移除部件的情況。如果不可能移除部件，則對安裝有昂貴部件的電路板的整個的使用變得不可能。
因此，越來越多地在不使用底部填充物的情況下將電子部件凸點安裝在電路板上。但是，當不使用底部填充物時，存在不能充分地確保機械強度的情況，并且在這種情況下，用于補償機械強度的對策變得必要。例如，已經提出了:通過焊料將翹曲減小構件接合至安裝有半導體器件的電路板的背面以加固安裝有半導體器件的部分。
上述翹曲減小構件的目的是抑制由焊接、操作等中產生的熱所導致的電路板的翹曲。但是，電路板翹曲的原因不局限于這樣的熱產生。除熱產生之外，當施加來自外界的壓力(外力)時，也會發生翹曲。在這種情況下，電路板的翹曲狀態取決于電路板到機殼的固定狀態的程度。
最近幾年中，在小型電子設備比如移動電話中，需要非常高密度的部件安裝。在這些設備中，需要使用所必需的最少數目的翹曲減小構件以及加固電路板上安裝有部件的區域。即，最高優先級是固定電路板上安裝有部件的大區域。因此，需要靈活設計，例如，確定翹曲減小構件的最少布置并且然后確定將電路板固定到機殼的螺柱的位置。
但是，由于通常難以根據螺柱的位置來檢驗什么類型的減小翹曲的對策變得必要，所以難以進行靈活設計。發明內容
從而，本說明書所公開的確定電路板的加固位置的方法及基板組件具有以下目的:容易地確定用于減小其中螺柱布置在電子部件外圍的電路板的翹曲的最少對策。
根據本發明的一個方面，提供了一種確定電路板的加固位置的方法，包括:建立電路板的數值模型，在該電路板中電子部件通過凸點安裝在前表面中并且加固構件附接至背表面中的與位于電子部件的拐角部位中的凸點對應的位置；并入關于螺柱的信息，該螺柱位于電子部件的外圍并且將電路板固定到電子設備的機殼；執行模擬以獲得當從電路板的背面給電子部件施加力時在拐角部位的凸點中所產生的應力值；以及基于通過上述模擬獲得的應力值來根據螺柱的位置確定加固構件的布置。
根據本發明的一個方面，提供了一種基板組件，該基板組件固定至機殼，該基板組件包括:電路板，電子部件通過在前表面上按矩形形狀布置的凸點安裝到該電路板；螺柱，位于電子部件的外圍并且將電路板固定到機殼；以及加固構件，附接至電路板背表面中的與電子部件的拐角部位的一部分對應的位置，其中當電子部件的中心位置位于連接螺柱和加固構件的線上時，加固構件位于與除了其中當從電路板的背面給電子部件施加壓力時所產生的應力最小的拐角部位以外的拐角部位對應的位置中。本發明的目的和優點將借助于權利要求所具體指出的要素和組合來實現和獲得。應當理解，前面的總體性描述和后續的詳細描述兩者都是示例性的和說明性的并且不是所要求保護的發明的限制。
圖1是其中并入基板組件的電子設備的橫截面圖；圖2是不出在基板組件中所廣生的應力的說明圖；圖3是示出在根據一種實施例的確定加固位置的方法中所使用的信息處理設備的框圖；圖4是示出該實施例的電路板的每個部分的尺寸的說明圖；圖5A和圖5B示出對確定該實施例的基板組件的加固位置的方法進行說明的流程圖；圖6A和圖6B是示意性地示出模擬中所用的模型的說明圖，圖6A是橫截面圖，圖6B是平面圖；圖7是示出將電子部件的外圍劃分成多個區域的示例的說明圖；圖8是示出基于模擬N0.1.2來加固的電路板的說明圖；圖9是示出基于模擬N0.2.2來加固的電路板的說明圖；圖10是示出基于模擬N0.3.2來加固的電路板的說明圖；圖11是示出基于模擬N0.4.2來加固的電路板的說明圖；圖12是示出基于模擬N0.5.2來加固的電路板的說明圖；圖13是示出模擬N0.6.0中的螺柱布置的說明圖；圖14是示出模擬N0.7.0中的螺柱布置的說明圖；圖15是示出模擬N0.8.0中的螺柱布置的說明圖；圖16是示出模擬N0.9.0中的螺柱布置的說明圖；圖17是示出基于模擬N0.10.2來加固的電路板的說明圖；圖18是示出基于模擬N0.11.2來加固的電路板的說明圖；圖19是示出基于模擬N0.12.2來加固的電路板的說明圖；圖20是示出基于模擬N0.13.2來加固的電路板的說明圖；圖21是示出模擬N0.14.0中的螺柱布置的說明圖；圖22是示出模擬N0.15.0中的螺柱布置的說明圖；圖23是示出模擬N0.16.0中的螺柱布置的說明圖；圖24是示出模擬N0.17.0中的螺柱布置的說明圖；圖25是示出模擬N0.18.0中的螺柱布置的說明圖；圖26是示出模擬N0.19.0中的螺柱布置的說明圖；以及
圖27是示出模擬N0.20.0中的螺柱布置的說明圖。
具體實施方式
在下文中，將參考附圖描述本發明的實施例。但是，為了便于說明，在圖中，每一部分的大小和比例等可能不會示出為與實際部分的大小和比例等完全對應。例如，圖中示出的凸點的數目不同于實際的凸點的數目。
