專利名稱：電路板的電子元件焊接方法及其電路板結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電子元件的焊接手段，尤其涉及一種電路板的電子元件焊接方法 及其電路板結構。
背景技術：
目前波焊工藝(wave solder process)主要是將高溫液態(tài)的焊錫(solder)填充 于印刷電路板上的電鍍穿孔(plated through hole,PTH)之中，使得穿設在電鍍穿孔(PTH) 內(nèi)的電子元件的接腳(Pin)與印刷電路板相互結合，而達到將電子元件固設在電路板并且 電性導通的目的。一般波焊工藝大致是利用一擾流波(turbulent wave)將一高溫液態(tài)焊錫從印刷 電路板下表面朝上射入至電鍍穿孔內(nèi)，使得焊錫將電鍍穿孔填滿，并包覆電子元件的接腳 后形成焊點。之后，再利用一平流波(laminar wave)將印刷電路板下表面處的多余焊錫洗 除，以此避免電子元件的各接腳間的短路，進而將電子元件固接在電路板上。再者，一般波焊工藝所采用的焊錫，可分為含鉛焊錫及無鉛焊錫。其中，含鉛焊錫 具有較低熔點(約183°C )及較高表面張力的特性，故，以擾流波來將焊錫射入印刷電路板 的電鍍穿孔中時，使得含鉛焊錫在印刷電路板的下表面較不易凝結，也會輕易地填充于整 個電鍍穿孔中。然而，為適應環(huán)保需求，目前的焊錫通常都不含有鉛的成份。在焊錫中不含鉛的情 形下，其無鉛焊錫的熔點會較高(約217 219°C )，因而，會在波焊工藝中造成一些問題。舉例來說，一般的波焊裝置主要是由一傳送帶、一錫槽、一第一加熱器以及一第二 加熱器所構成。傳送帶是用來傳送印刷電路板。錫槽是設置于傳送帶的下方，并且錫槽內(nèi) 填有已熔融的高溫液態(tài)的無鉛焊錫。此外，錫槽包括有一擾流噴嘴(turbulent nozzle)以 及一平流噴嘴(laminar nozzle)。第一加熱器及第二加熱器是設置于錫槽的旁側，并且是 分別設置于傳送帶的上方及下方。當印刷電路板由傳送帶朝向錫槽傳送時，印刷電路板會先受到第一加熱器及第二 加熱器的加熱而預先在其上表面及下表面處分別具有一預定溫度。當印刷電路板被傳送至 錫槽的上方時，擾流噴嘴會將錫槽中的液態(tài)無鉛焊錫向上射入含有電子元件接腳的電鍍穿 孔中。接著，平流噴嘴會將錫槽中的液態(tài)無鉛焊錫射至印刷電路板的下表面，以將印刷電路 板的下表面上多余的無鉛焊錫洗除。然而，由于無鉛焊錫的熔點(凝固點)較高，故在擾流噴嘴將高溫液態(tài)的無鉛焊錫 向上射入印刷電路板的電鍍穿孔后，容易因為印刷電路板進行預熱處理時的受熱無法獲得 平均，或是印刷電路板的厚度影響，而導致印刷電路板的電鍍穿孔靠近其上表面的位置未 能達到焊接溫度，造成電鍍穿孔的上、下表面的溫度分布不均勻。如此一來，使得液態(tài)無鉛焊錫容易在未完全向上填滿整個電鍍穿孔前就已經(jīng)凝 固，造成電子元件的接腳與電鍍穿孔之間產(chǎn)生焊接缺陷，因而，不符合IPC國際檢驗規(guī)范中 透孔焊錫填充率(through hole solder fill)的規(guī)定(即焊錫需填充電鍍穿孔75%以上)。同時，多余的無鉛焊錫會大量凝結在電子元件接腳的下方。當電鍍穿孔被傳送至 平流噴嘴上方時，因為擾流噴嘴與平流噴嘴之間的移動距離過大，使得印刷電路板下表面 的溫度早已降得很低，再加上無鉛焊錫的熔點(凝固點)較高及表面張力較小等因素，故， 經(jīng)由平流噴嘴所射出的液態(tài)無鉛焊錫不但無法將多余的無鉛焊錫洗除，而且還會因為印刷 電路板的下表面的低溫而再次凝固在印刷電路板的下表面，進而造成電子元件的各接腳間 的短路現(xiàn)象。此外，在上述填入無鉛焊錫的過程中，很容易使得無鉛焊錫的熱量自電鍍穿孔朝 電路板的外側方向逸散，使得熱能無法集中在電鍍穿孔內(nèi)，而容易導致焊錫凝固太快，造成 焊錫無法完全填滿于電鍍穿孔之中，進而產(chǎn)生電性接觸不良的情況發(fā)生。