專利名稱：焊接方法和焊合部件的制作方法
發(fā)明的
背景技術(shù)：
領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種電子元件的焊接方法以及一種焊合單元，該電子元件的焊接引線端子鍍有無(wú)鉛的金屬。
而且，本發(fā)明涉及一種印刷線路板的焊接方法，該印刷線路板在相反表面上包括要焊接的部分，該方法包括回流焊接一個(gè)表面；以及，隨后流動(dòng)焊接另一表面。本發(fā)明具體地涉及一種焊接方法，用于執(zhí)行上述過(guò)程中的焊接操作，其中，當(dāng)流動(dòng)焊接時(shí)，在回流焊接部分中避免劑帶脫皮現(xiàn)象(電路分離)的產(chǎn)生。
另外，本發(fā)明涉及一種采用錫-鋅焊接劑(主要包含錫和鋅的焊接劑)的流動(dòng)焊接方法，它在焊接劑的濕潤(rùn)/擴(kuò)散和焊接劑在電鍍的通孔中濕潤(rùn)/上升效果方面是優(yōu)秀的，即使在低溫條件下。
背景技術(shù)：
(第一現(xiàn)有技術(shù))作為用含鉛焊接劑進(jìn)行電鍍的替代品，在半導(dǎo)體元件的引線框架表面上形成了一個(gè)鈀或鈀合金層。然而，與迄今使用的錫-鉛焊接劑、或無(wú)鉛焊接劑的潛在候選物比如基于錫-銀-銅的焊接劑和基于錫-銅的焊接劑相比，鈀的問(wèn)題是濕潤(rùn)性不好。而且還存在浮脫(lift-off)問(wèn)題，即焊接劑從印刷線路板的銅凸臺(tái)上漂浮起來(lái)。下面將詳細(xì)地描述這些現(xiàn)有技術(shù)和問(wèn)題。
如上所述，作為用于無(wú)鉛電子元件的技術(shù)，執(zhí)行了在半導(dǎo)體元件的引線框架的表面上用電鍍方法形成鈀或鈀合金層的方法。這是因?yàn)?，相?duì)于用蠟質(zhì)材料(銀蠟)或黃金制成的結(jié)合導(dǎo)線而言，在牢固結(jié)合過(guò)程中，鈀的濕潤(rùn)性極高。
值得一提的是，在具有鈀或鈀合金層的引線框架中經(jīng)常產(chǎn)生銹。因此，通常形成一個(gè)鎳層以作為襯底。
圖1為表示半導(dǎo)體元件的引線框架(焊接引線)的截面的示意圖。為了易于看見(jiàn)，表示了一個(gè)相當(dāng)厚的鍍層。
即，在焊接引線30中，例如，引線框架材料比如鐵-鎳合金31的表面涂敷包括鎳層32的襯底，然后再涂敷鈀層33(或鈀合金層)作為上層。
為了在印刷線路板上安裝電子元件比如半導(dǎo)體元件并且用流動(dòng)焊接方法切實(shí)地焊接該元件，該方法包括將該焊接引線端子插入在該印刷線路板的通孔中；在該通孔周?chē)纬梢粋€(gè)焊接凸臺(tái)，并且使該焊接引線端子與熔化的焊接劑的噴射流接觸，以焊接該元件。在這種狀況下，通孔被電鍍，以形成電鍍的通孔，以達(dá)到高可靠性的焊接/安裝。
圖2是該通孔的縱向截面圖，它表示半導(dǎo)體元件的焊接引線端子插入在印刷線路板的電鍍的通孔中的情形。
具體地，焊接凸臺(tái)41設(shè)置在印刷線路板40的上、下表面上，并且這些凸臺(tái)41通過(guò)電鍍的通孔42彼此連接。半導(dǎo)體裝置的焊接引線端子43插入在通孔42中，并且在凸臺(tái)41和電鍍的通孔42以及焊接引線端子43之間構(gòu)成要焊接的部分44。
在該狀態(tài)下，熔化的焊接劑的噴射流從圖2中的下面接觸到印刷線路板40的下表面，即，在該印刷線路板的下表面上的要焊接的部分44，以執(zhí)行流動(dòng)焊接。
在焊接/安裝過(guò)程中，有必要供給充分熔化的焊接劑到要焊接的部分44，以便獲得滿意的濕潤(rùn)性。換言之，必需滿足要焊接的部分44的滿意電連接和足夠的機(jī)械強(qiáng)度/連接。而且，包括電鍍的通孔42的印刷線路板40必須在通孔42中充分地填充焊接劑并且向上濕潤(rùn)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，電子元件被焊接到印刷線路板上，為了保證焊接性能，一般要施加液態(tài)焊劑。該液態(tài)焊劑比如用沉浸、涂刷、噴霧和起泡等方法施加。用于電子工業(yè)的后期焊劑通常由主要成分構(gòu)成，該成分是通過(guò)將作為基本樹(shù)脂的松香與作為催化劑的胺類氫鹵化物在低濃度酒精有機(jī)溶劑比如異丙醇中進(jìn)行混合和溶解而獲得的。
然而，由于該引線框架的溫度在制造該半導(dǎo)體元件過(guò)程中的模結(jié)合或?qū)Ь€結(jié)合步驟中升高，即使鈀或鈀合金的結(jié)合特性極高，也會(huì)在將它焊接/安裝到印刷線路板的過(guò)程中產(chǎn)生引線框架的焊接劑濕潤(rùn)性的惡化問(wèn)題。即，該半導(dǎo)體元件的焊接引線端子的焊接劑濕潤(rùn)性被惡化。
圖3通孔的縱向截面視圖，表示了其濕潤(rùn)性被惡化的焊接引線端子的焊接狀態(tài)。
具體地，焊接引線端子53的濕潤(rùn)性的惡化妨礙了焊接劑向上濕潤(rùn)電鍍通孔52，并且設(shè)置在印刷線路板50的上表面的焊接凸臺(tái)51沒(méi)有充分地濕潤(rùn)。在迄今使用的錫-鉛焊接劑，或無(wú)鉛焊接劑的潛在候選物比如基于錫-銀-銅的焊接劑和基于錫-銅的焊接劑中，也類似地產(chǎn)生這種焊接劑54的向上濕潤(rùn)缺陷。
另一方面，作為用于無(wú)鉛焊接劑的技術(shù)，基于錫-銀-銅的焊接劑是潛在候選物。該焊接劑用于制備電子元件的焊接引線端子，該電子元件受到不同的類型的電鍍，并且該端子插入在鍍有作為印刷線路板表面處理的潛在候選物的預(yù)先焊劑的通孔中，它們不包含鉛。當(dāng)基于錫-銀-銅的焊接劑被用于焊接該元件時(shí)，產(chǎn)生了已知的稱為浮脫(結(jié)合缺陷)的缺陷。即，該焊接劑從印刷線路板的銅凸臺(tái)上漂浮起來(lái)。圖4A、4B為在無(wú)鉛焊接劑中產(chǎn)生的浮脫的鳥(niǎo)瞰圖。
如上所述，熔化狀態(tài)的焊接劑沒(méi)有被充分地填充或濕潤(rùn)到電鍍通孔中，或者出現(xiàn)了浮脫。然后，當(dāng)印刷線路板安裝在電子裝置上而且使用時(shí)，由于施加的應(yīng)力(例如溫度變化、振動(dòng)、加速度、印刷線路板偏斜而產(chǎn)生的扭曲，等等)或隨時(shí)間的變化，焊接凸臺(tái)即設(shè)置在印刷線路板的上下表面上的印刷電路彼此斷開(kāi)連接。換句話說(shuō)，存在的問(wèn)題是焊接劑的結(jié)合分離而且這些分離很容易出現(xiàn)。換言之，那些安裝有印刷線路板的電子裝置的可靠性被顯著地降低了。
(第二現(xiàn)有技術(shù))圖5是一個(gè)示意圖，它表示了一個(gè)焊接過(guò)程的例子，其中，采用現(xiàn)有技術(shù)的方法，印刷線路板60的一個(gè)表面被回流焊接，而另一表面被流動(dòng)焊接。這里要說(shuō)明的是，該現(xiàn)有技術(shù)的例子表示印刷線路板60的一個(gè)例子，印刷線路板60包括電鍍通孔61，圈內(nèi)的附圖標(biāo)記1至9表示步驟編號(hào)。
具體地，首先，在步驟1中，用于結(jié)合要被流動(dòng)焊接的電子元件12(例如，SMD，比如一個(gè)芯片元件)的粘接劑63被施加，隨后，在步驟2中，安裝對(duì)應(yīng)的電子元件12。其后，在步驟3中，在步驟1中施加的粘接劑63變硬，而電子元件12固定到凸臺(tái)64(電路圖形)上。
接下來(lái)，在步驟4中，印刷線路板60被顛倒，并且焊接劑65比如膏狀焊接劑預(yù)先供給到凸臺(tái)64上，其上設(shè)置要回流焊接的電子元件62、66的焊接端子。隨后，在步驟5中，電子元件62、66比如芯片元件和QFP集成電路被安裝。
其后，在步驟(6)中，用回流焊接裝置進(jìn)行回流焊接。具體地，在步驟4中供給的焊接劑65被加熱并且熔化，在焊接端子67和凸臺(tái)64之間的電子元件62、66比如芯片元件和QFP集成電路的要焊接的部分被焊接。
在完成回流焊接之后，在步驟7中，例如，在印刷線路板的回流焊接表面的一側(cè)面上，插入類型電子元件68(以下稱為插入元件)比如連接器的引線端子89插入在通孔61中。在步驟8中，采用流動(dòng)焊接裝置執(zhí)行流動(dòng)焊接。
具體地，在凸臺(tái)84和在步驟3中固定在凸臺(tái)64上的電子元件62之間形成的要焊接的部分，以及在包括電鍍的通孔61的凸臺(tái)64與在步驟7中插入在該通孔61中的插入元件68的引線端子69之間形成的要焊接的部分接觸到熔化狀態(tài)的錫-9鋅焊接劑的噴射流。因此，焊接劑被供給到要焊接的這些部分上，并且執(zhí)行焊接。
這里，在要對(duì)電子元件12或插入元件68進(jìn)行流動(dòng)焊接時(shí)，通常將液態(tài)焊劑施加到印刷線路板60上，以保證焊接性能。該液態(tài)焊劑比如用沉浸、涂刷、噴霧和起泡等方法施加。用于電子工業(yè)的后期焊劑通常由主要成分構(gòu)成，該成分是通過(guò)將作為基本樹(shù)脂的松香與作為催化劑的胺類氫鹵化物在低濃度酒精有機(jī)溶劑比如異丙醇中進(jìn)行混合和溶解而獲得的。
通過(guò)上述的過(guò)程，象圖5的步驟9那樣，印刷線路板60被冷卻，完成對(duì)該電路板的相對(duì)表面上的要焊接的部分的焊接，并且在SMD(電子元件12)和插入元件68的要焊接的部分上形成焊接劑的劑帶600。
在這種情況下，如果設(shè)置在印刷線路板60的一個(gè)表面的凸臺(tái)64經(jīng)由通孔61連接到設(shè)置在另一表面的凸臺(tái)64，在流動(dòng)焊接步驟8中，焊接劑65需要向上濕潤(rùn)電鍍通孔61的內(nèi)部并且濕潤(rùn)整個(gè)相對(duì)的凸臺(tái)64。而且，如果插入元件68的引線端子69插入在電鍍通孔61中，如步驟9所示，焊接劑65需要濕潤(rùn)整個(gè)相對(duì)的凸臺(tái)64，以形成劑帶600。
在將印刷線路板60安裝到電子裝置上時(shí)，這就避免了電鍍通孔61破裂，并且避免由于應(yīng)力比如熱應(yīng)力、加速度和振動(dòng)導(dǎo)致的電路分離。因此，避免了該電子裝置通過(guò)由印刷線路板60操作的可靠性的損壞。
而且，最重要的是，避免了在步驟6中回流焊接的部分的焊接劑在流動(dòng)焊接的步驟8中被再次熔化。即，在流動(dòng)焊接時(shí)焊接劑噴射流接觸到印刷線路板60，由于來(lái)自焊接劑噴射流的熱傳導(dǎo)，回流焊接部分的溫度升高。
在流動(dòng)焊接期間，當(dāng)回流焊接部分的焊接劑被再次熔化時(shí)，回流焊接的電子元件62的位置被移動(dòng)，并且產(chǎn)生焊接劑缺陷。極端地，電子元件62被分離并且離開(kāi)構(gòu)成要焊接的部分的凸臺(tái)64，并且導(dǎo)致電路功能上的缺陷。即使進(jìn)行簡(jiǎn)單的再熔化，也會(huì)出現(xiàn)焊接劑的濕潤(rùn)缺陷，并且焊接劑的強(qiáng)度下降。
為了解決該問(wèn)題，提出了不同的焊接方法。
例如，在日本專利公開(kāi)號(hào)(JP-A)2001-358456(以下稱為專利文件1)中描述的例子。即，在該現(xiàn)有技術(shù)例子中，使用了基于錫-銀-鉍的無(wú)鉛焊接劑和基于錫-鋅-鉍的無(wú)鉛焊接劑。在該技術(shù)中，″允許每個(gè)焊接劑的熔化范圍移動(dòng)，因此抑制了元件的松開(kāi)或連接強(qiáng)度的下降，在流動(dòng)焊接時(shí)，該元件是由第二表面回流或第一表面回流連接的″(參見(jiàn)專利文件1的現(xiàn)有技術(shù)例子的段落 )。在該現(xiàn)有技術(shù)例子公開(kāi)的技術(shù)中，鉍主要用作熔點(diǎn)調(diào)正劑，并且焊接劑中鉍的含量被控制，以調(diào)整焊接劑的熔化范圍。然而，當(dāng)使用包含鉍的焊接劑時(shí)，要焊接的部分的焊接劑容易變脆。存在的問(wèn)題是對(duì)于施加給要焊接的部分的周期應(yīng)力，焊接劑的強(qiáng)度很容易迅速下降。換言之，即沒(méi)有韌性。
另外，在現(xiàn)有技術(shù)例子中，描述了″按照元件的類型，元件與焊接劑一起從基底上的電極處脫皮的現(xiàn)象″(參見(jiàn)現(xiàn)有技術(shù)例子的段落 )。然而，沒(méi)有闡明出現(xiàn)該現(xiàn)象的機(jī)理。因此，理論上沒(méi)有適當(dāng)?shù)募夹g(shù)來(lái)解決該問(wèn)題。即，在該技術(shù)中，如果可能的話，在無(wú)鉛焊接劑中包括鉍，因此強(qiáng)迫熔點(diǎn)下降，在流動(dòng)焊接過(guò)程中溫度升高的影響被最小化。
本發(fā)明人注意到″元件與焊接劑一起從基底上的電極處脫皮的現(xiàn)象″，即從凸臺(tái)的劑帶脫皮現(xiàn)象只是在電子元件涂敷有錫-鉛焊接劑或包括例如電鍍的焊接端子的情況下在利用基于錫-銀-x(其它元素)的無(wú)鉛焊接劑焊接時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，并且用一臺(tái)電子顯微鏡觀察了該脫皮的部分。結(jié)果，在該脫皮部分認(rèn)出了鉛的斷裂。具體地，闡明了這樣的觀點(diǎn)，即在凸臺(tái)和劑帶的界面中形成了錫-銀-鉛的微小三質(zhì)共熔合金成分，并且該熔點(diǎn)低到178℃(參見(jiàn)Kazuhiko Tanabe、Yu Saito等人在第15屆電子學(xué)裝備學(xué)術(shù)演講通用論文匯集文件的″ExperimentalConsideration conceming SMT Fillet Peel ofLead-Free Solder″)。
圖6是一個(gè)要焊接的部分的端表面的示意圖，表示了劑帶脫皮現(xiàn)象，圖6A是普通焊接狀態(tài)的示意圖，圖6B是表示脫皮的劑帶600的狀態(tài)的示意圖。在該圖中，脫皮部分70被夸大表示了，以便于看見(jiàn)。因此，劑帶脫皮現(xiàn)象是以脫皮方式在凸臺(tái)64和焊接劑的接觸面詐產(chǎn)生的。
值得一提的是，在上述的現(xiàn)有技術(shù)例子中，″基于三種元素的焊接劑比如基于錫-銀-鉍和錫-鋅-鉍的焊接劑以特寫(xiě)方式注明無(wú)鉛焊接劑合金的潛在候選物，來(lái)替代基于錫-鉛的焊接劑″?！邋a-9％重量百分比的鋅(熔點(diǎn)199℃)具有基本上適當(dāng)?shù)娜埸c(diǎn)，但是在環(huán)境中進(jìn)行焊接時(shí)該焊接劑表面被明顯地氧化，并且該焊接劑不容易使用″(參見(jiàn)第一現(xiàn)有技術(shù)例子的段落 )。這有點(diǎn)接近本發(fā)明范圍的邊界點(diǎn)。
具體地，在整理現(xiàn)有技術(shù)例子時(shí)，還沒(méi)有建立采用錫-9鋅焊接劑(錫-9％重量百分比的鋅焊接劑以下，在元素之前的數(shù)字表示百分比重量)對(duì)印刷線路板進(jìn)行流動(dòng)焊接的技術(shù)。采用錫-9鋅焊接劑的印刷線路板的流動(dòng)焊接技術(shù)隨后發(fā)表在日本專利公開(kāi)號(hào)(JP-A)2001-293559(作為專利文件2)中，并且已知該技術(shù)的確立。