參考圖1，將對包括基板組件I的電子設備的外形結構給出描述。假定電子設備100是作為便攜式電子設備的示例的個人計算機，但可以是其它設備如便攜式電話。電子設備100包括處于機殼101內的基板組件I。基板組件I包括安裝有電子部件4的電路板2。在本實施例中，假定電子部件是BGA (Ball grid array，球柵陣列)型封裝的CPU (中央處理器)，但是也可以使用其它電子部件。放熱構件3堆疊并且設置在電子部件4上。電子部件4經由凸點(焊料凸點)5倒裝芯片(flip-chip)安裝在電路板2上。如圖4及其它圖所示，凸點5按矩形形狀布置。電路板2的外圍的一部分由機殼101夾住并保持并且在多個位置處經由螺柱6通過螺釘7固定。螺柱6位于電子部件4的外圍。螺柱6用來將電路板2固定到電子設備的機殼101。如上所述，通過機殼101夾住并保持的部位以及通過螺柱6固定的部位就成為電路板2的固定部位。電子部件4具有矩形形狀并且具有四個拐角部位。即，如圖4和其它圖所示，在電子部件4中形成四個拐角部位:拐角部位A、拐角部位B、拐角部位C和拐角部位D。電路板2具有柔韌性，而電子部件4可以被認為是剛體。
圖2是示出在基板組件I中所產生的應力的說明圖。從電子部件4的拐角部位A到距拐角部位A最近的成為固定部位的螺柱6之間的距離用LI來表示。從拐角部位C到距拐角部位C最近的成為固定部位的螺柱6之間的距離用L2來表示。然后，假設給電子部件4施加負載P。此時，在拐角部位A中所產生的力矩Ma和在拐角部位C中所產生的力矩Mc通過以下公式來表示:
Ma=LI * P/2
MC=L2 * P/2
因此，力矩的比遵照LI與L2的比。S卩，例如，當LI與L2的比為1:2時，力矩的比變為1:2。使用Z作為截面模量時，力矩和應力值之間的關系通過下式表示:
σ =M/Z
假設電子部件4的厚度是h、寬度是b，則截面模量Z通過下式表示:
Z=bh2/6
因此，在拐角部位A和拐角部位C所產生的應力值取決于從施加負載P的位置到固定部位之間的距離LI和L2。如上所述，翹曲的程度基于電子部件4的每個拐角部位與固定部位之間的距離而變化，并且拐角部位的凸點5中所產生的應力也發生變化。因此，螺柱6的布置影響基板組件I的翹曲程度以及應力值。本實施例的基板組件I使應力值均衡化，并且盡可能使它們一致。
取決于固定部位比如螺柱6與電子部件4之間的位置關系，存在以下情況:因為扭元(torsion element)的存在,所以只通過簡單地對力矩的評估不可能確定合適的加固位置。即使在這樣的情況下，根據下文所描述的方法，也可以對合適的位置進行加固并且實現在拐角部位中所產生的應力的均衡化。
建立數值模型，該數值模型考慮電路板2的施加負載P的位置和待加固的拐角部位。數值模型包括關于安裝到電路板2上的電子部件4的長度、寬度和厚度的信息。此外，數值模型包括關于電路板2的機械性能如強度的信息。這樣的數值模型考慮關于螺柱6的信息，即，關于螺柱6在電路板2的外圍如何布置的信息。現在將描述在制作如圖4所示的基板組件I時所進行的確定電路板的加固位置的方法。通過TEG (Test element group,測試元件組)評估來執行模擬。包括在基板組件I內并且構成電路板2的電子部件(BGA封裝)4的尺寸為WlX W2=28mm X 34mm，并且螺柱6 α的中心點與位于拐角部位D的凸點5d的中心點之間的距離為Ldl=IOmm和Ld2=2mm。螺柱6 β的中心點與位于拐角部位B的凸點5b的中心點之間的距離為Lbl=6mm和Lb2=2mm。凸點的平均直徑為0.5_，并且凸點的平均高度為0.4_。此外，從電子部件4的背面(電路板2偵D給電子部件4的中心區施加40N的力。現在將參考圖5A和圖5B所示的流程圖，描述在制作上述基板組件I時所進行的確定電路板的加固位置的流程。可以預先指定作為減小翹曲的對策將加固的部位并且將它作為部件的信息并入用于設計的信息中。在確定本實施例的電路板的加固位置的方法中，作為減小翹曲的對策將加固的電子部件4與位于電子部件4的外圍的諸如螺柱之類的固定部位之間的位置關系是重要的要素。確定電路板的加固位置的方法是通過利用信息處理設備10進行使用數值模型的模擬來執行的，在圖3中示出了該信息處理設備10的框圖。信息處理設備10包括操作部分11、輸入部分12和存儲部分13。模擬更具體地意味著:“執行模擬以驗證施加到電子部件的四個拐角的凸點5上的應力，該應力是由當從布線基板的背面給電子部件施加預定的壓力時電路板的變形導致的”。表I示出通過圖5A和圖5B所示的流程圖得到的模擬結果。(表I)