因此，導致印刷電路板在生產(chǎn)制造上必須對這些存在焊接缺陷的電路板再次進行 重工作業(yè)，相對的，會大幅增加電路板整體的生產(chǎn)制作成本以及耗費不必要的重工時間。 故，要如何確保焊錫可以完全地填充在印刷電路板的電鍍穿孔中，以提升印刷電路板與電 子元件的焊接良率，即為從事此行業(yè)者所亟欲改善的課題?，F(xiàn)有技術的無鉛焊錫因熔點高，再加上電路板在預熱處理時的受熱無法獲得平 均，或是電路板的厚度影響，而導致電路板的電鍍穿孔靠近其上表面的位置未能達到焊接 溫度，造成在未填滿電鍍穿孔之前就已經(jīng)凝固的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種電路板的電子元件焊接方法及其電路板結構，以 解決現(xiàn)有技術無鉛焊錫在未填滿電鍍穿孔之前就已經(jīng)凝固的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所揭露電路板的電子元件焊接方法，包括以下的步驟提 供一電路板，其電路板具有多數(shù)線路層，并且電路板上開設有至少一焊接孔及至少一集熱 孔，焊接孔與線路層構成電性導通，而集熱孔則開設在焊接孔的周圍位置并且形成一集熱 區(qū)域，且集熱孔與多數(shù)線路層構成非電性導通。接著，設置至少一電子元件在電路板上，并 且電子元件的接腳穿設在電路板的焊接孔內(nèi)。對電路板執(zhí)行一焊接工藝，令一焊錫進入焊 接孔內(nèi)，并通過集熱孔保持焊錫的熱量在集熱區(qū)域之中，以使位于焊接孔內(nèi)的電子元件的 接腳與焊錫相結合。而且，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所揭露的電路板結構，通過一焊錫與至少一電子元 件的至少一接腳相互焊接。電路板結構包括有一板體、至少一焊接孔及至少一集熱孔。其 中，板體具有相互堆棧的多數(shù)個線路層，焊接孔貫穿于板體，并與多數(shù)線路層構成電性導通 的關系，而電子元件的接腳穿設在焊接孔內(nèi)。集熱孔設置在焊接孔周圍并形成一集熱區(qū)域， 且集熱孔與多數(shù)線路層構成非電性導通的關系。于焊錫設置在焊接孔內(nèi)時，可通過集熱孔 將焊錫的熱量保持在集熱區(qū)域之中，以使電子元件的接腳與焊錫相結合。本發(fā)明的功效在于，在焊接孔的周圍位置開設有至少一貫穿或非貫穿的集熱孔， 并且通過這些集熱孔環(huán)繞在焊接孔處而形成一集熱區(qū)域，于焊錫填入焊接孔時，可通過集 熱孔將焊錫的熱量保持在集熱區(qū)域之中，使得焊接孔內(nèi)保持在穩(wěn)定的熱量，以確保焊接孔 填滿焊錫并與電子元件的接腳相結合。有關本發(fā)明的特征、實作與功效，茲配合圖示作最佳實施例詳細說明如下。


圖1為根據(jù)本發(fā)明一實施例的制作流程示意圖；圖2A至圖2C為根據(jù)本發(fā)明一實施例的步驟流程示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明一實施例的俯視示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的剖面示意圖；以及圖5為根據(jù)本發(fā)明再一實施例的剖面示意圖。其中，附圖標記10 板體11 上表面12 下表面13 線路層14 接地層15 焊接孔16:集熱孔20 焊錫30 接腳
具體實施例方式請參閱圖1及圖2A至圖2C所示的示意圖，分別為本發(fā)明一實施例的制作流程示 意圖及步驟流程示意圖。如圖1及圖2A所示，首先提供一電路板，并于電路板上開設有至少一焊接孔15及 至少一集熱孔16，并使集熱孔16開設在焊接孔15的周圍位置而形成一集熱區(qū)域A (步驟 100)。其電路板具有一板體10，并于板體10的相對二側分別設有一上表面11及一下表 面12，在板體10上、下表面11、12之間的結構中分別設有相互堆棧的多數(shù)個線路層13及至 少一接地層14。而前述的線路層13由多數(shù)電源線路所構成，此為現(xiàn)有技術，故不再贅述。