(第三現(xiàn)有技術(shù))鉛的毒性擴(kuò)散到自然環(huán)境并且影響到人體是人們關(guān)注的問(wèn)題，并且電子裝置和印刷線路板的焊接已經(jīng)采用無(wú)鉛焊接劑進(jìn)行焊接了，其中不使用鉛。然而，目前最多使用的無(wú)鉛焊接劑是熔點(diǎn)高達(dá)大約220℃的無(wú)鉛焊接劑。最佳的焊接溫度比迄今已經(jīng)使用的錫-鉛焊接劑的焊接溫度(大約240℃至250℃)高大約10℃至15℃，即在大約250℃至255℃范圍內(nèi)。
為了流動(dòng)焊接其上安裝電子元件的印刷線路板，即要焊接的工件，一個(gè)熱應(yīng)力施加到該印刷線路板和電子元件上。具體地，有必要將要焊接的部分即印刷線路板的要焊接的表面與熔化狀態(tài)的焊接劑接觸，以焊接該部分。
而且，目前使用的具有高熔點(diǎn)的無(wú)鉛焊接劑的熱應(yīng)力比以前的大，因此會(huì)出現(xiàn)電子裝置的壽命比以前的要短。作為一個(gè)對(duì)策，開(kāi)發(fā)工作用于增強(qiáng)電子元件的熱阻抗以及利用低溫焊接劑實(shí)現(xiàn)流動(dòng)焊接。
熱應(yīng)力對(duì)電子元件的壽命有較大的影響。具體地，當(dāng)利用低溫焊接劑執(zhí)行流動(dòng)焊接時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命的電子裝置。另外，如果采用其最佳焊接溫度低于迄今使用的錫-鉛焊接劑的焊接溫度的焊接劑，電子裝置的壽命可以比以前的長(zhǎng)。
如上所述，在流動(dòng)焊接期間焊接劑的溫度表現(xiàn)為可靠性的不同，從電子裝置來(lái)看不能明顯地判斷出它們。因此，在向用戶供給高可靠性的電子元件時(shí)，作為一個(gè)重要的指標(biāo)，應(yīng)采用具有低的最佳焊接溫度的焊接劑的流動(dòng)焊接技術(shù)。
錫-鋅焊接劑的熔點(diǎn)(例如，錫-9鋅焊接劑的熔點(diǎn))為大約199℃，低于其它的無(wú)鉛焊接劑的熔點(diǎn)(例如，大約220℃)。優(yōu)點(diǎn)是在流動(dòng)焊接期間施加到印刷線路板或電子元件上的熱應(yīng)力可以被減少。然而，采用錫-鋅焊接劑對(duì)印刷線路板進(jìn)行流動(dòng)焊接被認(rèn)為是不可能的，因?yàn)楹附有阅鼙热鐫駶?rùn)性不好。
在日本專利申請(qǐng)?zhí)?002-4185中，本發(fā)明人已經(jīng)申請(qǐng)的一個(gè)專利，該技術(shù)包括對(duì)印刷線路板的要焊接的凸臺(tái)或電鍍通孔用錫-鋅焊接劑進(jìn)行平整處理比如熱空氣平整(HAL)處理，以在該電路板的表面上形成一個(gè)以錫和鋅為主要成分的焊接劑層。因此，可以對(duì)在其焊接引線端子的表面上形成有鈀或鈀合金層的電子元件進(jìn)行焊接，具有極高的濕潤(rùn)性，并且要焊接部分的連接可靠性也很高。
因此，有可能利用其溫度類似于或低于常規(guī)溫度的焊接劑進(jìn)行流動(dòng)焊接。鈀或鈀合金層已經(jīng)被用于替代迄今廣泛使用的錫-鋅焊接劑層的無(wú)鉛單元。
這里，值得一提的是，該HAL處理是這樣一個(gè)處理，包括將印刷線路板沉浸在熔化狀態(tài)的焊接劑或金屬中；其后，將該印刷線路板拉出熔化狀態(tài)的焊接劑；以及，將空氣或惰性氣體噴霧到該電路板上，以弄平該電路板。
對(duì)于其上安裝大量不同的電子元件的印刷線路板，它包括大量的要焊接的部分，為了集中地流動(dòng)焊接各個(gè)要焊接的部分，要控制影響焊接劑的焊接性能比如濕潤(rùn)性和向上濕潤(rùn)特性的因素。因此，可以忽略其它次要因素地焊接性能的影響。這就增強(qiáng)和統(tǒng)一了大量的要焊接的部分的焊接質(zhì)量。另外，必需增強(qiáng)和穩(wěn)定大量生產(chǎn)的印刷線路板的焊接質(zhì)量。
因此，在采用錫-鋅焊接劑的流動(dòng)焊接方法中，為了增強(qiáng)錫-鋅焊接劑在印刷線路板中的要焊接的凸臺(tái)和電鍍通孔中的濕潤(rùn)性和向上濕潤(rùn)特性，本發(fā)明人已經(jīng)規(guī)定了印刷線路板中的主要因素。要闡明流動(dòng)焊接方法的條件被認(rèn)為是一個(gè)技術(shù)難題，該方法中采用錫-鋅焊接劑，具有穩(wěn)定的焊接質(zhì)量，并且該流動(dòng)焊接方法已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是供給一種焊接方法，其中，焊接/安裝有可能獲得極高的焊接濕潤(rùn)性，并且焊合部件有可能獲得極高的濕潤(rùn)性，以解決第二現(xiàn)有技術(shù)的難題。
而且，本發(fā)明的另一目的是實(shí)現(xiàn)整個(gè)可靠性極高的印刷線路板，包括一種半導(dǎo)體元件的包裝技術(shù)，并且因此實(shí)現(xiàn)具有高可靠性的電子裝置，作為整個(gè)裝置它包括該電子元件(第一目的)。
另外，本發(fā)明也考慮到第二現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，并且其目的是要在使用無(wú)鉛焊接劑期間可靠地避免凸臺(tái)脫皮，并且使焊接質(zhì)量和可靠性極高的印刷線路板的焊接/包裝成為可能。
另外，本發(fā)明考慮到第三現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，并且其目的是供給一種流動(dòng)焊接方法，它采用錫-鋅焊接劑，其中，規(guī)定了印刷線路板的狀態(tài)，即焊接劑在要焊接的部分的濕潤(rùn)性極高，并且焊接劑在電鍍通孔中的向上濕潤(rùn)效果極好，并目因此使用低溫焊接劑，以使得焊接質(zhì)量和可靠性都極高的印刷線路板的焊接/包裝成為可能(第三目的)。
(本發(fā)明的第一方面)為了實(shí)現(xiàn)第一目的，按照本發(fā)明，供給有一種焊接電子元件的焊接方法，該電子元件包括在其表面上形成的鈀或鈀合金層并且包括一個(gè)插入到印刷線路板上的焊接引線端子，該印刷線路板包括焊接凸臺(tái)和電鍍的通孔，該方法包括以下步驟用HAL處理在凸臺(tái)和通孔的表面上形成包含作為主要成分的錫和鋅的焊接劑層；將該引線端子插入并且安裝在該通孔中；將印刷線路板與包含錫和鋅為主要成分的焊接劑的噴射流接觸；并且因此將焊接劑供給到凸臺(tái)和通孔上。
這里，如上所述，這里的HAL處理是用于噴霧熱空氣到基底上的處理，該襯底浸在一種熔化的焊接劑的液體中，以弄平該基底，其方法是用焊接劑涂布基底，并將電子元件焊接在該涂層上，以增強(qiáng)電子電路基底中的焊接性能。
在此狀況下，當(dāng)印刷線路板接觸到焊接劑的噴射流時(shí)，該焊接劑濕潤(rùn)引線端子，并且焊接劑經(jīng)由通孔的內(nèi)部向上到達(dá)凸臺(tái)的上表面并濕潤(rùn)它。
這里，在用該焊接劑焊接引線端子所用的焊劑最好包含松香的丙烯酸加合物和包括肌氨酸組織的催化劑。
此外，按照本發(fā)明，供給了一種焊接方法，用于按需要焊接包括已電鍍的焊接引線端子的電子元件到印刷線路板上，該印刷線路板包括電鍍通孔，該方法包括以下步驟用HAL處理在通孔的表面上形成包括錫和鋅為主要成分的焊接劑層；將該引線端子插入并且安裝在該通孔中；將印刷線路板與包含錫和鋅為主要成分的焊接劑的噴射流接觸；并因此將焊接劑供給到通孔，以減少或避免浮脫。
在此狀況下，當(dāng)印刷線路板接觸到焊接劑的噴射流時(shí)，該焊接劑濕潤(rùn)引線端子，并且焊接劑經(jīng)由通孔的內(nèi)部向上到達(dá)凸臺(tái)的上表面并濕潤(rùn)它。
這里，在用該焊接劑焊接引線端子時(shí)所用的焊劑最好包含松香的丙烯酸加合物和包括肌氨酸組織的催化劑。
此外，按照本發(fā)明，供給了一種焊合部件，用于將半導(dǎo)體元件焊接到印刷線路板上。該半導(dǎo)體元件包括通過(guò)在焊接引線端子的表面上形成鈀或鈀合金層而獲得的焊接引線端子，該印刷線路板包括由銅形成的焊接凸臺(tái)或焊接通孔，并且該半導(dǎo)體元件經(jīng)由包含錫和鋅為主要成分的焊接劑層連接到該凸臺(tái)或通孔。
這里，該半導(dǎo)體元件例如包括一個(gè)引線框架。
另外，在用該焊接劑焊接引線端子時(shí)所用的焊劑最好包含松香的丙烯酸加合物和包括肌氨酸組織的催化劑。
另外，按照本發(fā)明，供給了一種焊合部件，用于將電子元件焊接到印刷線路板上。該電子元件包括按需要電鍍的焊接引線端子，該印刷線路板包括一個(gè)焊接通孔，該焊接通孔包括在該孔的表面上用HAL處理形成的第一焊接劑層，第一焊接劑層包含錫和鋅作為主要成分。該引線端子插入在通孔中并且被安裝，并且包括第二焊接劑層，第二焊接劑層主要地包含錫和鋅作為主要成分，它們是通過(guò)將印刷線路板與包含錫和鋅為主要成分的焊接劑的噴射流接觸而形成的。該電子元件經(jīng)由第二焊接劑層連接到該通孔。
在此結(jié)構(gòu)情況下，通過(guò)第二焊接劑層執(zhí)行連接，從而減少或避免浮脫。
此外，在用該焊接劑焊接引線端子時(shí)所用的焊劑最好包含松香的丙烯酸加合物和包括肌氨酸組織的催化劑。
按照本發(fā)明的焊接方法和焊合部件，其特征在于相對(duì)于鈀或鈀合金，濕潤(rùn)性極高的焊接劑可用于在焊接凸臺(tái)和由銅形成的通孔之間形成優(yōu)秀的焊接狀態(tài)。
(1)即，供給了一種焊接方法，其包括將電子元件的焊接引線端子插入并安裝在印刷線路板的通孔中，該電子元件包括在其表面上形成的鈀或鈀合金層，該印刷線路板包括焊接凸臺(tái)和電鍍通孔，并且其中，在焊接凸臺(tái)和電鍍通孔表面上由HAL處理形成以錫和鋅為主要成分的焊接劑層；將印刷線路板與包含錫和鋅為主要成分的焊接劑的噴射流接觸；并且，因此，將焊接劑供給到焊接凸臺(tái)和電鍍通孔，以焊接該電子元件。
對(duì)于那些包含作為主要成分的錫和鋅的焊接劑，鈀和鈀合金表示一種了滿意的濕潤(rùn)性。此外，通過(guò)HAL處理在焊接凸臺(tái)和由銅制成的電鍍通孔的表面上形成以錫和鋅為主要成分的錫-鋅焊接劑層，并且它們被充分濕潤(rùn)。
因此，其上形成了包含錫和鋅為主要成分的焊接劑層的焊接凸臺(tái)和電鍍通孔，電鍍通孔以及電子元件的焊接引線端子接觸到包含錫和鋅為主要成分的焊接劑的噴射流，該焊接引線端子插入在通孔中且包括在其端子表面上形成的鈀或鈀合金層。然后，該焊接劑將焊接引線端子濕潤(rùn)，而且向上深入到該電鍍通孔的內(nèi)部，這樣可以獲得濕潤(rùn)性極高的滿意的焊接狀態(tài)。
(2)另外，供給了一種焊合部件，用于將半導(dǎo)體元件經(jīng)由包含錫和鋅為主要成分的焊接劑而連接到印刷線路板的焊接凸臺(tái)或銅制的焊接通孔中，該半導(dǎo)體元件包括引線框架，其中，在該半導(dǎo)體元件的焊接引線端子的表面上形成一個(gè)鈀或鈀合金層。
以錫和鋅為主要成分的焊接劑具有合適的硬度和優(yōu)良的伸張度特性。例如，在125℃時(shí)，包含錫和37％重量百分比的鉛的常規(guī)焊接劑所表示出的高溫伸張度為66％，包含錫和9％重量百分比的鋅的焊接劑所表示出的高溫伸張度為相等值或更大一點(diǎn)即67％，而包含錫3％銀和0.5％銅重量百分比的焊接劑所表示出的高溫伸張度只有12％。即，使用包含錫和鋅為主要成分的焊接劑進(jìn)行的連接，可以獲得堅(jiān)韌的焊合部件。
此外，相對(duì)于鈀或鈀合金以及銅，包含錫和鋅為主要成分的焊接劑具有極高的濕潤(rùn)性。
(3)另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在液體組合物中使用松香的丙烯酸加合物和包括肌氨酸組織的催化劑，因此獲得了更滿意的焊接劑的濕潤(rùn)性。本發(fā)明已經(jīng)完成。
因此，按照本發(fā)明的焊合部件，在高可靠性的無(wú)鉛半導(dǎo)體元件中，焊接劑連接是牢固的，其中，在所述半導(dǎo)體元件的引線框架的電鍍以及在將該無(wú)鉛半導(dǎo)體元件焊接/安裝到印刷線路板過(guò)程中使用了鈀。不僅機(jī)械連接而且電連接都是優(yōu)良的。通過(guò)在將這些電子元件焊接/安裝到印刷線路板過(guò)程中的該焊合部件，可以實(shí)現(xiàn)可靠性極高的電子裝置。
(本發(fā)明的第二方面)為了達(dá)到第二目的，按照本發(fā)明，供給了一種焊接方法，用于在印刷線路板上已經(jīng)要焊接的部分的相對(duì)表面上進(jìn)行焊接，包括以下步驟用至少包含錫、銀和銅的無(wú)鉛焊接劑將電子元件回流焊接到印刷線路板的一個(gè)表面上；隨后，通過(guò)使錫-9鋅焊接劑在220℃至230℃的溫度范圍內(nèi)，控制在印刷線路板的另一表面上形成的要焊接的部分的焊接；將回流焊接的要焊接的部分的溫度保持在178℃或更低，以執(zhí)行流動(dòng)焊接。
這里，電子元件包括涂敷有錫-鉛焊接劑的焊接端子。
另外，在印刷線路板上形成有電鍍通孔，而且用錫-鋅焊接劑對(duì)該印刷線路板進(jìn)行了HAL處理。這里，如上所述，這里的HAL處理是用于噴霧熱氣體(空氣)到基底上的處理，該基底浸在一種熔化的焊接性能劑的床中，以弄平該基底，其方法是用焊接劑涂布基底，并將電子元件焊接在該涂層上，以增強(qiáng)電子電路基底中的焊接性能。
此外，在流動(dòng)焊接中所用的焊劑最好包含松香的丙烯酸加合物和包括肌氨酸組織的催化劑。
在這種情況下，焊接劑不包含鉍。
本發(fā)明的焊接方法，其特征在于執(zhí)行流動(dòng)焊接，從而避免在回流焊接表面上要焊接的部分的溫度超過(guò)178℃，即錫-銀-鉛的三質(zhì)共熔合金的熔點(diǎn)。
(1)具體地，供給了一種焊接方法，其包括使用至少包含錫、銀、銅的無(wú)鉛焊接劑，將包括涂敷有錫-鉛焊接劑的焊接端子的電子元件回流焊接到印刷線路板的一個(gè)表面上；隨后，通過(guò)使錫-9鋅焊接劑在220℃至230℃的溫度范圍內(nèi)，控制在印刷線路板的另一表面上形成的要焊接的部分的焊接；將回流焊接的要焊接的部分的溫度保持在178℃或更低，以執(zhí)行流動(dòng)焊接。
當(dāng)為了執(zhí)行該流動(dòng)焊接而將錫-9鋅焊接劑的溫度控制在220℃至230℃范圍內(nèi)時(shí)，回流焊接的要焊接的部分的溫度維持在178℃或更低，即錫-銀-鉛的三質(zhì)共熔合金的熔點(diǎn)。
因此，在劑帶和凸臺(tái)的界面上形成的、微小尺寸的錫-銀-鉛三質(zhì)共熔合金不會(huì)被熔化，并且解決了劑帶脫皮現(xiàn)象。
此外，由于使用了沒(méi)有包含鉍的無(wú)鉛焊接劑，要焊接的部分的焊接劑沒(méi)有變脆。
(2)另外，在上述焊接方法(1)中，當(dāng)使用包括電鍍的通孔的印刷線路板時(shí)，使用由錫-鋅焊接劑進(jìn)行HAL處理的印刷線路板。
當(dāng)使用由錫-鋅焊接劑進(jìn)行HAL處理的印刷線路板時(shí)，在使用錫-9鋅焊接劑的流動(dòng)焊接期間，該錫-9鋅焊接劑可以很容易向上濕潤(rùn)電鍍通孔，而且錫-9鋅焊接劑不僅在流動(dòng)焊接表面的凸臺(tái)上而且在流動(dòng)焊接表面的凸臺(tái)上濕潤(rùn)/擴(kuò)散。因此，完成的焊接具有極高的焊接質(zhì)量。
(3)在流動(dòng)焊接中所用的焊劑最好包含松香的丙烯酸加合物和包括肌氨酸組織的催化劑。當(dāng)松香的丙烯酸加合物以及包括肌氨酸組織的催化劑被用于液體混合物時(shí)，在使用錫-9鋅焊接劑的流動(dòng)焊接期間，該液體混合物可以很容易向上濕潤(rùn)通孔，而且完成的焊接具有極高的焊接質(zhì)量。