權利要求
1.一種確定電路板的加固位置的方法，包括: 建立電路板的數值模型，在所述電路板中電子部件通過凸點安裝在前表面中并且加固部件附接至背表面中的與位于所述電子部件的拐角部位中的凸點對應的位置； 并入關于螺柱的信息，所述螺柱位于所述電子部件的外圍并且將所述電路板固定到電子設備的機殼； 執行模擬以獲得當從所述電路板的背面給所述電子部件施加力時在拐角部位的凸點中所產生的應力值；以及 基于通過所述模擬獲得的所述應力值來根據所述螺柱的位置確定所述加固構件的布置。
2.根據權利要求1所述的確定電路板的加固位置的方法，其中 所述模擬包括: 通過使用其中將所述加固構件附接至所有的所述拐角部位的數值模型來獲得所述拐角部位的第一應力值；以及 通過使用其中將一部分所述拐角部位的加固構件移除并且將一部分所述拐角部位的加固構件保持附接的數值模型來獲得所述拐角部位的第二應力值，以及所述確定電路板的加固位置的方法還包括: 將所述第一應力值的最大值與表現出所述最大值的拐角部位中所表現出的第二應力值進行比較，并且在表現出所述最大值的所述拐角部位中所表現出的所述第二應力值等于或小于所述最大值的情況下，選擇使得表現出所述第二應力值的所述加固構件的布置。
3.根據權利要求1所述的確定電路板的加固位置的方法，其中 所述模擬包括: 通過使用其中將加固構件附接至作為所述電子部件的全部拐角部位的四個拐角部位的數值模型來獲得所述拐角部位的第一應力值； 通過使用其中將位于與表現出所述第一應力值的最大值的拐角部位對應的位置中的最大應力加固構件保 持附接并且將除了所述最大應力加固構件以外的任意一個加固構件移除的三種數值模型來計算關于所述三種數值模型中的每一種數值模型的所述拐角部位的第二應力值，將當時所述第一應力值的最大值與當時表現出所述最大值的所述拐角部位中所表現出的第二應力值進行比較，并且當所述第二應力值等于或小于所述最大值時用所述第二應力值取代所述第一應力值； 通過使用其中將位于與表現出所述第一應力值的最大值的拐角部位對應的位置中的最大應力加固構件保持附接并且將除了所述最大應力加固構件以外的任意兩個加固構件移除的三種數值模型來獲得關于所述三種數值模型中的每一種數值模型的所述拐角部位的第三應力值，將當時所述第一應力值的最大值與當時表現出所述最大值的所述拐角部分中所表現出的第三應力值進行比較，并且當所述第三應力值等于或小于所述最大值時用所述第三應力值取代所述第一應力值；以及 通過使用其中將位于與表現出所述第一應力值的最大值的拐角部位對應的位置中的最大應力加固構件保持附接并且將除了所述最大應力加固構件以外的三個加固構件移除的數值模型來獲得關于所述數值模型的所述拐角部位的第四應力值，將當時所述第一應力值的最大值與當時表現出所述最大值的所述拐角部位中所表現出的第四應力值進行比較，并且當所述第四應力值等于或小于所述最大值時用所述第四應力值取代所述第一應力值，以及 所述確定電路板的加固位置的方法還包括: 選擇當所述模擬完成時使得取代所述第一應力值的所述加固構件的布置。
4.一種基板組件，所述基板組件固定到機殼，所述基板組件包括: 電路板，電子部件通過在前表面上按矩形形狀布置的凸點安裝到所述電路板； 螺柱，位于所 述電子部件的外圍并且將所述電路板固定到所述機殼；以及加固構件，附接至所述電路板的背表面中的與所述電子部件的一部分拐角部位對應的位置，其中 當所述電子部件的中心位置位于連接所述螺柱和所述加固構件的線上時，所述加固構件位于與除了當從所述電路板的背面給所述電子部件施加壓力時所產生的應力最小的拐角部位以外的拐角部位對應的位置中。
全文摘要
本發明涉及確定電路基板的加固位置的方法及基板組件。提供一種確定電路板的加固位置的方法，包括建立電路板的數值模型，在該電路板中電子部件通過凸點安裝在前表面上并且加固構件附接至背表面中的與位于電子部件的拐角部位中的凸點對應的位置；并入關于位于電子部件的外圍并且將電路板固定到電子設備的機殼的螺柱的信息；執行模擬以獲得當從電路板的背面給電子部件施加力時在拐角部位的凸點中所產生的應力值；以及基于通過上述模擬獲得的應力值來根據螺柱的位置確定加固構件的布置。
文檔編號H05K7/14GK103140102SQ20121047232
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月20日 優先權日2011年11月22日
發明者小林弘, 江本哲, 岡田徹, 北嶋雅之, 增山卓己 申請人:富士通株式會社