再者，將至少一焊接孔15貫穿于板體10的上、下表面11、12，并且在焊接孔15周 圍開設有至少一集熱孔16。此外，更可以在板體10上形成有多數(shù)個集熱孔16，并使多數(shù)個 集熱孔16以幾何排列的方式，將這些集熱孔16分別環(huán)繞在焊接孔15周圍，通過集熱孔16 在焊接孔15處周圍形成一集熱區(qū)域A(如圖3所標示的編號A)。再者，焊接孔15分別與線路層13及接地層14構成一電性導通結構。另外，集熱 孔16僅與接地層14構成電性導通的關系，而與線路層13則構成非電性導通的關系。此外，在本發(fā)明的實施例中，集熱孔16為一貫穿孔，但并不以此為限。另外，所指 的焊接孔15可以是一電鍍穿孔(plated through hole，PTH)。是在焊接孔15的內(nèi)表面設 置有一金屬鍍層(圖未示)，并使金屬鍍層與線路層13及接地層14構成電性導通，此僅為 一較佳實施例的說明，并不以此為限。再者，板體10開設集熱孔16時，是將集熱孔16排列在焊接孔15周圍。詳言之， 上述集熱孔16是以幾何排列的形狀環(huán)繞在焊接孔15周圍，而所指的幾何形狀可為圓形排列、三角形排列、矩形排列或是多邊形排列。而在本發(fā)明的實施例中，是將多數(shù)個集熱孔16 以圓形排列的方式環(huán)繞在焊接孔15周圍(如圖3所示)，并且集熱孔16的圓形排列方式僅 為一較佳實施例說明，并不以此為限。而集熱孔16環(huán)繞在焊接孔15周圍的結構設計，主要使得高溫液態(tài)的焊錫(圖未 示)所產(chǎn)生的熱量(熱氣)分別集中在多數(shù)集熱孔16處，并且通過多數(shù)集熱孔16的環(huán)繞 形狀，而在板體10上形成一集熱區(qū)域A。如圖1及圖2B所示，設置至少一電子元件在電路板上，電子元件具有至少一接腳 30，且接腳30穿設于電路板的焊接孔15內(nèi)(步驟110)。對電路板執(zhí)行一焊接工藝，使得一 焊錫20進入焊接孔15內(nèi)，通過集熱孔16保持焊錫20的熱量在集熱區(qū)域A中，以使焊接孔 15透過焊錫20與接腳30相結合(步驟120)。是以，先對電路板進行一預熱處理，使得熱氣流通過焊接孔15及環(huán)設于焊接孔15 周圍的多數(shù)個集熱孔16，并且使焊接孔15及集熱孔16受熱平均，進而讓每一個焊接孔15 與集熱孔16都能達到足以使焊錫填充的溫度，例如為230°C (攝氏溫度)、260°C或280°C 等，但上述電路板的預熱處理溫度并不以此為限。接著，再以一波焊工藝(wave solder process)將熔融的焊錫20在馬達幫浦驅動 下，向上揚起一擾流波(turbulent wave)，并由下向上的壓迫使焊錫20進入板體10下表面 的焊接孔15內(nèi)。此外，更進一步將集熱孔16的孔徑設計成比焊接孔15的孔徑還要小，如此一來， 可使得集熱孔16通過虹吸作用(siphon action)，讓高溫液態(tài)的焊錫20進入集熱孔16內(nèi) 部，或是焊錫20所夾帶的熱氣進入集熱孔16內(nèi)部。換句話說，在本實施例中，其多數(shù)個集 熱孔16可分別提供焊錫20進入，或者是將焊錫20所夾帶的熱氣進入集熱孔16內(nèi)。而集 熱孔16的孔徑設計成小于焊接孔15的孔徑，即可使得集熱孔16內(nèi)的焊錫20上升流動速 度比焊接孔15內(nèi)的焊錫20上升流動速度還要快，以確保焊錫20的熱量預先進入各個集熱 孔16內(nèi)，通過這些集熱孔16將焊錫20的熱量維持在集熱區(qū)域A中。是以，通過高溫液態(tài)的焊錫20同時填入焊接孔15及集熱孔16內(nèi)，讓孔徑較小的 集熱孔16驅動焊錫20快速上升，相較于孔徑較大的焊接孔15而言，焊錫20在焊接孔15 的上升速度則較為緩慢。舉例來說，板體10的焊接孔15的孔徑較大，而容易使得焊錫20在焊接孔15內(nèi)爬 升緩慢。