具體地，按照本發(fā)明，在該印刷線路板的相對(duì)表面上的要焊接的部分，在一個(gè)表面?zhèn)扔没亓骱附臃椒ㄟM(jìn)行焊接，在另一表面?zhèn)葎t用流動(dòng)焊接方法進(jìn)行焊接。即使當(dāng)用回流焊接在要焊接的部分的界面中形成錫-銀-鉛的微小三質(zhì)共熔合金時(shí)，不包含鉍的無(wú)鉛焊接劑可用于對(duì)另一表面進(jìn)行流動(dòng)焊接，而不超過(guò)錫-銀-鉛三質(zhì)共熔合金的熔點(diǎn)。由于建立了此焊接方法，的確避免了由于使用無(wú)鉛焊接劑而引起的凸臺(tái)脫皮現(xiàn)象，并且有可能對(duì)印刷線路板實(shí)現(xiàn)焊接質(zhì)量和可靠性都極高的的焊接/安裝。
(本發(fā)明的第三方面)為了達(dá)到第三目的，按照本發(fā)明，供給了一種流動(dòng)焊接方法，用于將安裝電子元件的印刷線路板與以錫和鋅為主要成分的焊接劑即錫-鋅焊接劑的噴射流接觸，以進(jìn)行焊接，該方法包括以下步驟預(yù)先在該印刷線路板的要焊接的凸臺(tái)和電鍍通孔的表面上形成一個(gè)不含鉍和鉛的富錫焊接劑層或者一個(gè)錫層；此后，安裝電子元件；并且，隨后將該印刷線路板與該錫-鋅焊接劑的噴射流接觸，以焊接該電路板。
具體地，在該印刷線路板的要焊接的凸臺(tái)和電鍍通孔的表面上形成了富錫焊接劑層或錫層，因此增強(qiáng)了該錫-鋅焊接劑的濕潤(rùn)性或在該電鍍通孔中的向上濕潤(rùn)特性，并且獲得了滿意的焊接質(zhì)量。
值得一提的是沒(méi)有使用包含鉍的富錫焊接劑。這是因?yàn)楸苊饬撕附觿┰诤附又笞兇?，以及包含錫和鋅為主要成分的焊接劑具有極高的韌性。當(dāng)然，該無(wú)鉛焊接劑沒(méi)有使用鉛。
在上述的流動(dòng)焊接方法中使用的不含鉍和鉛的富錫焊接劑是下列之一包含錫、銀和銅為主要成分的焊接劑即基于錫-銀-銅的焊接劑，包含錫和銀為主要成分的焊接劑即基于錫-銀的焊接劑，以及以錫和銅為主要成分的焊接劑即基于錫-銅的焊接劑。該焊接劑具有90％或更多重量百分比的錫。
具體地，當(dāng)使用基于錫-銀-銅的焊接劑、基于錫-銀的焊接劑或基于錫-銅的焊接劑時(shí)，而且錫的含量為90％重量百分比或更多，在要焊接的凸臺(tái)中獲得了滿意的錫-鋅焊接劑濕潤(rùn)擴(kuò)散特性。此外，在該電鍍通孔中獲得了錫-鋅焊接劑的滿意的濕潤(rùn)擴(kuò)散和濕潤(rùn)效果。
另外，由于廣泛地使用基于錫-銀-銅的焊接劑、基于錫-銀的焊接劑和基于錫-銅的焊接劑作為無(wú)鉛焊接劑，現(xiàn)有的平整裝置可容易地在該印刷線路板的要焊接的凸臺(tái)和電鍍通孔上形成凸臺(tái)。
在流動(dòng)焊接方法中，在要安裝在印刷線路板上的電子元件的焊接端子的表面上形成了一個(gè)鈀或鈀合金層。
換言之，對(duì)于錫-鋅焊接劑，在該焊接端子表面上的鈀或鈀合金層展現(xiàn)出了極高的濕潤(rùn)性。此外，在該印刷線路板的要焊接的凸臺(tái)和電鍍通孔上形成的富錫焊接劑層或錫層也具有極高的錫-鋅焊接劑濕潤(rùn)擴(kuò)散或向上濕潤(rùn)特性。因此，獲得具有極高的焊接質(zhì)量的印刷線路板。
在該流動(dòng)焊接方法中，要安裝在該印刷線路板上的電子元件包括引線端子，在該引線端子表面上形成鈀或鈀合金層，并且該引線端子插入在該電鍍通孔中并且被安裝。
在該流動(dòng)焊接方法中，在電鍍通孔的內(nèi)壁上沉積了富錫焊接劑層或錫層，并且在插到該電鍍通孔中的電子元件的引線端子表面上形成鈀或鈀合金層。因此，相對(duì)于該電子元件的引線端子和該電鍍通孔內(nèi)壁，該錫-鋅焊接劑也表示出了極高的濕潤(rùn)性。在與錫-鋅焊接劑的噴射流接觸之時(shí)，該錫-鋅焊接劑快速地向上濕潤(rùn)該電鍍通孔，并且可以完成滿意的焊接。
在該流動(dòng)焊接方法中，該錫-鋅焊接劑的噴射流的溫度在220℃至250℃范圍內(nèi)。
為了使其它的無(wú)鉛焊接劑或現(xiàn)有技術(shù)的錫-鉛焊接劑獲得滿意的濕潤(rùn)性，執(zhí)行流動(dòng)焊接操作的溫度必需要比熔點(diǎn)高40℃或更多。然而，在溫度比熔點(diǎn)高20℃或更多的溫度上，該錫-鋅焊接劑可以獲得滿意的濕潤(rùn)性和向上濕潤(rùn)特性。因此，即使當(dāng)該焊接劑的噴射流的溫度低到大約220℃時(shí)，也可獲得滿意的濕潤(rùn)性。此外，在220℃以上，溫度的變化幾乎不影響濕潤(rùn)性的改善。
因此，在220℃至250℃的范圍內(nèi)，它比現(xiàn)有技術(shù)的焊接劑的溫度范圍低，可以獲得滿意的焊接操作。
在流動(dòng)焊接中所用的焊劑最好包含松香的丙烯酸加合物和包括肌氨酸組織的催化劑。
因此，該焊劑的熱阻抗增強(qiáng)了，因此可以增強(qiáng)持續(xù)的濕潤(rùn)性。在印刷線路板與錫-鋅焊接劑的噴射流接觸中，錫-鋅焊接劑在要焊接的凸臺(tái)中的濕潤(rùn)擴(kuò)散效果和在電鍍通孔的向上濕潤(rùn)效果得到了保證。


圖1是一個(gè)半導(dǎo)體元件的引線框架的剖視圖；圖2是一個(gè)剖視圖，表示一個(gè)半導(dǎo)體元件的引線端子插入在包括電鍍通孔的印刷線路板中；圖3是一個(gè)剖視圖，表示一個(gè)半導(dǎo)體引出的焊接引線端子的焊接狀態(tài)；圖4是一個(gè)鳥(niǎo)瞰圖，表示在無(wú)鉛焊接劑中產(chǎn)生的浮脫；圖5是一個(gè)焊接過(guò)程的示意圖，表示本發(fā)明的常規(guī)焊接方法；圖6表示要焊接的部分的端表面，用于表示劑帶脫皮現(xiàn)象，圖6A是一個(gè)普通焊接狀態(tài)的示意圖，而圖6B是表示劑帶600的脫皮狀態(tài)的示意圖，以夸大的方式表示了脫皮部分，以便容易看見(jiàn)；圖7是一個(gè)縱向截面視圖，表示實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的焊接方法的焊接裝置的一個(gè)例子；圖8是一個(gè)示意圖，表示在不同的焊接劑和電鍍方法情況下焊接性能的比較結(jié)果；圖9是一個(gè)示意圖，表示錫-鉛中的浮脫與凸臺(tái)脫皮出現(xiàn)比率之間的關(guān)系；圖10是一個(gè)示意圖，表示鍍金時(shí)的浮脫與凸臺(tái)脫皮出現(xiàn)比率之間的關(guān)系；圖11是一個(gè)示意圖，表示鍍鎳/鈀時(shí)的浮脫與凸臺(tái)脫皮出現(xiàn)比率之間的關(guān)系；圖12是一個(gè)焊接過(guò)程的示意圖，它們實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的焊接方法；圖13是一個(gè)側(cè)面的剖視圖，即，表示回流焊接裝置的一個(gè)例子的縱向截面視圖；圖14是一個(gè)示意圖，表示流動(dòng)焊接裝置的一個(gè)構(gòu)造例子；圖15A、15B為表格，表示劑帶脫皮現(xiàn)象出現(xiàn)狀態(tài)的證實(shí)結(jié)果；圖15A表示焊接劑的類型、電子元件的電鍍類型、以及出現(xiàn)脫皮現(xiàn)象的焊接過(guò)程的分析結(jié)果；圖15B表示要焊接的部分的溫度的測(cè)量結(jié)果，在流動(dòng)焊接過(guò)程中完全用回流焊接劑焊接；而圖15C是一個(gè)示意圖，表示在流動(dòng)焊接之前將一個(gè)用于抑制熱傳導(dǎo)的熱絕緣帶接附到要流動(dòng)焊接的表面上，該表面與具有QFP集成電路且被回流焊接的表面相反；圖16表示了一些表格，其中表示利用本發(fā)明的焊接方法情況下劑帶脫皮現(xiàn)象存在/不存在的核查結(jié)果； 圖16A是一個(gè)表格，集中地表示用于回流焊接的焊接劑類型、電子元件的電鍍類型、以及在流動(dòng)焊接中使用的錫-9鋅焊接劑的溫度等因素，以及劑帶脫皮現(xiàn)象的存在/不存在；而圖16B是一個(gè)表格，比較了在流動(dòng)焊接期間各部分的溫度，在焊接中使用了該類型的焊接劑和合適焊接劑溫度；圖17是一個(gè)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的流動(dòng)焊接方法的過(guò)程的示意圖；圖18是一個(gè)縱向截面視圖，表示該流動(dòng)焊接裝置的一個(gè)例子；圖19是印刷的焊接劑的體積所擴(kuò)散的焊接劑高度(H)和直徑(D)的示意圖，該焊接劑被認(rèn)為是一個(gè)球，它們是在依照J(rèn)IS-Z-3184標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)散比率測(cè)試中測(cè)試的。
圖20是一個(gè)示意圖/表格，集中地表示符合JIS-Z-3184標(biāo)準(zhǔn)所做的焊接劑的擴(kuò)散比率測(cè)試的結(jié)果；圖21為一個(gè)圖/表，表示由印刷線路板的錫-鋅焊接劑進(jìn)行的流動(dòng)焊接的結(jié)果，該印刷線路板受到各種不同的平整處理；以及圖22是一個(gè)示意圖/表格，表示采用焊劑的實(shí)例和相比較的實(shí)例的焊接劑評(píng)估結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
第一實(shí)施例下面將參考附圖對(duì)按照本發(fā)明的第一實(shí)施例的焊接方法和焊合元件進(jìn)行詳細(xì)描述。
首先，參考圖7描述焊接裝置的構(gòu)造。圖7是表示該焊接裝置的一個(gè)實(shí)例的縱向截面視圖，該焊接裝置實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的焊接方法。值得一提的是氮?dú)夤┙o系統(tǒng)用符號(hào)表示。
最初，通過(guò)HAL處理將印刷線路板的凸臺(tái)和通孔涂敷一層錫-鋅焊接劑(錫-9％重量百分比的鋅焊接劑)。在印刷線路板上(通過(guò)錫-鋅焊接劑)進(jìn)行HAL處理的方法是已知的，因此在附圖中將其省略。例如，進(jìn)行HAL處理的方法描述在日本專利公開(kāi)號(hào)(JP-A)2001-168513中。
如上所述，這里的HAL處理比如是用于噴霧熱空氣到襯底上的處理，該襯底浸在一種熔化的焊接劑的槽中，以弄平該襯底，其方法是用焊接劑涂布襯底，并將電子元件焊接到該涂層上，以增強(qiáng)電子電路襯底中的焊接性能。
隨后將包括鍍有鈀或鈀合金的焊接引線端子的電子元件(例如具有引線端子類型的焊接端子的半導(dǎo)體元件)插入在印刷線路板的通孔中并且安裝好(參見(jiàn)圖2)，這樣一個(gè)要焊接的工件就形成了。
另一方面，對(duì)于該印刷線路板，其上安裝包括要焊接的工件即鍍有鈀的焊接引線端子的電子元件，像通常一樣在通過(guò)焊劑施加裝置(圖中未示)將焊劑施加到一個(gè)表面上之后，由圖7所示的焊接裝置100進(jìn)行焊接。
圖7所示的焊接裝置100構(gòu)造成在惰性氣體即具有低濃度氧的氮?dú)獾沫h(huán)境中進(jìn)行焊接操作。
具體地，用于輸送要焊接的工件即印刷線路板101的輸送器由用于仰角度輸送(仰角θ1)的第一輸送器102和用于傾角度輸送(傾角θ2)的第二輸送器103構(gòu)成。設(shè)置一個(gè)通道形腔室104以覆蓋這些輸送器。
如圖7所示，該通道形腔室104的縱向截面為倒V形狀，輸入端口105和輸出端口106構(gòu)造成離水平平面具有相同高度。由于輸入端口105的高度構(gòu)造成與輸出端口106的高度相同，因此就很容易將焊接裝置100連接到另一裝置上并且在線使用該裝置。而且，最重要的是容易使該腔室中的環(huán)境保持比腔室104外部的環(huán)境溫度更高的溫度，并且可以形成成分(即氧濃度)穩(wěn)定的的環(huán)境。
第一和第二輸送器102、103包括保持爪，用于保持印刷線路板101的相對(duì)側(cè)端，并且每個(gè)輸送器都包括設(shè)置在相對(duì)側(cè)端上的兩個(gè)輸送器框架，它們彼此平行。另外，一個(gè)輸送器框架通常構(gòu)造成在印刷線路板101的寬度方向上是可移動(dòng)的/可調(diào)整的，因此可以保持具有不同寬度的印刷線路板101。箭頭A表示了印刷線路板101的輸送方向。
而且，用于預(yù)先加熱印刷線路板101的預(yù)熱器107，以及用于執(zhí)行焊接步驟的焊接罐108在通道形腔室104中沿第一輸送器102設(shè)置。
預(yù)先設(shè)置用于預(yù)先加熱步驟的預(yù)熱器107是要加熱印刷線路板101，該印刷線路板101預(yù)先被施加了焊劑，并減少了該焊劑的前置活動(dòng)性，并對(duì)該印刷線路板101進(jìn)行熱沖擊且安裝電子元件。
另外，用于焊接步驟的焊接罐108包括錫-鋅焊接劑109(錫-9％鋅焊接劑)，它由加熱器(圖中未示)加熱并且為熔化狀態(tài)。熔化的焊接劑109通過(guò)第一泵110發(fā)送到第一噴霧嘴111，以形成第一噴射流112。而且，第二泵113發(fā)送焊接劑到第二噴霧嘴114，以形成第二噴射流115。
隨后，這些噴射流112、115接觸到印刷線路板101的下表面，即要焊接的表面，其上要焊接的部分44包括凸臺(tái)41、通孔42和電子元件的焊接引線端子43，如圖2所示。因此，熔化的焊接劑被供給到要焊接的部分44，以焊接該部分。
預(yù)熱器107設(shè)置在通道形腔室104中。然而，焊接罐108如此構(gòu)成，以使開(kāi)口116設(shè)置在通道形腔室104中，而第一和第二噴射流112和115通過(guò)開(kāi)口116定位在通道形腔室104中。利用這種結(jié)構(gòu)，裙部117設(shè)置在通道形腔室104中形成的開(kāi)口116中，以保持通道形腔室104的密封。裙部117陷于焊接罐108中的熔化的焊接劑中，以實(shí)現(xiàn)完整的密封。
另外，沿隧道的縱向即通道形腔室104中輸送器的輸送方向設(shè)置大量的板元件，即抑制板118。另外，設(shè)置這些抑制板118，使得板表面與輸送器的輸送方向成直角交叉。具體地，這些抑制板118在通道形腔室104中形成一個(gè)迷宮式封閉，并構(gòu)形成避免在通道形腔室104中產(chǎn)生不必要的環(huán)境氣流動(dòng)。
如此，從通道形腔室104的上壁向下直到輸送器設(shè)置這些抑制板118，并且從通道形腔室104的下壁直到輸送器設(shè)置這些抑制板118。
在從輸送方向看在焊接罐108之后設(shè)置的抑制板118之中設(shè)置排放端口119，用于將氮?dú)庾鳛槎栊詺怏w供給到通道形腔室104中，并且通過(guò)流率調(diào)節(jié)閥120和流率計(jì)121可以調(diào)整目標(biāo)氮?dú)夤┙o流率。氮?dú)馐菑谋ㄐ突騊SA型的氮?dú)夤┙o裝置122供給的，并通過(guò)開(kāi)/關(guān)閥123、用于除去雜質(zhì)的過(guò)濾器124、和用于將供應(yīng)壓力調(diào)整到目標(biāo)壓力的壓力控制閥125供給到流率調(diào)節(jié)閥120。設(shè)置一個(gè)壓力計(jì)126以監(jiān)測(cè)壓力。