再加上一般無鉛焊錫的熔點大約在220°C左右，容易受到板體10上表面11的低溫 影響(可能是電路板進行預熱處理時的受熱無法獲得平均，或者是電路板因厚度影響而導 致焊接孔的上表面位置未能達到焊接溫度等因素)，而導致焊錫20在焊接孔15內(nèi)爬升到中 途時，遇低溫而凝固，造成焊錫20在焊接孔15內(nèi)的填充率無法達到標準(即焊錫需在焊接 孔內(nèi)填充75%以上)，進而導致電子元件的接腳30在焊接孔15內(nèi)產(chǎn)生焊接缺陷或焊錫較 少等不良現(xiàn)象。是以，根據(jù)本發(fā)明電子元件焊接方法及其電路板結構，可以通過孔徑較小的集熱 孔16讓焊錫20快速爬升，并以焊錫20所產(chǎn)生的熱量預先填滿集熱孔16。在此同時，集熱 孔16內(nèi)的焊錫20在爬升時，可以先對焊接孔15提供一預熱溫度，使得焊接孔15內(nèi)的溫度 繼續(xù)保持與焊錫20相接近的溫度，尤其是可以解決焊接孔15靠近于板體10上表面11的 低溫問題。使得焊接孔15內(nèi)的焊錫20可以通過此預熱溫度繼續(xù)向上爬升，以確保焊錫20填滿在焊接孔15內(nèi)部，并將焊接孔15內(nèi)的電子元件的接腳30包覆。特別值得注意的是，焊接孔15周圍環(huán)繞設置有多數(shù)集熱孔16，可以通過多數(shù)集熱 孔16而將焊錫20的熱量保持在集熱區(qū)域A中。通過此集熱區(qū)域A可使得焊接孔15處于 在一直處于穩(wěn)定的高溫焊接狀態(tài)中，以避免焊接孔15內(nèi)的焊錫20于中途爬升時凝固。待焊錫20冷卻固化后，電子元件的接腳30即可通過焊錫20與焊接孔15相互接 合固定，而使電子元件固著于板體10上，以完成電子元件的接腳30焊接作業(yè)。此外，當焊錫20填滿焊接孔15后，其板體10的多數(shù)線路層13及接地層14與凝 固的焊錫20構成一電性導通狀態(tài)，并通過焊錫20再與電子元件的接腳30形成電性連接， 使得電子元件通過接腳30將信號傳輸至線路層13或接地層14。而集熱孔16內(nèi)所凝固的 焊錫20則是與接地層14構成一電性接觸狀態(tài)，且集熱孔16遠離線路層13的線路，所以集 熱孔16并不會與線路層13的線路構成電性導通，以避免集熱孔16的設置而造成板體10 內(nèi)部的線路層13短路。請參閱圖4所示的示意圖。為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的剖面示意圖，其具體實施 方式與前述的實施例大致相同，以下僅就相異之處加以說明。在上述實施例之中，集熱孔16 是以通孔的方式貫穿板體10的上、下表面11、12。而在本實施例中，則是將集熱孔16以盲 孔結構設計，開設在板體10的下表面12，并使集熱孔16不貫穿板體10的上表面11。如此 一來，同樣可通過具備盲孔結構的集熱孔16在焊接孔15周圍環(huán)繞，以此在焊接孔15處形 成集熱區(qū)域A(如圖3所標示的編號A)。請參閱圖5所示的示意圖。為根據(jù)本發(fā)明再一實施例的剖面示意圖，其具體實施 方式與前述的實施例大致相同，以下僅就相異之處加以說明。在本實施例中，集熱孔16以 埋孔的結構設置在板體10中間，換句話說，在板體10的中空部位構成有集熱孔16，并使集 熱孔16分別不貫穿板體10的上、下表面11、12。如此一來，即可通過具埋孔結構的集熱孔 16在焊接孔15周圍環(huán)繞，以此在焊接孔15處形成集熱區(qū)域A(如圖3所標示的編號A)。另外，通過埋孔結構的集熱孔16設計，當焊錫20進入焊接孔15時，可使得焊錫20 所產(chǎn)生的熱量(即熱氣)預先滲入具埋孔結構的集熱孔16內(nèi)部，并通過集熱孔16將焊錫 的熱量(即熱氣)保持在集熱區(qū)域A中，以確保焊接孔15在集熱區(qū)域A中處于一穩(wěn)定的高 溫焊接狀態(tài)中，進而避免焊接孔15內(nèi)的焊錫20于中途爬升時凝固。根據(jù)本發(fā)明的電路板的電子元件焊接方法及其電路板結構，其功效在于將至少一 集熱孔以貫穿方式或非貫穿方式設置在電路板上，并且使這些集熱孔分別環(huán)繞在焊接孔周 圍，通過這些環(huán)繞的集熱孔可在焊接孔處形成集熱區(qū)域。