針對(duì)氮?dú)夤?yīng)流率，用氧濃度計(jì)(圖中未示)測(cè)量通道形腔室104中的氧濃度，比如當(dāng)印刷線路板101的接觸區(qū)域與熔化的焊接劑109接觸時(shí)對(duì)焊接階段的環(huán)境進(jìn)行取樣，并且測(cè)量取樣區(qū)域的比率。對(duì)流率調(diào)節(jié)閥120進(jìn)行調(diào)整，以獲得標(biāo)稱氧濃度，并且設(shè)定流動(dòng)速率。
而且，如果有必要，對(duì)于虛線所示的構(gòu)造，用于氮?dú)夤?yīng)的排放端口119類似地設(shè)置在預(yù)熱階段的預(yù)熱器107的附近，并且預(yù)熱器107附近的環(huán)境氧濃度也可以通過(guò)氧濃度計(jì)測(cè)量。
接下來(lái)，將描述圖7所示的焊接裝置100的操作。
印刷線路板101包括要焊接的部分，在印刷線路板101的下表面預(yù)先施加了焊劑，即要焊接的表面通過(guò)焊接裝置100的輸入端口105輸送，如圖7所示。然后，該電路板的相對(duì)側(cè)端由第一輸送器102的保持爪保持，并且在箭頭A方向以輸送仰角θ1輸送。
隨后，例如，要焊接的部分預(yù)先在大約100度由預(yù)熱器107加熱。接著，印刷線路板101的下表面，即要焊接的表面被帶進(jìn)與第一和第二噴射流112和115接觸，溫度比如在大約250℃，并且熔化的焊接劑109供給到要焊接的部分，以焊接該部分。
其后，印刷線路板101在通道形腔室104的頂點(diǎn)處被轉(zhuǎn)移到第二輸送器103，輸送角為輸送傾角θ2，并且輸送出輸出端口106，以完成焊接。
該焊接操作系列是在具有低氧濃度的氮?dú)猸h(huán)境下進(jìn)行的。具體地，通過(guò)從用于氮?dú)夤?yīng)的排放端口119供給氮?dú)?，通道形腔?04的內(nèi)部變成具有低氧濃度的氮?dú)猸h(huán)境。
通過(guò)如上所述構(gòu)成的這些焊接操作系列，來(lái)自包含作為主要成分的錫和鋅的焊接劑的噴射流的熔化的焊接劑被供給到焊接凸臺(tái)和電鍍的通孔，在它們上面，形成了包含作為主要成分的錫和鋅的焊接層。類似地焊接劑被供給到電子元件的焊接引線端子，它們插入到通孔中，并且在這些端子的表面上包括一個(gè)鈀或鈀合金層。因此，這些錫-鋅焊接劑將這些焊接引線端子變濕并且使這些電鍍的通孔變濕，并且焊接劑還將元件插入表面(圖2和3所示的印刷線路板的上表面)上設(shè)置的凸臺(tái)全部變濕，以形成一個(gè)劑帶(見(jiàn)圖3的附圖標(biāo)記55)。這樣就可獲得濕潤(rùn)性極高的滿意的焊合元件。
換言之，相對(duì)于那些包含作為主要成分的錫和鋅的焊接劑，鈀和鈀合金展現(xiàn)了滿意的濕潤(rùn)性。在由銅形成的焊接凸臺(tái)和電鍍的通孔表面上，通過(guò)HAL處理，形成錫-鋅焊接劑層，其中，包含作為主要成分的錫和鋅的焊接劑被充分地變濕。
圖8是一個(gè)示意圖/表，表示了焊接劑性能的比較結(jié)果，圖8A是集中表示比較結(jié)果的表。圖8B是要焊接的部分的縱向截面視圖，表示了一個(gè)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)(水平)，指示熔化的焊接劑變濕并且被填充在要焊接的部分的通孔中的程度。
要評(píng)估焊接性能，首先要確定評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。具體地，如圖8B所示，″○″表示滿意的焊接狀態(tài)，其中，焊接劑向上濕潤(rùn)通孔22，并且在印刷線路板20的上下表面的凸臺(tái)21之上形成焊接劑劑帶。在印刷線路板20的下表面的凸臺(tái)21上形成焊接劑帶24，且焊接劑向上濕潤(rùn)通孔22。然而，這些焊接劑不能全部濕潤(rùn)印刷線路板20上面的凸臺(tái)21并且沒(méi)有形成劑帶24。該狀態(tài)由″△″表示為稍微不夠的焊接狀態(tài)。在印刷線路板20的下表面的凸臺(tái)21上形成焊接劑帶24，但是這些焊接劑沒(méi)有充分地向上濕潤(rùn)通孔22。因此，這些焊接劑不能全部濕潤(rùn)印刷線路板20上面的凸臺(tái)21并且沒(méi)有形成劑帶24。該狀態(tài)由″×″表示為一個(gè)不夠的焊接狀態(tài)。
另一方面，要比較這些焊接性能，作為要焊接的部分的構(gòu)造，為這些焊接引線端子的表面處理狀態(tài)準(zhǔn)備了三個(gè)類型。具體地，準(zhǔn)備了鍍有錫-10％重量百分比的鉛的焊接劑的焊接引線端子，包含常規(guī)的鉛，鍍有黃金的焊接引線端子，以及包括作為襯底的鎳層和在該鎳層上形成的鈀或鈀合金層的焊接引線端子。
同時(shí)，作為印刷線路板的凸臺(tái)和通孔的表面處理的狀態(tài)，作為要焊接的部分的另一個(gè)組成元件，準(zhǔn)備了四種類型。具體如一下a.其上暴露有用作為布線模式或凸臺(tái)的銅的印刷線路板；b.包括銅凸臺(tái)和經(jīng)過(guò)用錫-37％重量百分比的鉛焊接劑進(jìn)行HAL處理的通孔的印刷線路板；c.包括銅凸臺(tái)和用錫-9％重量百分比的鋅焊接劑進(jìn)行HAL-處理的通孔的印刷線路板；以及d用錫-9％重量百分比的鋅焊接劑并進(jìn)一步將防銹劑施加到該表面而對(duì)印刷線路板的表面進(jìn)行HAL處理獲得的印刷線路板。
而且，作為在焊接階段中從噴射流供給到要焊接的部分的焊接劑的類型，準(zhǔn)備了下列類型a.迄今使用的錫-37％重量百分比的鉛焊接劑；b.作為無(wú)鉛焊接劑的潛在候選物的錫-3％重量百分比的銀-0.5％重量百分比的銅焊接劑；c.錫-0.7％重量百分比的銅焊接劑；以及d.錫-9％重量百分比的鋅焊接劑。值得一提的是，焊接劑的溫度設(shè)置為通常使用的焊接劑溫度250℃。
進(jìn)一步，這些焊接引線端子、印刷線路板a至d，以及焊接劑a至d的焊接性能之間的關(guān)系集中表示在圖2A的表中。
具體地，對(duì)于鍍有錫-37％鋅焊接劑和黃金的焊接引線端子，獲得了滿意的焊接性能，而不管凸臺(tái)和通孔以及焊接劑的表面處理的類型。然而，由于源自環(huán)境問(wèn)題而引發(fā)的無(wú)鉛構(gòu)造的需求，錫-10％重量百分比的鉛的焊接劑的電鍍處理不能繼續(xù)作為將來(lái)的電子元件的焊接引線端子的表面處理。而且，黃金很昂貴，因此只被用于特殊的目標(biāo)，其中，成本不是問(wèn)題，而且未廣泛使用于一般用途的電子元件中。
另一方面，用鍍有鈀的焊接引線端子，其凸臺(tái)和通孔被錫-9％重量百分比的鋅焊接劑進(jìn)行HAL處理的印刷線路板被使用，并且從錫-9％重量百分比的鋅焊接劑的噴射流供給焊接劑。從中看出只有在這種情況下才獲得滿意的焊接性能。
即，從制造半導(dǎo)體元件并且焊接/安裝該元件到印刷線路板的所有安裝步驟系列的觀點(diǎn)來(lái)考慮電子元件的安裝可靠性，對(duì)于鍍鈀的導(dǎo)線框架，由銀蠟(silverwax)產(chǎn)生的模片鍵合性能和由黃金導(dǎo)線產(chǎn)生的導(dǎo)線結(jié)合性能是極高的。在焊接/安裝過(guò)程中，元件被安裝在由錫-鋅焊接劑進(jìn)行HAL處理過(guò)的印刷線路板上，從錫-鋅焊接劑的噴射流供給熔化的焊接劑，以焊接該元件?？梢园l(fā)現(xiàn)，在這種情況下可以形成安裝最優(yōu)良的元件。
隨后，為比較浮脫出現(xiàn)比率，對(duì)電子元件焊接引線端子部分準(zhǔn)備了三種類型的電鍍處理。具體如下(1)鍍有錫-10％重量百分比的鉛的焊接劑的焊接引線端子，包含常規(guī)的導(dǎo)線；(2)包括作為襯底的鎳層和在鎳層的上層鍍有黃金的焊接引線端子；和，(3)包括作為基礎(chǔ)的鎳層和在鎳層上形成的鈀或鈀合金層的焊接引線端子。另一方面，作為印刷線路板的通孔的表面處理的狀態(tài)，作為要焊接的部分的另一組成元件，準(zhǔn)備了兩個(gè)種類型。
具體如下a)其中在用作為布線圖形的在銅上施加作為抗氧化劑的預(yù)先焊劑的印刷線路板；以及，b)其通孔被錫-9％重量百分比的鋅焊接劑進(jìn)行HAL-處理而且其厚度為1.6mm的印刷線路板。進(jìn)一步，對(duì)于印刷線路板的通孔和凸臺(tái)設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備了九種類型。
具體如下1)0.8mm的通孔直徑，1.1mm的凸臺(tái)直徑；2)0.8mm的通孔直徑，1.4mm的凸臺(tái)直徑；3)0.8mm的通孔直徑，1.7mm的凸臺(tái)直徑；4)1.0mm的通孔直徑，1.3的凸臺(tái)直徑；5)1.0mm的通孔直徑，1.6的凸臺(tái)直徑；6)1.0mm的通孔直徑，1.9mm的凸臺(tái)直徑；7)1.2mm的通孔直徑，1.5mm的凸臺(tái)直徑；8)1.2mm的通孔直徑，1.8mm的凸臺(tái)直徑；以及，9)1.2mm的通孔直徑，2.1mm的凸臺(tái)直徑；
而且，作為在焊接階段中從噴射流被供給到要焊接的部分的焊接劑的類型，準(zhǔn)備了下列類型a)作為無(wú)鉛焊接劑的潛在候選物的錫-3％重量百分比的銀-0.5％重量百分比的銅焊接劑；以及，b)錫-9％重量百分比的鋅焊接劑。值得一提的是焊接劑的溫度設(shè)置為通常使用的焊接劑溫度250℃。
在這些焊接引線端子1至3，印刷線路板a、b，和焊接劑a、b之間的浮脫出現(xiàn)比率的關(guān)系集中地表示在圖11至13的表中。值得一提的是，在這些圖中，T/H直徑表示通孔直徑，而“凸臺(tái)直徑”表示凸臺(tái)直徑。
具體地，如圖9所示，在(1)鍍有錫-10％重量百分比的鉛的焊接劑，包括常規(guī)導(dǎo)線的焊接引線端子中，對(duì)于施加了預(yù)先焊劑的印刷線路板以及作為無(wú)鉛焊接劑的潛在候選物的錫-3％重量百分比的銀-0.5％重量百分比的銅焊接劑，浮脫出現(xiàn)比率是50％。其通孔用錫-9％重量百分比的鋅焊接劑進(jìn)行HAL處理的印刷線路板具有的浮脫出現(xiàn)比率為50％或更少。減少作用是公認(rèn)的。
同時(shí)，如圖11所示，，在包括作為襯底的鎳層和在該鎳層的上層形成的鈀或鈀合金層的焊接引線端子中，作為無(wú)鉛焊接劑的潛在候選物的錫-3％重量百分比的銀-0.5％重量百分比的銅焊接劑以及錫-9％重量百分比的鋅焊接劑具有相等的浮脫出現(xiàn)比率即0。而且，如圖10所示，對(duì)于包括作為基礎(chǔ)的鎳層和鎳層的鍍金的表面的焊接引線端子，在通孔和凸臺(tái)直徑的某些組合中，在錫-3％重量百分比的銀-0.5％重量百分比的銅焊接劑情況下，浮脫的出現(xiàn)是識(shí)別的。然而，在錫-9％重量百分比的鋅焊接劑的情況下，浮脫出現(xiàn)比率是零。從中看出完全避免了浮脫的出現(xiàn)。
同時(shí)，當(dāng)與常規(guī)的錫-鉛的焊接劑比較時(shí)，作為無(wú)鉛焊接劑的基于錫-鋅的焊接劑具有高熔點(diǎn)和糟糕的濕潤(rùn)性，因?yàn)殄a和鋅是主要成分。因此，當(dāng)使用常規(guī)的后期焊劑時(shí)，不容易保證足夠的濕潤(rùn)性和連接可靠性。
因此，在本發(fā)明中，從增強(qiáng)后期焊劑的熱阻抗和增強(qiáng)焊接劑濕潤(rùn)性的角度看，選擇性地使用具有更高熱阻抗的松香的丙烯酸加合物，來(lái)取代作為常規(guī)后期焊劑的樹(shù)脂成分的樹(shù)膠松香。
按照本發(fā)明，從應(yīng)該保證持續(xù)的濕潤(rùn)性，對(duì)于在基于錫-鋅的焊接劑中使用后期焊劑為必需的性能的觀點(diǎn)看，顯然要混合催化劑，因此選擇性地使用包括肌氨酸結(jié)構(gòu)的催化劑，這樣持續(xù)的濕潤(rùn)性是有可能的。在本發(fā)明中使用的松香丙烯酸加合物包括丙烯酸和松香的附加反應(yīng)物或進(jìn)一步受到氫化反應(yīng)的松香衍生物。松香的實(shí)例包括樹(shù)膠松香、木質(zhì)松香、以及包含樹(shù)脂酸類比如松香酸、parastrin酸、新松香酸、松脂酸、同松脂酸和脫水松香酸作為主要成分的高油松香。
包括在本發(fā)明中使用的肌氨酸結(jié)構(gòu)的催化劑的實(shí)例包括油性(oleyl)肌氨酸、十二烷基肌氨酸，以及棕櫚油脂肪酸肌氨酸。而且，除了上述的特定構(gòu)成成分，在本發(fā)明的焊劑中也可以使用常規(guī)焊劑中使用的各種成分，比如樹(shù)脂、催化劑、溶劑、抗氧化劑、去光劑、以及其它添加物。在常規(guī)焊劑中使用的樹(shù)脂成分的實(shí)例包括各種松香衍生物，比如樹(shù)膠松香、聚合松香、不成比例的(deproportionated)松香、與氫化合的松香，以及合成樹(shù)脂，比如聚酰胺樹(shù)脂和松烯樹(shù)脂。
常規(guī)焊劑中使用的催化劑的實(shí)例包括胺類氫鹵化物、有機(jī)酸、有機(jī)胺以及有機(jī)hailed。胺類氫鹵化物的具體實(shí)例包括二乙基胺氫氯化物和環(huán)己胺氫氯化物。有機(jī)酸的具體實(shí)例包括脂肪酸、硬脂酸、以及安息香酸。有機(jī)胺的具體實(shí)例包括己基胺、二丁基胺和三乙基胺。有機(jī)鹵化物的具體實(shí)例包括2，3-二溴基-1-丙醇和2，3-二溴基-2-丁烯-1，4-二醇。溶劑的實(shí)例包括異丙醇、醋醚和甲苯。此外，抗氧化劑、去光劑以及其它添加物沒(méi)有特別限定，可以適當(dāng)?shù)剡x擇并使用各種已知試劑。
下面將結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。制備了包括實(shí)例1至4和比較實(shí)例1至3的液體焊劑合成物，且噴霧施加到安裝了電子元件的印刷線路板上，這些電子元件由一個(gè)自動(dòng)焊接裝置焊接。焊接狀態(tài)被觀察，焊接性能用″○″、″△″和″×″來(lái)評(píng)估。評(píng)估結(jié)果表示在下面的表1中。
(例子1)己二酸 1.0重量百分比二丁基胺 1.0重量百分比環(huán)己胺氫溴酸鹽 0.2重量百分比油烯基肌氨酸 1.0重量百分比松香的丙烯酸加合物 7.0重量百分比氫生松香 7.0重量百分比異丙醇 82.8重量百分比(例子2)
癸二酸 1.0重量百分比2，3-二溴基-1-丙醇 0.5重量百分比二乙胺氫氯化物 0.2重量百分比月桂酰肌氨酸 1.0重量百分比松香的丙烯酸加合物 10.0重量百分比松香 5.0重量百分比異丙醇 82.3重量百分比(例子3)辛基酸 1.0重量百分比苯甲酸 1.0重量百分比Diphyenylguanidine氫溴酸鹽 0.2重量百分比棕櫚油脂肪酸肌氨酸 1.0重量百分比松香的丙烯酸加合物 20.0重量百分比異丙醇 77.8重量百分比(例子4)戊二酸 1.0重量百分比2，3-二溴基-1-丙醇 0.5重量百分比環(huán)己胺氫溴酸鹽 0.2重量百分比油烯基肌氨酸 1.0重量百分比松香的丙烯酸加合物 7.0重量百分比不成比例的松香 7.0重量百分比異丙醇 83.3重量百分比(比較例1)己二酸 1.0重量百分比二丁基胺 1.0重量百分比環(huán)己胺氫溴酸鹽 0.2重量百分比松香 15.0重量百分比異丙醇 82.8重量百分比(比較例2)癸二酸 1.0重量百分比2，3-二溴基-1-丙醇 0.5重量百分比二乙胺氫氯化物 0.2重量百分比月桂酰肌氨酸 1.0重量百分比松香 15.0重量百分比異丙醇 82.3重量百分比(比較例3)辛基酸 1.0重量百分比苯甲酸 1.0重量百分比Diphyenylguanidine氫溴酸鹽 0.2重量百分比松香的丙烯酸加合物 10.0重量百分比氫生松香 10.0重量百分比異丙醇 77.8重量百分比[表1]

換言之，如表1所示，在實(shí)例1，2，3中獲得了滿意的焊接性能。如上所述，可以看出在本發(fā)明的焊接方法和焊合元件中獲得了滿意的具有作為基本焊合條件的足夠強(qiáng)度的電連接和機(jī)械連接。另外，這些錫-鋅焊接劑具有適當(dāng)?shù)挠捕群蛢?yōu)良的伸張度特性。比如，現(xiàn)有技術(shù)的錫-37％重量百分比的鉛的焊接劑在125℃處具有66％的高溫伸張度，而錫-9％重量百分比的鋅焊接劑具有67％的伸張度，它與前者相當(dāng)或更高。另一方面，錫-3％重量百分比的銀-0.5％重量百分比的銅焊接劑只有12％的伸張度。
因此，為了將包括導(dǎo)線框架并在導(dǎo)線框架的表面上形成的鈀或鈀合金層的半導(dǎo)體元件焊接/安裝到這些印刷線路板上，通過(guò)本發(fā)明的焊接方法可以獲得滿意的焊接性能。從中可發(fā)現(xiàn)，有可能獲得堅(jiān)韌的并且極高的機(jī)械和電連接性能和長(zhǎng)期可靠性的焊合元件。
(第二實(shí)施例)下面將參考附圖對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
(1)焊接過(guò)程用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的焊接方法的焊接過(guò)程將參考圖12來(lái)描述。步驟(1)至(9)的順序大體上與圖5中的相同，但是，在每個(gè)步驟中的處理內(nèi)容不同于圖5的那些。
首先，在步驟(1)中，制備用錫-鋅焊接劑進(jìn)行HAL處理過(guò)的印刷線路板10，并且施加用于結(jié)合要被流動(dòng)焊接的電子元件(SMD)12的粘接劑13。隨后，在步驟(2)中，安裝相應(yīng)的電子元件12。其后，在步驟(3)中，在步驟(1)中施加的粘接劑13被固化，并且電子元件12被固定到凸臺(tái)14上。
如上所述，這里的HAL處理比如是用于噴霧熱氣體(空氣)到襯底上的處理，該襯底浸在一種熔化的焊接劑的床中，以弄平該襯底，其方法是用焊接劑涂布襯底，并將電子元件焊接到該涂層上，以增強(qiáng)電子電路襯底中的焊接性能。
接下來(lái)，在步驟(4)中，印刷線路板10被顛倒，錫-3銀-0.5銅(217℃的固態(tài)線性溫度，220℃的液態(tài)線性溫度)的膏狀焊接劑15或錫-3.5銀-0.75銅(217℃的固態(tài)線性溫度，219℃的液態(tài)線性溫度)的膏狀焊接劑15預(yù)先供給到凸臺(tái)14上，要回流焊接的電子元件12的焊接端子被設(shè)置在凸臺(tái)14上。接著，在步驟(5)中，其焊接端子被涂敷，比如用錫-鋅焊接劑電鍍的芯片元件62和電子元件16比如QFP集成電路被安裝在凸臺(tái)14上。自然地，也可以包括采用另一種電鍍類型的電子元件。
其后，在步驟(6)中，用回流焊接裝置進(jìn)行回流焊接。具體地，在上述步驟中供給的焊接劑被加熱并且熔化，芯片元件62和在焊接端子17(引線端子部分)與凸臺(tái)14之間形成的電子元件16比如QFP集成電路的要焊接的部分被焊接。
在完成回流焊接之后，在步驟(7)中，例如，在印刷線路板10的回流焊接表面的一側(cè)面上，插入部件18比如連接器的引線端子19插入在通孔11中。而且，在步驟(8)中，熔化的錫-9鋅焊接劑的噴射流接觸到印刷線路板10的要流動(dòng)焊接的表面，以流動(dòng)焊接該表面，該噴射流的溫度在步驟(8)中用溫度控制裝置控制在220℃至230℃范圍內(nèi)。
換言之，在凸臺(tái)14和在步驟(3)中固定在凸臺(tái)14上的電子元件12之間形成的要焊接的部分，以及在包括電鍍的通孔11的凸臺(tái)14與在步驟(7)中插入在該通孔11中的插入部件18的引線端子之間形成的要焊接的部分接觸到熔化的錫-9鋅焊接劑的噴射流。錫-9鋅焊接劑供給到這些要焊接的部分，以流動(dòng)焊接這些部分。
由于這些部分在流動(dòng)焊接步驟(8)中被錫-9鋅流動(dòng)焊接，溫度處于220℃至230℃的較低范圍內(nèi)。具體地，與現(xiàn)有技術(shù)的錫-37鋅焊接劑中認(rèn)為適當(dāng)?shù)臏囟?45℃至250℃，或者，錫-3銀-0.5銅或錫-3.5銀-0.75銅的無(wú)鉛焊接劑中認(rèn)為適當(dāng)?shù)臏囟?50C°至255℃相比，這些部分現(xiàn)在可以在非常低的溫度處焊接。而且，由于這些印刷線路板10被用錫-鋅焊接劑進(jìn)行了HAL處理，在電鍍的通孔11中的錫-9鋅焊接劑的向上濕潤(rùn)效果還是非常滿意的。
在流動(dòng)焊接步驟(8)中，焊接劑回流焊接的要焊接的部分的焊接劑，具體地，在凸臺(tái)14之間形成的錫-銀導(dǎo)線的微小三質(zhì)共熔合金，在凸臺(tái)14上安裝了元件16、62，以及劑帶150沒(méi)有加熱到超過(guò)178℃熔點(diǎn)的溫度，而且劑帶脫皮現(xiàn)象沒(méi)有出現(xiàn)。
結(jié)果，如在步驟(9)中所示，在印刷線路板10的相對(duì)面上的要焊接的部分被冷卻并且完全被焊接。在SMD的這些要焊接的部分和插入部件18上形成沒(méi)有劑帶脫皮并且具有滿意的連接狀態(tài)的焊接劑的劑帶150，印刷線路板10取得了極高的焊接質(zhì)量。
而且，由于流動(dòng)焊接是用錫-9鋅焊接劑完成的，與另外的無(wú)鉛焊接劑相比，就可以避免或減少在流動(dòng)焊接過(guò)程中產(chǎn)生的浮脫現(xiàn)象。進(jìn)一步，由于使用了沒(méi)有包含鉍的無(wú)鉛焊接劑，要焊接的部分的焊接劑沒(méi)有變脆。有可能完成這樣的焊接/安裝，它能耐熱循環(huán)應(yīng)力、重復(fù)施加的加速度應(yīng)力、以及振動(dòng)應(yīng)力。
由于松香的丙烯酸加合物以及包括肌氨酸組織的催化劑被用于在流動(dòng)焊接過(guò)程中施加的焊劑合成物，在通孔11中的錫-9鋅焊接劑的向上濕潤(rùn)效果可以進(jìn)一步提高。
因此，在本發(fā)明中，從增強(qiáng)后期焊劑的熱阻抗的角度看，選擇性地使用具有更高熱阻抗的松香的丙烯酸加合物，來(lái)取代作為現(xiàn)有技術(shù)的后期焊劑的樹(shù)脂成分的樹(shù)膠松香。
按照本發(fā)明，從應(yīng)該保證作為在基于錫-鋅的焊接劑中使用后期焊劑必需的性能的持續(xù)的濕潤(rùn)性的觀點(diǎn)看，顯然要混合催化劑。采用肌氨酸組織的催化劑選擇性地使用，因此有可能獲得持續(xù)的濕潤(rùn)性。
在本發(fā)明中使用的松香丙烯酸加合物包括丙烯酸和松香的附加反應(yīng)物或進(jìn)這些步受到氫化反應(yīng)的松香衍生物。松香的實(shí)例包括樹(shù)膠松香、木質(zhì)松香、以及包含樹(shù)脂酸類比如松香酸、parastrin酸、新松香酸、松脂酸、同松脂酸和脫水松香酸作為主要成分的高油松香。而且，包括在本發(fā)明中使用的肌氨酸組織結(jié)構(gòu)的催化劑的實(shí)例包括油性肌氨酸、十二烷基肌氨酸，以及棕櫚油脂肪酸肌氨酸。
而且，除了上述的特定構(gòu)成成分，在本發(fā)明的焊劑中也可以使用常規(guī)焊劑中使用的各種成分，比如樹(shù)脂、催化劑、溶劑、抗氧化劑、去光澤劑、以及其它添加物。
在常規(guī)焊劑中使用的樹(shù)脂成分的實(shí)例包括各種松香衍生物，比如樹(shù)膠松香、聚合松香、不成比例的松香和氫化合的松香，以及合成樹(shù)脂，比如聚酰胺樹(shù)脂和松烯樹(shù)脂。常規(guī)焊劑中使用的催化劑的實(shí)例包括胺類氫鹵化物、有機(jī)酸、有機(jī)胺以及有機(jī)鹵化物。胺類氫鹵化物的具體實(shí)例包括二乙基胺氫氯化物和環(huán)己胺氫氯化物。有機(jī)酸的具體實(shí)例包括脂肪酸、硬脂酸、以及安息香酸。有機(jī)胺的具體實(shí)例包括己基胺、二丁基胺和三乙基胺。有機(jī)鹵化物的具體實(shí)例包括2，3-二溴基-1-丙醇和2，3-二溴基-2-丁烯-1，4-二醇。溶劑的實(shí)例包括異丙醇、醋醚和甲苯。
此外，抗氧化劑、去光劑以及其它添加物沒(méi)有特別限定，可以適當(dāng)?shù)剡x擇并使用各種已知試劑。
(2)焊接裝置的構(gòu)造接下來(lái)，將參考圖13描述回流焊接裝置的構(gòu)造的例子以及其操作。
回流焊接裝置對(duì)預(yù)先供給焊接劑的要焊接的部分進(jìn)行加熱，以熔化這些焊接劑，并將電子元件焊接到在印刷線路板上形成的凸臺(tái)和電路圖形上。
回流焊接裝置的加熱方法的實(shí)例包括用紅外線的電熱絲加熱、熱氣加熱、蒸汽加熱、熱輸送加熱、和組合式加熱。以任何方法，該印刷線路板在腔室型加熱爐中被加熱并且被回流焊接，以保持高溫環(huán)境。而且，該電路板經(jīng)常是在具有低氧濃度的環(huán)境中被加熱的，在該環(huán)境中補(bǔ)充了惰性氣體比如氮?dú)狻?br> 圖13是一個(gè)側(cè)面的剖視圖，即，表示回流焊接裝置200的例子的縱向截面視圖。值得一提的是該氮?dú)夤┙o系統(tǒng)以一個(gè)象征圖表示。
在此例中，回流焊接裝置具有所謂的七個(gè)區(qū)域構(gòu)造，其中，加熱爐即爐部件216被分為七個(gè)區(qū)域。包括加熱裝置203的加熱腔室204對(duì)稱地垂直設(shè)置，其中，加熱裝置203經(jīng)由一個(gè)用于輸送印刷線路板201的輸送器202設(shè)置，它是一個(gè)邊界，并且設(shè)置14個(gè)加熱腔室204。而且，沿印刷線路板201的輸送方向A，第一和第二區(qū)域?qū)?yīng)于溫度升高部分加熱腔室，第三至第五區(qū)域?qū)?yīng)于保持加熱腔室，并且第六和第七區(qū)域?qū)?yīng)于回流部分加熱腔室。
使用已知的熱氣加熱裝置和紅外線加熱裝置，它們是加熱裝置203。而且，這些加熱裝置203是組合使用的。為了向印刷線路板201供給熱量，在熱氣加熱裝置中，最終供給的熱量是由熱空氣溫度確定的，而每單位時(shí)間供給的熱量是由熱空氣速度確定的。
進(jìn)一步，在該紅外線加熱裝置中，供給的熱量可以與大體上紅外線加熱器的表面溫度的第四功率成比例地增加。另外，熱空氣溫度、熱空氣速度和紅外線加熱器的表面溫度被調(diào)整，因此調(diào)整印刷線路板201的加熱溫度，從而獲得目標(biāo)加熱溫度。
圖中未示出輸送器202的細(xì)節(jié)，該輸送器通常依靠在相反側(cè)端的兩個(gè)平行輸送鏈而被用于保持和輸送印刷線路板201。這里，迷宮部分即入口迷宮部分207和出口迷宮部分208由平行地設(shè)置在輸入端口205和輸出端口206處的抑制板構(gòu)成。這就保證加熱腔室204的內(nèi)部和外部以及爐部件216的外部的封閉特性。
同時(shí)，氮?dú)獗还┙o到回流部分加熱腔室，其中，焊接劑被熔化，并且在回流部分加熱腔室中形成具有最低氧濃度的氮?dú)猸h(huán)境。具體地，在從爆炸型或PSA型的氮?dú)夤┙o裝置209通過(guò)開(kāi)/關(guān)閥210由過(guò)濾器211除去不必要的材料之后，由壓力控制閥212維持一個(gè)目標(biāo)壓力。目標(biāo)流率由流率控制閥213和流率計(jì)214調(diào)整，并且如此供給氣體。設(shè)置一個(gè)壓力計(jì)215以監(jiān)視壓力。
在輸送器202輸送印刷線路板201的同時(shí)，執(zhí)行焊接操作。具體地，通過(guò)輸入端口205供給的印刷線路板201在箭頭A方向輸送。該電路板被加熱，通過(guò)各個(gè)加熱腔室204的順序?yàn)闇囟壬卟糠帧尾糠帧亓鞑糠?。被完全焊接的印刷線路板201經(jīng)由輸出端口206輸送出。
在每個(gè)加熱腔室204中的印刷線路板201的加熱所達(dá)溫度由從每個(gè)加熱腔室204的加熱裝置203供給到印刷線路板201的熱量調(diào)整，而且進(jìn)一步由熱空氣溫度、熱空氣速度和紅外線加熱器的表面溫度調(diào)整。因此，該印刷線路板201以目標(biāo)預(yù)定加熱溫度分布加熱并且回流焊接。
例如，利用在本實(shí)施例中使用的基于錫-銀-銅的無(wú)鉛焊接劑，即錫-3銀-0.5銅或錫-3.5銀-0.75銅的膏狀焊接劑，通常將回流部分中的要焊接的部分的溫度控制在大約230℃至240℃范圍內(nèi)，并且實(shí)施焊接。
值得一提的是，在基于錫-銀-銅的無(wú)鉛焊接劑的回流焊接操作過(guò)程中，回流焊接也可以在不供給氮?dú)獾郊訜崆皇?04的環(huán)境中執(zhí)行。另外，當(dāng)回流焊接在具有低氧濃度的氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行時(shí)，避免了印刷線路板201的要焊接的部分或焊接劑被氧化。與自然空氣環(huán)境相比，該焊接可以獲得滿意的濕潤(rùn)性。
接下來(lái)，將參考圖14描述該流動(dòng)焊接裝置的構(gòu)造的例子以及其操作。這里，圖14是一個(gè)縱向截面視圖，表示了流動(dòng)焊接裝置的一個(gè)例子，并且氮?dú)夤┙o裝置以象征圖表示。
流動(dòng)焊接裝置300被構(gòu)造成，以在惰性氣體即具有低氧濃度的氮?dú)獾沫h(huán)境中執(zhí)行焊接操作。值得一提的是圖14的流動(dòng)焊接裝置具有類似于圖7的流動(dòng)焊接裝置的構(gòu)造。
具體地，用于輸送要焊接的工件即印刷線路板301的輸送器由用于仰角輸送(仰角θ1)的第一輸送器302和用于傾角輸送(傾角θ2)的第二輸送器303構(gòu)成。設(shè)置一個(gè)通道形腔室304，以覆蓋這些輸送器。
如圖14所示，該通道形腔室304的縱向截面為倒V形狀，輸入端口305和輸出端口306構(gòu)造成離水平平面具有相同高度。因此，容易保持腔室304中的環(huán)境，其溫度比腔室304外部的環(huán)境溫度更高，并且可以形成成分穩(wěn)定的環(huán)境。
第一和第二輸送器302、303包括保持爪，用于保持印刷線路板301的相對(duì)側(cè)部，并且每個(gè)輸送器都包括設(shè)置在相對(duì)側(cè)端的兩個(gè)輸送器框架，它們彼此平行。而且，沿第一輸送器302在通道形腔室304中，設(shè)置構(gòu)成印刷線路板301的預(yù)熱階段的預(yù)熱器307，以及構(gòu)成焊接階段的焊接罐308。值得一提的是，所示箭頭A表示印刷線路板301的輸送方向。
焊接階段的焊接罐308包含錫-9鋅焊接劑309，而且焊接劑309由加熱器、溫度傳感器和溫度控制裝置(圖中未示)加熱，并且具有熔化的狀態(tài)。該溫度被控制到預(yù)先指示的溫度。而且，這一熔化的焊接劑309通過(guò)第一泵310給送到第一噴霧嘴311，以形成第一噴射流312。此外，第二泵313給送焊接劑到第二噴霧嘴314，以形成第二噴射流315。
隨后，這些噴射流312、315接觸到印刷線路板301的下表面即印刷線路板10的下表面的要被流動(dòng)焊接的表面，在該表面上要焊接的部分包括凸臺(tái)14、通孔11、以及電子元件的焊接和引線端子，如圖12的步驟(7)所示。因此，熔化的焊接劑309供給到要焊接的部分，以焊接該部分。