于焊錫填入焊接孔時，可通過這些 集熱孔將焊錫的熱量保持在集熱區(qū)域之中，以此通過集熱區(qū)域而使得焊接孔內(nèi)部可以保持 在一穩(wěn)定的熱量，以確保焊錫填滿焊接孔，并且使焊錫與焊接孔內(nèi)的電子元件接腳相結合。當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，熟 悉本領域的技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變 形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
權利要求
一種電路板的電子元件焊接方法，其特征在于，包括以下步驟提供一電路板，該電路板具有多數(shù)個線路層，且該電路板開設有至少一焊接孔及至少一集熱孔，該焊接孔與該些線路層構成電性導通，該集熱孔開設在該焊接孔的周圍位置并且形成一集熱區(qū)域，且該集熱孔與該些線路層構成非電性導通；設置至少一電子元件在該電路板上，并令該電子元件的至少一接腳穿設于該電路板的該焊接孔內(nèi)；以及對該電路板執(zhí)行一焊接工藝，以令一焊錫進入該焊接孔內(nèi)，并且通過該集熱孔保持該焊錫的熱量于該集熱區(qū)域中，以使位于該焊接孔內(nèi)的該電子元件的該接腳與該焊錫相結合。
2.根據(jù)權利要求1所述的電路板的電子元件焊接方法，其特征在于，形成該集熱孔在 該焊接孔周圍的步驟更包括形成多數(shù)個該集熱孔，該些集熱孔以幾何排列的方式環(huán)繞在 該焊接孔周圍。
3.根據(jù)權利要求1所述的電路板的電子元件焊接方法，其特征在于，提供該焊接工藝 為一波焊工藝。
4.根據(jù)權利要求1所述的電路板的電子元件焊接方法，其特征在于，開設該集熱孔在 該電路板的步驟更包括以貫穿方式或非貫穿方式在該電路板上形成該集熱孔。
5. 一種電路板結構，通過一焊錫與至少一電子元件的至少一接腳相互焊接，其特征在 于，該電路板結構包括有一板體，該板體具有相互堆棧的多數(shù)個線路層；至少一焊接孔，貫穿于該板體，并與該些線路層構成電性導通，該電子元件的該接腳穿 設在該焊接孔內(nèi)；以及至少一集熱孔，設置在該焊接孔周圍并構成一集熱區(qū)域，該集熱孔與該些線路層構成 非電性導通；其中，該焊錫設置于該焊接孔內(nèi)，且該焊錫的熱量通過該集熱孔而保持于該集熱區(qū)域 中，以使該電子元件的該接腳與該焊錫相結合。
6.根據(jù)權利要求5所述的電路板結構，其特征在于，該集熱孔為一通孔，并貫穿該板體。
7.根據(jù)權利要求5所述的電路板結構，其特征在于，該集熱孔為一盲孔，并開設在該板 體的一側面上。
8.根據(jù)權利要求5所述的電路板結構，其特征在于，該集熱孔為一埋孔，并設置在該板 體的內(nèi)部。
9.根據(jù)權利要求5所述的電路板結構，其特征在于，該焊接孔還具有一金屬鍍層，該金 屬鍍層設置在該焊接孔的內(nèi)表面，與該些線路層構成電性導通。
10.根據(jù)權利要求5所述的電路板結構，其特征在于，還包括有多數(shù)個該集熱孔，各該 集熱孔以幾何排列方式環(huán)繞在該焊接孔周圍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電路板的電子元件焊接方法及其電路板結構，其焊接方法的步驟首先是提供一電路板，并于電路板上開設至少一焊接孔及至少一集熱孔，集熱孔開設在焊接孔的周圍位置并且形成一集熱區(qū)域，再將電子元件的接腳穿設于焊接孔內(nèi)。接著，以一焊接工藝將一焊錫填入焊接孔內(nèi)，通過集熱孔保持焊錫的熱量在集熱區(qū)域中，確保焊接孔內(nèi)的電子元件的接腳與焊錫順利的相結合。
文檔編號H05K1/18GK101925261SQ20091014668
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權日2009年6月11日
發(fā)明者吳仲揚, 黃弘道 申請人:英業(yè)達股份有限公司