而且，預(yù)熱器307設(shè)置在通道形腔室304中。然而，焊接罐308被如此構(gòu)成，以使開(kāi)口316設(shè)置在通道形腔室304中，而第一和第二噴射流312和315通過(guò)開(kāi)口316定置在通道形腔室304中。值得一提的是，在開(kāi)口316處設(shè)置一個(gè)裙部317。裙部317陷于焊接罐308中的熔化的焊接劑309中，以實(shí)現(xiàn)完整的封閉。
此外，沿隧道的縱向即輸送器302、303的輸送方向在通道形腔室304中設(shè)置了大量的板部件即抑制板318。這些板形成迷宮式密封，并且構(gòu)造成用于避免在通道形腔室304中產(chǎn)生的不必要的環(huán)境氣體流。
在從輸送方向觀看，在焊接罐308之后設(shè)置的抑制板318之中設(shè)置用于將惰性氣體的氮?dú)夤┙o到通道形腔室304的排放端口1319，并且目標(biāo)氮?dú)夤?yīng)流率可以由流率調(diào)節(jié)閥320和流率計(jì)321調(diào)整。氮?dú)馐菑谋ㄐ突騊S型的氮?dú)夤┙o裝置322供給的，并通過(guò)開(kāi)/關(guān)閥323、用于除去雜質(zhì)的過(guò)濾器324和用于將供應(yīng)壓力調(diào)整到目標(biāo)壓力的壓力控制閥325供給到流率調(diào)節(jié)閥320。設(shè)置一個(gè)壓力計(jì)326以監(jiān)視壓力。
針對(duì)氮?dú)夤?yīng)流率，用氧濃度計(jì)(圖中未示)測(cè)量通道形腔室304中的氧濃度，比如當(dāng)印刷線路板301的接觸區(qū)域與熔化的焊接劑309的噴射流312、315接觸時(shí)對(duì)焊接焊接階段的環(huán)境進(jìn)行取樣，并且設(shè)定比率。流率調(diào)節(jié)閥320被調(diào)整，以獲得標(biāo)稱氧濃度，并且設(shè)置流動(dòng)速率。
而且，如果有必要，對(duì)于由虛線所示的構(gòu)造，用于供給氮?dú)獾呐欧哦丝?19類似地設(shè)置在預(yù)熱階段的預(yù)熱器307的附近，并且在預(yù)熱器307附近的環(huán)境的氧濃度也可以由氧濃度計(jì)測(cè)量。在該構(gòu)造中，預(yù)熱階段和焊接階段的氧濃度也可以分別地調(diào)整/控制。
在輸送器302、303輸送印刷線路板301的同時(shí)，執(zhí)行焊接操作。具體地，通過(guò)輸入端口305供給的印刷線路板301在箭頭A方向輸送。該電路板以預(yù)熱階段→焊接階段的順序輸送，熔化的焊接劑309在焊接階段由噴射流312、315供給到印刷線路板301的要焊接的部分，以焊接該部分，并且被完全焊接的印刷線路板201經(jīng)由輸出端口206被輸送出。
流動(dòng)焊接操作在預(yù)熱階段中執(zhí)行，而印刷線路板301的要焊接的部分的溫度表示預(yù)定目標(biāo)值在80℃至150℃范圍內(nèi)。該操作在焊接階段中執(zhí)行，而錫-9鋅焊接劑的溫度表示預(yù)定目標(biāo)值在220℃至230℃范圍內(nèi)。
值得一提的是，如日本專利公開(kāi)號(hào)(JP-A)2001-293559所公開(kāi)的，預(yù)熱階段的氧濃度被控制在1000ppm或更少，焊接階段的氧濃度被控制在500ppm或更少，并且用錫-9鋅焊接劑可以對(duì)印刷線路板301進(jìn)行流動(dòng)焊接而且具有滿意的濕潤(rùn)性。
正如本發(fā)明人所闡明的，當(dāng)電子元件的焊接端子被涂敷錫-鉛的焊接劑時(shí)，并且當(dāng)用基于錫-銀-銅的無(wú)鉛焊接劑進(jìn)行回流焊接時(shí)，在要焊接的部分的凸臺(tái)的劑帶介面中形成了一個(gè)具有178℃熔點(diǎn)的錫-銀-鉛的微小的三質(zhì)共熔合金。這在隨后進(jìn)行的流動(dòng)焊接中導(dǎo)致了劑帶脫皮。
然后，本發(fā)明人進(jìn)一步確認(rèn)到在印刷線路板的實(shí)際焊接操作中有這樣的事實(shí)。圖15表示出表和圖，它們表示了所出現(xiàn)的劑帶脫皮狀態(tài)的確認(rèn)結(jié)果，圖15A表示焊接的類型、電子元件的電鍍類型以及出現(xiàn)脫皮的焊接過(guò)程階段的分析結(jié)果。圖15B表示了在流動(dòng)焊接過(guò)程中由回流焊接完全焊接的要焊接的部分的溫度測(cè)量結(jié)果。圖15C是一個(gè)示意圖，它表示了一個(gè)用于抑制熱傳導(dǎo)的熱絕緣帶接附到要流動(dòng)焊接的表面，該表面與在執(zhí)行流動(dòng)焊接之前用QFP IC進(jìn)行回流焊接的表面相對(duì)。
為了進(jìn)行分析，在回流焊接操作中，要焊接的部分的焊接端子(引線端子)或焊接劑的溫度設(shè)定為230℃，而在流動(dòng)焊接操作中焊接劑的溫度被控制為250℃。而且，在圖15A中，標(biāo)記○表示沒(méi)有出現(xiàn)劑帶脫皮，而標(biāo)記x表示出現(xiàn)了劑帶脫皮。
正如圖15A所示，即使在錫-37鉛焊接劑、錫-3銀-0.5銅焊接劑以及錫-3.5銀-0.75銅焊接劑的任何一種中，不管該元件的焊接端子的電鍍類型即錫-鉛焊接劑電鍍或錫-鉍焊接劑電鍍，都可發(fā)現(xiàn)劑帶脫皮現(xiàn)象沒(méi)有出現(xiàn)，因?yàn)橹粚?duì)第一表面進(jìn)行回流焊接操作。
然而，當(dāng)接著對(duì)第二表面進(jìn)行流動(dòng)焊接時(shí)，可以看出在第一表面的回流焊接過(guò)程中只用錫-3銀-O.5銅焊接劑和錫-3.5銀-0.75銅焊接劑并且元件鍍有錫-鋅焊接劑時(shí)會(huì)出現(xiàn)劑帶脫皮。值得一提的是，用于流動(dòng)焊接的焊接劑具有的成分基本上與回流焊接中使用的焊接劑的成分相同。
進(jìn)一步，正如圖15C所示，可以看出用于抑制QFP集成電路16(240針QFP集成電路)的焊接端子的溫度升高的熱絕緣帶40被接附上，而且即使是流動(dòng)焊接也沒(méi)有出現(xiàn)劑帶脫皮現(xiàn)象。
正如圖15B所示，在不用熱絕緣帶40的通常的焊接狀態(tài)下，在流動(dòng)焊接過(guò)程中回流焊接的部分的溫度為182℃，當(dāng)接附上熱絕緣帶40時(shí)，該溫度升高至122℃。在這種情況下，印刷線路板10的第一表面即回流焊接的表面的溫度為201℃和133℃。
正如從這些分析結(jié)果所認(rèn)識(shí)到的，只有在焊接的部分中，通過(guò)隨后進(jìn)行的流動(dòng)焊接才會(huì)產(chǎn)生劑帶脫皮現(xiàn)象，該焊接的部分包括鍍有錫-鋅焊接劑的焊接端子的電子元件12用基于錫-銀-銅的無(wú)鉛焊接劑回流焊接。在流動(dòng)焊接過(guò)程中，焊接部分的溫度升高至182℃，它超過(guò)錫-銀-鉛三質(zhì)共熔合金的熔點(diǎn)178℃，并且這可以被指定為原因。
接下來(lái)，通過(guò)使用本發(fā)明的焊接方法來(lái)核查劑帶脫皮現(xiàn)象的存在/不存在。圖16為表示核查結(jié)果的表，而圖16A集中地表示了用于執(zhí)行回流焊接的焊接劑類型、電子元件的電鍍類型以及在流動(dòng)焊接中使用的錫-9鋅焊接劑的溫度等因數(shù)，以及劑帶脫皮現(xiàn)象的存在/不存在。圖16B是一個(gè)表，它比較了在流動(dòng)焊接過(guò)程中所用焊接劑類型和在焊接過(guò)程中所使用的適當(dāng)焊接劑溫度而產(chǎn)生的各部分的溫度。
具體地，正如圖16A所示，類似于上述的例子，錫-3銀-0.5銅焊接劑和錫-3.5銀-0.75銅焊接劑被用于回流焊接過(guò)程的焊接劑中，錫-9鋅焊接劑被用于執(zhí)行流動(dòng)焊接的焊接劑中，溫度為220℃和230℃。對(duì)該情形進(jìn)行了研究。結(jié)果，在任何情況下，都沒(méi)有出現(xiàn)劑帶脫皮現(xiàn)象。
自然地，錫-9鋅焊接劑充分地向上濕潤(rùn)了電鍍的通孔，并且還充分地濕潤(rùn)整個(gè)凸臺(tái)((在圖12的步驟(9)中所示的狀態(tài))。而且，當(dāng)用錫-鋅焊接劑對(duì)印刷線路板進(jìn)行HAL處理時(shí)，或當(dāng)松香的丙烯酸加合物和包括肌氨酸組織的催化劑被用于該焊劑成分時(shí)，即使以非常低的焊接劑溫度即220℃至230℃，錫-9鋅焊接劑的濕潤(rùn)速度也是很高的，形成的劑帶非常堅(jiān)固。
另一方面，正如圖16B所示，當(dāng)錫-9鋅焊接劑的溫度為220℃時(shí)，在流動(dòng)焊接中240針QFP集成電路的引線端子部分即焊接端子的溫度為151℃。當(dāng)錫-9鋅焊接劑的溫度為230℃時(shí)，端子溫度為160℃。可以看出該溫度遠(yuǎn)低于錫-銀-鉛三質(zhì)共熔合金的熔點(diǎn)178℃。換言之，當(dāng)用于流動(dòng)焊接的焊接劑的溫度降低時(shí)，回流焊接部分的溫度升高也減少。
另外，在采用錫-37鉛焊接劑、錫-3銀-0.5銅焊接劑和錫-3.5銀-0.75銅焊接劑并且有適當(dāng)?shù)牧鲃?dòng)焊接溫度250℃的流動(dòng)焊接中，端子溫度為182℃，如上所述。
具體地，利用錫-9鋅焊接劑在220℃至230℃的受控溫度下進(jìn)行流動(dòng)焊接，在回流焊接部分的界面中出現(xiàn)的微小錫-銀-鉛三質(zhì)共熔合金的熔化停止以防熔化，并且可以安全地避免劑帶脫皮現(xiàn)象。
值得一提的是，用于圖15和16中所示試驗(yàn)的印刷線路板采用最通常使用的、具有ASTM/NEMA標(biāo)準(zhǔn)的1.6mm厚的玻璃環(huán)氧基樹(shù)脂的基底材料。
本發(fā)明的第三實(shí)施例的流動(dòng)焊接方法可以如下進(jìn)行。
(1)流動(dòng)焊接裝置的構(gòu)造首先，將描述流動(dòng)焊接裝置的結(jié)構(gòu)的例子，其中，可以實(shí)施本發(fā)明的流動(dòng)焊接方法。圖18是一個(gè)縱向截面視圖，表示了流動(dòng)焊接裝置的一個(gè)例子，并且氮?dú)夤┙o系統(tǒng)以象征圖表示。具體地，流動(dòng)焊接裝置構(gòu)造成在具有低氧濃度的惰性氣體即氮?dú)獾沫h(huán)境中執(zhí)行焊接操作。值得一提的是，圖18的流動(dòng)焊接裝置具有類似于圖8和1 4所示的流動(dòng)焊接裝置的構(gòu)造。
用于輸送要焊接的工件即印刷線路板401的輸送器由用于仰角輸送(仰角θ1)的第一輸送器402和用于傾角輸送(傾角θ2)的第二輸送器403構(gòu)成。設(shè)置一個(gè)通道形腔室404，以覆蓋這些輸送器。
正如圖18所示，通道形腔室404的縱向截面為倒V形狀，輸入端口405和輸出端口406構(gòu)造成距水平平面具有相同高度。因此，容易保持腔室404中的環(huán)境，其溫度比腔室404外部的環(huán)境溫度更高，并且可以形成成分穩(wěn)定的大氣環(huán)境。
第一和第二輸送器402、403包括保持爪，用于保持印刷線路板401的相對(duì)側(cè)端，并且每個(gè)輸送器都包括設(shè)置在相對(duì)側(cè)端的兩個(gè)輸送器框架，它們彼此平行。而且，沿第一輸送器402在通道形腔室404中，設(shè)置構(gòu)成印刷線路板401的預(yù)熱階段的預(yù)熱器407，以及構(gòu)成焊接階段的焊接罐408。這里，，所示箭頭A表示印刷線路板401的輸送方向。
焊接階段的焊接罐408包含錫-9鋅焊接劑409，而且焊接劑409由加熱器、溫度傳感器和溫度控制裝置(圖中未示)加熱，并且具有熔化的狀態(tài)。溫度控制在預(yù)定的溫度。熔化的焊接劑409通過(guò)第一泵410被給送到第一噴霧嘴411，以形成第一噴射流412。第二泵413給送焊接劑到第二噴霧嘴414，以形成第二噴射流415。
隨后，噴射流412、415接觸到印刷線路板401的下表面即印刷線路板1O的下表面的要流動(dòng)焊接的表面，在該表面上要焊接的部分包括凸臺(tái)14、通孔11、以及電子元件的焊接和引線端子，如圖12的步驟(7)所示。因此，熔化的焊接劑409供給到要焊接的部分，以焊接該部分。
而且，預(yù)熱器407設(shè)置在通道形腔室404中。然而，焊接罐408被如此構(gòu)成，以使開(kāi)口416設(shè)置在通道形腔室404中，而第一和第二噴射流412和415通過(guò)開(kāi)口416定位在通道形腔室404中。利用該結(jié)構(gòu)，裙部417設(shè)置在開(kāi)口416中。裙部417陷于焊接罐408中的熔化的焊接劑409中，以實(shí)現(xiàn)完整的封閉。
進(jìn)一步，沿隧道的縱向即輸送器402、403的輸送方向在通道形腔室404中設(shè)置大量的板部件即抑制板418。這些板形成迷宮式封閉，并且用于避免在通道形腔室404中產(chǎn)生的不必要的環(huán)境氣流。
在從輸送方向觀看，在焊接罐408之后設(shè)置的抑制板418之中設(shè)置用于將惰性氣體的氮?dú)夤┙o到通道形腔室404的排放端口419，并且目標(biāo)氮?dú)夤?yīng)流率可以由流率調(diào)節(jié)閥420和流率計(jì)421調(diào)整。氮?dú)馐菑谋ㄐ突騊SA型的氮?dú)夤┙o裝置422供給的，并通過(guò)開(kāi)/關(guān)閥423、用于除去雜質(zhì)的過(guò)濾器424、和用于將供應(yīng)壓力調(diào)整到目標(biāo)壓力的壓力控制閥425供給到流率調(diào)節(jié)閥420。設(shè)置一個(gè)壓力計(jì)426以監(jiān)視壓力。
針對(duì)氮?dú)夤?yīng)流率，用氧濃度計(jì)(圖中未示)測(cè)量通道形腔室404中的氧濃度，比如當(dāng)印刷線路板401的接觸區(qū)域與熔化的焊接劑409的噴射流412、415接觸時(shí)對(duì)焊接焊接階段的環(huán)境進(jìn)行取樣，并且測(cè)量比率。流率調(diào)節(jié)閥420被調(diào)整，以獲得目標(biāo)氧濃度，并且設(shè)定流動(dòng)速率。
如果有必要，對(duì)于由虛線所示的構(gòu)造，用于供給氮?dú)獾呐欧哦丝?19類似地設(shè)置在預(yù)熱階段的預(yù)熱器407的附近，并且在預(yù)熱器407附近的環(huán)境的氧濃度也可以由氧濃度計(jì)測(cè)量。在該構(gòu)造中，預(yù)熱階段和焊接階段的氧濃度也可以分別地調(diào)整/控制。
在輸送器402、403輸送印刷線路板401的同時(shí)，執(zhí)行焊接操作。具體地，通過(guò)輸入端口405供給的印刷線路板401在箭頭A方向上輸送。該電路板以預(yù)熱階段→焊接階段的順序輸送，熔化的焊接劑409在焊接階段由噴射流412、415供給到印刷線路板401的要焊接的部分以焊接該部分，并且被完全焊接的印刷線路板201經(jīng)由輸出端口406被輸送出。
流動(dòng)焊接操作在預(yù)熱階段中執(zhí)行，而印刷線路板401的要焊接的部分的溫度表示預(yù)定目標(biāo)值在80℃至150℃范圍內(nèi)。該操作在焊接階段中執(zhí)行，而錫-9鋅焊接劑的溫度表示預(yù)定目標(biāo)值在220℃至230℃范圍內(nèi)。
在一個(gè)例子中，在印刷線路板的要焊接的表面的溫度預(yù)先加熱在約120℃之后，該表面接觸到220℃的錫-9鋅焊接劑的噴射流，以完成流動(dòng)焊接。
(2)焊接過(guò)程圖17是解釋用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的流動(dòng)焊接方法的過(guò)程的示意圖，圖17A至17E為縱向截面視圖，它表示每個(gè)過(guò)程中印刷線路板和所安裝的電子元件的狀態(tài)。這里，上述(1)的流動(dòng)焊接裝置被用于圖17E的步驟。
(過(guò)程1)對(duì)于包括構(gòu)成如圖17所示的要焊接的部分的銅凸臺(tái)171和銅通孔172的印刷線路板170，用基于錫-銀-銅的焊接劑(例如錫-3.5銀-0.75銅焊接劑、錫-3銀-0.5銅焊接劑)，基于錫-銀的焊接劑(例如錫-3.5銀焊接劑)，基于錫-銅的焊接劑(例如錫-0.75銅焊接劑)，或錫(100錫)進(jìn)行已知的HAL處理。在銅凸臺(tái)171和銅通孔172(電鍍的通孔)的表面上形成上述的焊接劑或錫的層173(圖17B)。焊接劑層或錫層也可以用其它已知方法比如噴鍍來(lái)形成。
在這種情況下，在焊接劑中使用了富錫的無(wú)鉛焊接劑。具體地，最好是含90％或更多錫的無(wú)鉛焊接劑。如稍后實(shí)例中所描述的，在凸臺(tái)171之上的錫-鋅焊接劑的濕潤(rùn)擴(kuò)散或在電鍍的通孔172中的錫-鋅焊接劑的濕潤(rùn)提高滿意的狀態(tài)。
在這種情況下，富錫無(wú)鉛焊接劑限制不包含鉍的焊接劑。當(dāng)包含鉍時(shí)，要焊接的部分的焊接劑在焊接之后變脆。具有高韌性的錫-鋅焊接劑的固有特征被損失，并且焊接部分的抗周期應(yīng)力的連接強(qiáng)度變?nèi)酢?br> (過(guò)程2)電子元件175(例如SOP集成電路)被固定并且安裝到印刷線路板170上，通過(guò)粘接劑174在印刷線路板170上設(shè)置焊接劑層或錫層，如圖17C所示。而且，對(duì)于包括插入型引線端子176的電子元件175，如圖17D所示，在如圖17D所示印刷線路板170被顛倒之后，相應(yīng)的電子元件175(例如DIP集成電路、SIP集成電路、ZIP集成電路)的引線端子176插入在通孔172中，以安裝該元件。自然地，在圖17C或17D中安裝的電子元件175是一個(gè)例子。
受到無(wú)鉛金屬電鍍或涂布處理的端子被用于電子元件175的焊接端子或焊接引線端子176。在電鍍或涂布處理中使用的金屬不同于電子元件175的制造類型。對(duì)于無(wú)源的元件比如阻抗和電容器，經(jīng)常使用類似于在焊接中使用的焊接劑。然而，在半導(dǎo)體元件比如集成電路中，也要考慮在模結(jié)合引線框架中進(jìn)行濕潤(rùn)，鈀或鈀合金用作一個(gè)例子。
(過(guò)程3)當(dāng)在過(guò)程2中完成將電子元件175安裝到印刷線路板170上時(shí)，印刷線路板170由上述(1)的流動(dòng)焊接裝置焊接。具體地，圖17E所示的要焊接的表面(所示的下表面)與錫-鋅焊接劑(例如錫-9鋅焊接劑)的噴射流接觸，供給該錫-鋅焊接劑是為了濕潤(rùn)要焊接的部分177，并且錫-鋅焊接劑將電鍍的通孔172濕潤(rùn)。
在這種情況下，由過(guò)程1在印刷線路板170的凸臺(tái)和電鍍的通孔的表面上形成富錫無(wú)鉛焊接劑層或錫層，因此在凸臺(tái)171中的錫-鋅焊接劑的濕潤(rùn)擴(kuò)散以及在電鍍的通孔172中的濕潤(rùn)得以改進(jìn)。
而且，當(dāng)在凸臺(tái)171上安裝的電子元件175的焊接端子的表面上或在通孔172插入的電子元件175的焊接引線端子176的表面上沉積鈀或鈀合金層時(shí)，錫-鋅焊接劑將該鈀或鈀合金層全部濕潤(rùn)擴(kuò)散。因此，獲得了極高的焊接性能。另一方面，利用其它的無(wú)鉛焊接劑，則不能獲得極高的錫-鋅焊接劑的濕潤(rùn)擴(kuò)散或濕潤(rùn)效果。
同時(shí)，在印刷線路板的流動(dòng)焊接過(guò)程中，在預(yù)熱階段之前通常施加后期焊劑，以避免氧化并且改善濕潤(rùn)性。然而，當(dāng)使用包含松香的丙烯酸加合物和包括肌氨酸組織的催化劑的焊劑時(shí)，在與噴射流的接觸中，濕潤(rùn)性被持續(xù)地增強(qiáng)。具體地，用錫-鋅焊接劑可獲得更滿意的濕潤(rùn)性。
(1)對(duì)由擴(kuò)散比率方法產(chǎn)生的焊接性能的評(píng)估依照J(rèn)IS-Z-3184進(jìn)行了焊接劑的擴(kuò)散比率測(cè)試，并且評(píng)估了焊接性能。
首先，用熔化的錫(100錫)、錫-0.75銅焊接劑、錫-3銀-0.5銅焊接劑、錫-3.5銀焊接劑和錫-3.5銀-0.75銅焊接劑對(duì)磷光體除氧的銅版(JIS C-210050×50×O.3mm)進(jìn)行電鍍(平整處理)，以制備三個(gè)試驗(yàn)塊。制備該磷光體除氧銅版(100銅)的三個(gè)試驗(yàn)塊，它們沒(méi)有被電鍍/處理。
接下來(lái)，錫-9鋅焊接劑膏被印刷在每個(gè)試驗(yàn)塊上隨后，該試驗(yàn)塊被引入到回流爐中并且在加熱狀態(tài)焊接，其中，在回流爐中形成具有500ppm氧濃度的氮?dú)猸h(huán)境，加熱狀態(tài)的峰值溫度為220℃，在200℃處的保留時(shí)間為60秒或更多。
然后，每個(gè)焊接的試驗(yàn)塊在室溫下冷卻。其后，用酒精清理/除去在每個(gè)試驗(yàn)塊的表面上剩余的焊劑。接著，測(cè)量在每個(gè)試驗(yàn)塊上的焊接劑的高度，且用下列公式(1)獲得每個(gè)擴(kuò)散比率S(％)。
S＝(D-H)/D×100(％)...(1)這里，H表示擴(kuò)散的焊接劑的高度(mm)，D表示印刷的焊接劑的體積的直徑(mm)，該焊接劑被認(rèn)為是一個(gè)球。
D＝1.24V1/3...(2)V＝印刷的焊接劑的質(zhì)量/比重...(3)這里，H和D的含義圖示在圖19中。
這些測(cè)量結(jié)果集中地表示在圖20的圖/曲線圖中的一個(gè)表中。圖20A是一個(gè)圖/表，它表示錫-鋅焊接劑在照片中的擴(kuò)散狀態(tài)和該擴(kuò)散比率S(％)的每個(gè)中心值。圖20B是一個(gè)示意圖，它表示包括偏移的擴(kuò)散比率S(％)。值得一提的是，在圖20中每個(gè)單元由單元符號(hào)表示。
具體地，利用對(duì)應(yīng)于在其上形成有銅凸臺(tái)和通孔的印刷線路板的100銅，錫-9鋅焊接劑的濕潤(rùn)擴(kuò)散比率為82.3％。相比之下，當(dāng)對(duì)應(yīng)于平整處理的印刷線路板的熔化電鍍處理是錫(100錫)時(shí)，該比率為90.9％。用錫-0.75銅焊接劑的濕潤(rùn)擴(kuò)散比率為91.4％，用錫-3銀-0.5銅的濕潤(rùn)擴(kuò)散比率為90.3％，用錫-3.5銀焊接劑的濕潤(rùn)擴(kuò)散比率為89.4％，而用錫-3.5銀-0.75銅焊接劑的濕潤(rùn)擴(kuò)散比率為89.3％。
從圖20B可看到，用更多含量的錫的平整處理，錫-鋅焊接劑的濕潤(rùn)擴(kuò)散效果成比例地改善。
進(jìn)一步，從該圖/表中可以得出如下結(jié)論平整處理由包含90％或更多重量百分比的錫的錫或富錫焊接劑進(jìn)行平整處理，并且可以獲得大約85％或更高的滿意的濕潤(rùn)擴(kuò)散比率。
(2)流動(dòng)焊接的評(píng)估接下來(lái)，印刷線路板的要焊接的凸臺(tái)和電鍍的通孔進(jìn)行不同的平整處理，其上形成有錫或富錫焊接劑層的印刷線路板被錫-9鋅焊接劑進(jìn)行流動(dòng)焊接，對(duì)焊接性能進(jìn)行評(píng)估。在焊接之時(shí)，焊接劑或噴射流的溫度低于220℃。
圖21為一個(gè)圖/表，表示由印刷線路板的錫-鋅焊接劑進(jìn)行的流動(dòng)焊接的結(jié)果，該印刷線路板受到各種不同的平整處理。圖21A為一個(gè)示意圖(單元符號(hào)被用來(lái)表示每個(gè)單元)，表示表中的焊接結(jié)果。圖21B為要焊接的部分的垂直截面圖，表示焊接性能的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。值得一提的是，圖21B中的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)是為插入在電鍍的通孔中的電子元件的引線端子而表示的，這在流動(dòng)焊接中是最困難的。
具體地，參見(jiàn)圖21，在印刷線路板中，在印刷線路板的要焊接的凸臺(tái)和電鍍的通孔上形成了錫(100錫)、錫-1.2銀-0.75銅焊接劑、錫-3銀-0.5銅焊接劑、錫-3.5銀-0.75銅焊接劑或錫-9鋅焊接劑的焊接劑層。而且，在該印刷線路板中，該銅凸臺(tái)或通孔鍍有鎳，并且該基礎(chǔ)鍍有黃金。而且，在銅印刷線路板中，該銅凸臺(tái)或通孔沒(méi)有被處理。對(duì)于各個(gè)板，使用錫-9鋅焊接劑的焊接性能被評(píng)估并且其結(jié)果被表示出來(lái)。
為了進(jìn)行評(píng)估，電子元件插入在通孔中并且被安裝，在電子元件的焊接引線端子上形成了錫-鋅焊接劑的焊劑層。電子元件插入在通孔中并且被安裝，其中，焊接引線端子鍍有鎳，襯底鍍有鈀，并且在焊接引線端子的表面上形成有鈀層。進(jìn)一步，所使用的電子元件為DIP集成電路。
在這種情況下，電子元件插入在通孔并且被安裝，該元件包括具有在其上面形成的錫-鋅焊接劑的焊劑層的焊接引線端子，且對(duì)此進(jìn)行評(píng)估，以將它與采用鉛的現(xiàn)有技術(shù)例子進(jìn)行比較。
接下來(lái)，將描述圖21B中所示的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。正如所示的，″○″表示滿意的焊接狀態(tài)，其中，焊接劑濕潤(rùn)通孔22，并且在印刷線路板20的上下表面的凸臺(tái)之上形成焊接劑劑帶。在印刷線路板的下表面的凸臺(tái)上形成焊接劑帶，并且這些焊接劑也濕潤(rùn)通孔。然而，這些焊接劑不能全部濕潤(rùn)印刷線路板上面的凸臺(tái)并且沒(méi)有形成劑帶。該狀態(tài)由″△″表示為稍微不夠的焊接狀態(tài)。在印刷線路板的下表面的凸臺(tái)上形成焊接劑帶，但是這些焊接劑沒(méi)有充分地濕潤(rùn)通孔。因此，這些焊接劑不能全部濕潤(rùn)印刷線路板上面的凸臺(tái)并且沒(méi)有形成劑帶。該狀態(tài)由″×″表示為該不夠的焊接狀態(tài)。
從圖21A的評(píng)估結(jié)果看，那些安裝在印刷線路板上的電子元件，其焊接引線端子具有在其上面形成的無(wú)鉛鈀層，在與鍍有鎳/黃金的印刷線路板或沒(méi)有被處理的印刷線路板進(jìn)行焊接時(shí)，其焊接狀態(tài)不夠理想。然而，在形成有錫層或富錫焊接劑的焊劑層的印刷線路板中，獲得了滿意的焊接狀態(tài)。
其焊接端子或引線端子的表面上形成有鈀或鈀合金層的電子元件(具體為包括引線框架的集成電路)通常被假定在無(wú)鉛焊接劑的濕潤(rùn)性方面次于包括錫-鉛焊接劑的焊劑層的電子元件。然而，按照本發(fā)明的流動(dòng)焊接方法，可以獲得滿意的焊接狀態(tài)。
當(dāng)在電子元件上形成有現(xiàn)有技術(shù)的錫-鋅焊接劑層時(shí)，在受到鎳/黃金電鍍處理的印刷線路板中，獲得了極高的濕潤(rùn)性和焊接性能。然而，可以看出在電子元件的焊接引線端子上形成有鈀層時(shí)，獲得了不夠充分的焊接狀態(tài)。
進(jìn)一步，錫-鋅焊接劑提升到230℃和250℃，以進(jìn)行流動(dòng)焊接，僅僅獲得了類似的評(píng)估結(jié)果。沒(méi)有看到焊接劑和噴射流在溫度上有較大的差值。
按此方式，預(yù)先在印刷線路板的要焊接的凸臺(tái)和電鍍的通孔上形成錫(100錫)或富錫(90％或更多重量百分比的錫)的無(wú)鉛焊接劑層。該電子元件安裝在印刷線路板上并且由錫-鋅焊接劑進(jìn)行流動(dòng)焊接，因此獲得了滿意的焊接性能。
具體地，當(dāng)該錫-鋅焊接劑用于進(jìn)行流動(dòng)焊接時(shí)，對(duì)與濕潤(rùn)性有關(guān)的印刷線路板的主要因數(shù)進(jìn)行控制。即使使用錫-鋅焊接劑，迄今認(rèn)為它在濕潤(rùn)性方面是不好的并且它還不是流動(dòng)焊接的目標(biāo)焊接劑，也有可能大量穩(wěn)定地生產(chǎn)具有極高的焊接質(zhì)量的印刷線路板。
另外，即使利用220℃低溫的焊接劑和噴射流，在要焊接的凸臺(tái)和電鍍的通孔中也獲得了滿意的濕潤(rùn)擴(kuò)散和濕潤(rùn)效果。與使用現(xiàn)有技術(shù)的錫-鉛焊接劑的流動(dòng)焊接過(guò)程中的溫度(大約240℃至250℃)或使用高熔點(diǎn)無(wú)鉛焊接劑的流動(dòng)焊接過(guò)程中的溫度(大約250C°至255℃)相比，該溫度要低許多。
結(jié)果，在焊接過(guò)程中施加到該電子元件上的熱應(yīng)力被減少，并且該電子元件的壽命比現(xiàn)有技術(shù)的錫-鉛焊接劑或高熔點(diǎn)無(wú)鉛焊接劑的壽命長(zhǎng)許多，其中，熱應(yīng)力是一個(gè)因數(shù)。只有該電子元件在其它因數(shù)方面的惡化可能會(huì)成問(wèn)題。
進(jìn)一步，眾所周知，即使與任何其它的無(wú)鉛焊接劑比較，錫-鋅焊接劑具有很強(qiáng)的韌性，并且具有適當(dāng)?shù)挠捕群蜆O高的伸張?zhí)匦?。因此，有可能保持牢固的連接狀態(tài)，以應(yīng)付周期應(yīng)力。因此，在具有大量熱或加速度周期應(yīng)力的裝置(例如汽車(chē))中使用，由于要焊接的部分的連接破損(分離)而出現(xiàn)的故障是非常少的，并且可以獲得非常好的可靠性。
(3)可以獲得持續(xù)性能的焊劑像平常一樣，為了對(duì)流動(dòng)焊接進(jìn)行評(píng)估，后期焊劑被噴霧/施加到印刷線路極上。除了樹(shù)膠松香之外，樹(shù)膠松香是現(xiàn)有技術(shù)的后期焊劑的樹(shù)脂成分，具有高熱阻抗的松香的丙烯酸加合物選擇性地用于該焊劑。進(jìn)一步，從確保持續(xù)提高濕潤(rùn)性的觀點(diǎn)看，包括肌氨酸組織的催化劑被選擇性地用于要混合的催化劑。松香丙烯酸加合物包括丙烯酸和松香的附加反應(yīng)物或進(jìn)一步受到氫化反應(yīng)的松香衍生物。松香的實(shí)例包括樹(shù)膠松香、木質(zhì)松香、以及包含樹(shù)脂酸類比如松香酸、parastrin酸、新松香酸、松脂酸、同松脂酸和脫水松香酸作為主要成分的高油松香。而且，包括肌氨酸組織結(jié)構(gòu)的催化劑的實(shí)例包括油性肌氨酸、十二烷基肌氨酸，以及棕櫚油脂肪酸肌氨酸。
而且，除了上述的特定構(gòu)成成分，也可使用在常規(guī)焊劑中使用的各種成分，比如樹(shù)脂、催化劑、溶劑、抗氧化劑、去光澤劑、以及其它添加物。
在常規(guī)焊劑中使用的樹(shù)脂成分的實(shí)例包括各種松香衍生物，比如樹(shù)膠松香、聚合松香、不成比例的松香、與氫化合的松香，以及合成樹(shù)脂，比如聚酰胺樹(shù)脂和松烯樹(shù)脂。
而且，常規(guī)焊劑中使用的催化劑的實(shí)例包括胺類氫鹵化物、有機(jī)酸、有機(jī)胺以及有機(jī)鹵化物。胺類氫鹵化物的具體實(shí)例包括二乙基胺氫氯化物和環(huán)乙基胺氫溴酸鹽。有機(jī)酸的具體實(shí)例包括脂肪酸、硬脂酸、以及安息香酸。有機(jī)胺的具體實(shí)例包括己基胺、二丁基胺和三乙基胺。有機(jī)鹵化物的具體實(shí)例包括2，3-二溴基-1-丙醇和2，3-二溴基-2-丁烯-1，4-二醇。另外，溶劑的實(shí)例包括異丙醇、醋醚和甲苯。
而且，抗氧化劑、去光劑以及而且添加物沒(méi)有特別地限定，可以適當(dāng)?shù)剡x擇并使用各種已知試劑。
接下來(lái)，下面將結(jié)合焊劑的實(shí)例來(lái)詳細(xì)地描述本發(fā)明。制備包括實(shí)例5至8和比較實(shí)例4至6的液態(tài)焊劑合成物，并且噴霧地施加到其上安裝電子元件的印刷線路板上，并且用上述的流動(dòng)焊接裝置對(duì)組件進(jìn)行焊接。
圖22A是一個(gè)示意圖/表，它表示使用各實(shí)例的評(píng)估結(jié)果。正如圖22B所示，評(píng)估結(jié)果○△×是用圖21B所示的相同的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估的。
(例子5)己二酸 1.0重量百分比(重量百分比)二丁基胺 1.0重量百分比環(huán)己胺氫溴酸鹽 0.2重量百分比油烯基肌氨酸 1.0重量百分比松香的丙烯酸加合物 7.0重量百分比氫生松香 7.0重量百分比異丙醇 82.8重量百分比。(例子6)癸二酸 1.0重量百分比2，3-二溴基-1-丙醇 0.5重量百分比二乙胺氫氯化物 0.2重量百分比月桂酰肌氨酸 1.0重量百分比松香的丙烯酸加合物 10.0重量百分比松香 5.0重量百分比異丙醇 82.3重量百分比(例子7)辛基酸 1.0重量百分比苯甲酸 1.0重量百分比Diphyenylguanidine氫溴酸鹽 0.2重量百分比棕櫚油脂肪酸肌氨酸 1.0重量百分比松香的丙烯酸加合物 20.0重量百分比異丙醇 77.8重量百分比(例子8)戊二酸 1.0重量百分比2，3-二溴基-1-丙醇 0.5重量百分比環(huán)己胺氫溴酸鹽 0.2重量百分比油烯基肌氨酸 1.0重量百分比松香的丙烯酸加合物 7.0重量百分比不成比例的松香 7.0重量百分比異丙醇 83.3重量百分比(比較例4)己二酸 1.0重量百分比二丁基胺 1.0重量百分比環(huán)己胺氫溴酸鹽 0.2重量百分比膠體松香 15.0重量百分比異丙醇 82.8重量百分比(比較例5)癸二酸 1.0重量百分比2，3-二溴基-1-丙醇 0.5重量百分比二乙胺氫氯化物 0.2重量百分比月桂酰肌氨酸 1.0重量百分比膠體松香 15.0重量百分比異丙醇 82.3重量百分比(比較例6)辛基酸 1.0重量百分比苯甲酸 1.0重量百分比Diphyenylguanidine氫溴酸鹽 0.2重量百分比松香的丙烯酸加合物 10.0重量百分比氫生松香 10.0重量百分比異丙醇 77.8重量百分比正如圖22的評(píng)估結(jié)果所示，在實(shí)例5、6、7、8中獲得了滿意的焊接性能。
按此方式，用本實(shí)施例的焊劑混合物，可持續(xù)地獲得焊劑的性能，比如在印刷線路板與錫-鋅焊接劑的噴射流接觸中濕潤(rùn)性的提高，在本實(shí)施例中，焊劑混合物的熱陽(yáng)抗是極高的，并且濕潤(rùn)性提高。當(dāng)錫-鋅焊接劑全部濕潤(rùn)要焊接的凸臺(tái)時(shí)，或錫-鋅焊接劑濕潤(rùn)電鍍的通孔時(shí)，可獲得較好的性能。
按照本發(fā)明的第一方面的焊接方法，有可能進(jìn)行焊接/安裝，而不會(huì)產(chǎn)生浮脫。為了將在其焊接引線端子上包括鈀或鈀合金層的電子元件焊接到印刷線路板上，有可能取得這樣的印刷線路板，其焊接濕潤(rùn)性極高，其機(jī)械連接是牢固的，其電連接是滿意的，并且具有高的焊接可靠性。
而且，按照本發(fā)明的第一方面的焊合元件，有可能建立所謂的無(wú)鉛半導(dǎo)體元件的高可靠性性能，以及在將該半導(dǎo)體元件焊接/安裝到印刷線路板過(guò)程中的高可靠性性能，該半導(dǎo)體元件使用引線框架，在其上面形成有鈀或鈀合金層并且不使用鉛。
因此，在從包裝該半導(dǎo)體元件到焊接/安裝該半導(dǎo)體元件到印刷線路板上的所有步驟中，都可獲得高可靠性。結(jié)果，可以獲得很高可靠性的電子元件。
根據(jù)本發(fā)明第二方面，在流動(dòng)焊接過(guò)程中出現(xiàn)凸臺(tái)脫皮現(xiàn)象的電子元件或無(wú)鉛焊接劑(錫-鉛焊接劑電鍍和基于錫-銀-銅的無(wú)鉛焊接劑)用于回流焊接該印刷線路板。其后，與回流焊接表面相反的表面在220℃至230℃的受控溫度范圍內(nèi)利用錫-9鋅焊接劑進(jìn)行流動(dòng)焊接。因此，有可能保持回流焊接部分的溫度為178℃或更低，這是錫-銀-鉛三質(zhì)共熔合金的熔點(diǎn)，并且在流動(dòng)焊接過(guò)程中避免了凸臺(tái)脫皮現(xiàn)象的出現(xiàn)。
而且，由于該焊接劑沒(méi)有包含鉍，焊接強(qiáng)度是牢固的，并且可以達(dá)到強(qiáng)有力克服周期應(yīng)力的焊接。
另外，使用由錫-鋅焊接劑進(jìn)行HAL處理的印刷線路板，盡管用于流動(dòng)焊接的錫-9鋅焊接劑的溫度是低的，錫-9鋅焊接劑迅速地濕潤(rùn)整個(gè)電鍍的通孔和連接凸臺(tái)，并且可以取得安全滿意的焊接，即使是在通孔中。
另外，使用了與容易氧化的錫-鋅焊接劑匹配的的焊劑，因此可以進(jìn)行具有極高焊接濕潤(rùn)性的焊接。
結(jié)果，使用無(wú)鉛焊接劑引起的凸臺(tái)脫皮現(xiàn)象被確切地消除了，并且有可能以極高的焊接質(zhì)量和可靠性來(lái)焊接/安裝該印刷線路板。
按照本發(fā)明的第三方面的流動(dòng)焊接方法，在利用錫-鋅焊接劑的流動(dòng)焊接操作中，影響該焊接質(zhì)量的主要因數(shù)被控制。具體地，印刷線路板中的主要因數(shù)被控制?？梢垣@得錫-鋅焊接劑的滿意的濕潤(rùn)擴(kuò)散和濕潤(rùn)效果。為了利用錫-鋅焊接劑將大量的不同的電子組件焊接/安裝到印刷線路板上，每個(gè)要焊接的部分可以在優(yōu)秀的焊接狀態(tài)下進(jìn)行均勻且穩(wěn)定的焊接。
另外，有可能利用具有220℃低溫的焊接劑來(lái)執(zhí)行流動(dòng)焊接，并且有可能延長(zhǎng)安裝在該印刷線路板上的電子元件的壽命以及安裝在印刷線路板上的電子裝置的壽命。
因此，有可能實(shí)現(xiàn)這樣的電子裝置，它強(qiáng)有力地克服循環(huán)應(yīng)力并且其壽命長(zhǎng)即可靠性高。另外，由于鋅是便宜的，該裝置的生產(chǎn)制造成本比其它無(wú)鉛焊接劑的成本低。
雖然本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合幾種實(shí)施例被公開(kāi)了，本專業(yè)中的技術(shù)人員將本發(fā)明換成其它實(shí)施方式是很容易的。
權(quán)利要求
1.一種焊接電子元件的方法，所述電子元件包括在其表面上形成的鈀或鈀合金層并且包括一個(gè)插入到印刷線路板上的焊接引線端子，所述印刷線路板包括焊接凸臺(tái)和電鍍的通孔，所述方法包括以下步驟用HAL處理在凸臺(tái)和通孔表面上形成包含錫和鋅為主要成分的焊接劑層；將所述引線端子插入并且安裝在所述通孔中；以及通過(guò)將印刷線路板與包含錫和鋅為主要成分的焊接劑的噴射流進(jìn)行接觸，將焊接劑供給到所述凸臺(tái)和通孔。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，通過(guò)將印刷線路板與焊接劑的噴射流接觸，在焊接劑經(jīng)由通孔直到凸臺(tái)的上表面進(jìn)行濕潤(rùn)的同時(shí)，允許所述焊接劑濕潤(rùn)引線端子。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在將引線端子焊接到焊接劑時(shí)所用的焊劑包括松香的丙烯酸加合物和包括肌氨酸組織的催化劑。
4.一種將電子元件焊接到印刷線路板上的方法，所述電子元件包括電鍍的焊接引線端子，所述印刷線路板具有焊接的通孔，所述方法包括以下步驟用HAL處理在通孔的表面上形成包含錫和鋅為主要成分的焊接劑層；將所述引線端子插入并且安裝在所述通孔中；將印刷線路板與包含錫和鋅為主要成分的焊接劑的噴射流接觸；以及將焊接劑供給到通孔，以減少或避免浮脫。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于，通過(guò)將印刷線路板與焊接劑的噴射流接觸，在焊接劑經(jīng)由通孔向上進(jìn)行濕潤(rùn)的同時(shí)，允許所述焊接劑濕潤(rùn)引線端子。
6.按照權(quán)利要求4的方法，其特征在于，在將引線端子焊接到焊接劑時(shí)所用的焊劑包括松香的丙烯酸加合物和包括肌氨酸組織的催化劑。
7.一種焊合部件，用于將半導(dǎo)體元件焊接到印刷線路板上，其特征在于，半導(dǎo)體元件包括通過(guò)在所述半導(dǎo)體元件的表面形成鈀或鈀合金層獲得的焊接引線端子；所述印刷線路板包括由銅制成的焊接凸臺(tái)或焊接通孔；以及所述半導(dǎo)體元件經(jīng)由包括錫和鋅為主要成分的焊接劑層而被連接到所述凸臺(tái)或通孔。
8.按照權(quán)利要求7的焊合部件，其特征在于，所述半導(dǎo)體元件包括引線框架。
9.按照權(quán)利要求7的焊合部件，其特征在于，在將引線端子焊接到焊接劑時(shí)所用的焊劑包括松香的丙烯酸加合物和包括肌氨酸組織的催化劑。
10.一種焊合部件，用于將電子元件焊接到印刷線路板上，其特征在于，所述電子元件包經(jīng)過(guò)電鍍的焊接導(dǎo)線端子；所述印刷線路板包括焊接通孔，所述焊接通孔包括在其表面上用HAL處理形成的、包含錫和鋅為主要成分的第一焊接劑層；所述引線端子插入在所述通孔中并且被安裝；通過(guò)將所述印刷線路板與包含錫和鋅為主要成分的焊接劑的噴射流接觸，形成主要包含錫和鋅為主要成分的第二焊接劑層；以及所述電子元件經(jīng)由所述第二焊接劑層連接到所述通孔。
11.按照權(quán)利要求10的焊合部件，其特征在于，通過(guò)第二焊接劑層執(zhí)行連接，以減少或避免浮脫。
12.按照權(quán)利要求10的焊合部件，其特征在于，在將引線端子焊接到焊接劑時(shí)所用的焊劑包括松香的丙烯酸加合物和包括肌氨酸組織的催化劑。
13.一種焊接印刷線路板的方法，所述印刷線路板在相反表面上包括要焊接的部分，所述方法包括以下步驟用至少包含錫、銀和銅的無(wú)鉛焊接劑將電子元件回流焊接到所述印刷線路板的一個(gè)表面上；以及隨后，通過(guò)錫-9鋅焊接劑在220℃至230℃的溫度范圍內(nèi)控制在所述印刷線路板的另一表面上形成的要焊接的部分的焊接；以及將回流焊接的要焊接的部分的溫度保持在178℃或更低，以執(zhí)行流動(dòng)焊接。
14.按照權(quán)利要求13的方法，其特征在于，所述電子元件包括涂敷有錫-鋅焊接劑的焊接端子。
15.按照權(quán)利要求13的方法，其特征在于，其進(jìn)一步包括在所述印刷線路板中形成電鍍通孔；以及用錫-鋅焊接劑對(duì)所述印刷線路板進(jìn)行HAL處理。
16.按照權(quán)利要求13的方法，其特征在于，在流動(dòng)焊接中所用的焊劑包含松香的丙烯酸加合物和包括肌氨酸組織的催化劑。
17.按照權(quán)利要求13的方法，其特征在于，所述焊接劑不包含鉍。
18.一種焊接印刷線路板的方法，所述印刷線路板在相反表面上包括要焊接的部分，所述方法包括以下步驟用至少包含錫、銀和銅的無(wú)鉛焊接劑將電子元件回流焊接到所述印刷線路板的一個(gè)表面上；隨后，用錫-9鋅焊接劑對(duì)在所述印刷線路板的另一表面上形成的要焊接的部分進(jìn)行流動(dòng)焊接；以及執(zhí)行所述流動(dòng)焊接，因此回流焊接部分的溫度不會(huì)超過(guò)錫-銀-鉛的三質(zhì)共熔合金的熔點(diǎn)。
19.按照權(quán)利要求18的方法，其特征在于，所述電子元件包括涂敷有錫-鋅焊接劑的焊接端子。
20.按照權(quán)利要求18的焊接方法，其特征在于，其進(jìn)一步包括在所述印刷線路板中形成電鍍通孔；以及用錫-鋅焊接劑對(duì)所述印刷線路板進(jìn)行HAL處理。
21.按照權(quán)利要求18的方法，其特征在于，在流動(dòng)焊接中所用的焊劑包含松香的丙烯酸加合物和包括肌氨酸組織的催化劑。
22.按照權(quán)利要求18的方法，其特征在于，所述焊接劑不包含鉍。
23.一種流動(dòng)焊接方法，用于將其上安裝電子元件的印刷線路板與包括錫和鋅為主要成分的焊接劑噴射流接觸，以執(zhí)行焊接，所述方法包括以下步驟預(yù)先在所述印刷線路板的要焊接的凸臺(tái)和電鍍通孔的表面上形成一個(gè)富錫且包含錫、銀和銅為主要成分的但不包含鉍和鉛的焊接劑層，一個(gè)包含錫和銀為主要成分的焊接劑層，或包含錫和銅為主要成分的焊接劑層，其中錫的含量在90％重量百分比或以上，或者一個(gè)錫層；安裝所述電子元件；以及將所述印刷線路板與包含錫和鋅為主要成分的所述焊接劑噴射流接觸，以焊接所述印刷線路板。
24.按照權(quán)利要求23的流動(dòng)焊接方法，其特征在于，在要被安裝在所述印刷線路板上的所述電子元件的焊接端子的表面上形成一個(gè)鈀或鈀合金層。
25.按照權(quán)利要求23的流動(dòng)焊接方法，其特征在于，安裝在所述印刷線路板上的所述電子元件包括一個(gè)引線端子；在所述引線端子的表面上形成一個(gè)鈀或鈀合金層；以及所述引線端子插入并且安裝在電鍍通孔中。
26.按照權(quán)利要求23的流動(dòng)焊接方法，其特征在于，包含錫和鋅為主要成分的焊接劑的噴射流的溫度落在220℃至250℃范圍之內(nèi)。
27.按照權(quán)利要求23的流動(dòng)焊接方法，其特征在于，在流動(dòng)焊接中所用的焊劑包含松香的丙烯酸加合物和包括肌氨酸組織的催化劑。
全文摘要
一種焊接電子元件的焊接方法，該電子元件包括在其表面上形成的鈀或鈀合金層并且包括一個(gè)插入到印刷線路板上的焊接引線端子，印刷線路板包括焊接凸臺(tái)和電鍍的通孔，在凸臺(tái)和通孔的表面上用HAL處理形成包含錫和鋅為主要成分的焊接劑層。引線端子插入并且安裝在通孔中。印刷線路板接觸到包含錫和鋅為主要成分的焊接劑噴射流，因此將焊接劑供給到凸臺(tái)和通孔。
文檔編號(hào)B23K3/06GK1447638SQ0312005
公開(kāi)日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2003年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月11日
發(fā)明者田邊一彥, 寺田博昭, 杉浦正洋, 水谷哲治, 今村桂一郎, 田中俊 申請(qǐng)人:日本電氣英富醍株式會(huì)社, 富山Nec凸版電子基板株式會(huì)社, 錫銀工業(yè)有限公司, 株式會(huì)社丸矢制作所, 日本電熱計(jì)器株式會(huì)社