用于焊接处理改进的导热分析仪制造技术

通过监视助焊剂的活性来评价焊接处理中助焊剂的性能，其中，利用具有交叉金属线路和温度传感器的探针，助焊剂的活性是通过测量助焊剂的电导得到的。测量得到的电导－温度时间曲线提供了对于给定的应用而言选择合适的助焊剂形成物以及焊接条件、关于确定焊接处理问题的形成原因、以及关于开发改良的助焊剂形成物等有用的信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及工业处理的控制，尤其涉及对于在电子电路中的互连部件所使用的焊接处理的控制。
技术介绍
现今的微电子电路通常包括经由印刷线路板(PWB)互连的电子部件和设备，印刷线路板包括用作互连线的铜线、和向其焊接部件和设备的表面接触焊盘(pad)。例如，PWB可包括用作其它功能的金属表面焊盘、边缘连接或电路测试点。通过无电铜沉积、光刻以及铜电沉积的组合在典型地为聚合物层积板或陶瓷的介电基板上形成PWB连接线和焊盘。多层电路通常层积在一起并且经由导通孔(via hole)互连起来，导通孔通常具有铜印刷壁并且被焊料所填充。抗氧化物金属的表面光洁料(surface finish)通常被施加到PWB铜焊盘以抑止会降低可焊接性的表面氧化物的形成。典型的表面光洁料包括无电镍/金、浸锡、以及电镀锡-铋。部件和设备引线典型地通过回流焊接处理被焊接到PWB接触焊盘，回流焊接处理包括将预定量的焊接用锡膏(paste)施加到PWB接触焊盘、通过放置部件和设备以使它们的输入/输出(I/O)引线与适当的PWB接触焊盘对齐来组装PWB、以及加热已经组装好的PWB组件以回流(熔化)焊接用锡膏中的焊料。典型地，利用自动注射式滴涂器(syringe dispenser)或是利用镂花涂装(stencil)和橡胶滚轴(squeegee)将预定量的焊接用锡膏施加到PWB接触焊盘。可基于需要被焊接的特定部件和设备可改变焊接用锡膏的预定量。典型的设备是具有粘合到设备一侧上的接触焊盘的焊料球阵列的球栅阵列(BGA)。许多BGA设备具有大量的I/O引线量，从而使得相邻接触焊盘之间的距离(间距，pitch)非常小。焊接用锡膏通常包含在回流期间结合的小型焊料球状体的粉末以形成在焊接点占据焊料的绝大部分的焊料块。焊接用锡膏还包含用来溶化在焊接处理-->中涉及的金属表面上的氧化物的助焊剂(soldering flux)。助焊剂典型地包含在足够高的温度下被激活的有机卤化物以产生对于溶化金属氧化物十分有效的有机酸和自由卤素元素。焊接用锡膏还可包含用来提供所期望的流变性质并且在回流焊接期间消耗助焊剂时阻止金属表面再次氧化的成分。特别地，焊接用锡膏一定要足够硬(并且粘)以便在回流焊接之前将部件和设备固定好并且防止焊接用锡膏滑落以引起由于邻近接触焊盘之间的桥接造成的电短路。通常在回流炉(reflow oven)中执行回流焊接，回流炉包括用来在炉中传送电子组件的金属带传送器，并且具有实现根据预定温度-时间曲线使组件被相应地加热的不同加热区。在某些情况下，回流炉或回流炉的部分可被氮覆盖以在回流处理期间要被焊接的表面的氧化。回流焊接是一个在回流(熔化)焊接时刻之前需要充分的助焊剂活性(fluxactivity)以溶化表面氧化物(在PWB焊盘上、部件引线以及焊接用锡膏中的焊料颗粒)的复杂处理，从而获得具有低电阻的强焊接点。所需的助焊剂活性非常依赖于需要连接的表面上的氧化物的量和类型。对于可靠的回流焊接处理，需要采用适当的焊接用锡膏以及对于将要焊接的特定组件的回流条件。与助焊剂(flux)活性相关的回流焊接问题通常属于如下四种类型之一：(1)在存储期间经过化学反应，焊接用锡膏中的助焊剂丧失活性，从而使得焊接处理中要使用的时候剩余活性变得不充足；(2)过早(在温度低于回流焊接温度时)地激活焊接用锡膏中的助焊剂，使得在回流焊接之前使得需要连接的表面被再氧化；以及(3)在回流温度下助焊剂不能被充分地激活；以及(4)在焊接处理之后助焊剂保持活性，这导致了会引起由于电短路、开路、或额外的互连电阻所造成的电路故障的腐蚀和/或电迁移。当前，在工业上用来组装电子设备所使用的另一焊接处理是波峰焊接(wave soldering)，其中，软焊料的波峰经过组装有设备(表面安装和/或通孔)的PWB。波峰焊接容易产生与回流焊接相同类型的助焊剂活性问题。用来控制焊接处理的可行方法包括：(1)涉及产生焊接点故障所需的力的测量的球/引线剪力(shear)或拉伸测试；(2)通过焊料扩展测试、湿法平衡测试或连续电化学衰减分析(SERA)来确定可焊性；(3)通过表面绝缘电阻(SIR)测量、卤化物分析、离子清理测试、电化学迁移测试、以及铜镜和铜-->平面腐蚀测试来检测焊接助焊剂残留物；(4)测量焊接用锡膏的物理和化学特性，其中包括粘稠度、比重、卤化物成分百分比、粘性、酸值、pH以及阻抗波谱学(用来检测焊料球的氧化)；以及(5)通过套色版(GC、HPLC、IC以及GPC)、光谱学(UV、FTIR、拉曼(Raman)以及AA)、温度分析(DSC、TGA)、以及湿法化学分析来实现的助焊剂化学分析。所有这些方法都在焊接处理之前或之后被应用并且提供了关于焊接处理性能的唯一参数的信息。所有这些方法都不提供关于焊接处理自身的信息。这对于湿法平衡测试也是一样的，在湿法平衡测试中当使测试样本接触熔化的焊料时，通过湿力(通过焊料弯月面的重量)尝试作出仿真焊接处理。湿法平衡仅提供了可焊性的指示，很难应用到PWB和BGA当中，并且在样本几何学、助焊剂应用、预加热(温度曲线)、以及样本热惰性等方面不能完全地仿真实际的焊接处理。很明显需要一种测量焊接处理的性能的方法，从而优化关于焊接处理的所有重要变量。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用来评价焊接处理中助焊剂的性能的设备。该设备包括：电导探针，其具有介电基板上的两条邻近的金属线路(metallic trace)；温度探针，其用来测量电导探针的温度；以及电导计，其用来测量两条金属线路之间的电导。两条金属线路优选地形成了交叉梳状样式。在关于本专利技术的方法的优选实施例中，对于至少部分的每条金属线路以及至少部分的这些线路之间的介电基板施加焊接助焊剂(不包含金属焊料)，并且在焊接处理之前、之中(对波峰焊接，除外)和之后测量线路之间的电导。分析由此产生的电导-温度时间曲线(profile)以确定与焊接处理相关的助焊剂性能。本专利技术的设备进一步包括电路板架，其用来在同一处理中同时评估多个电导探针。根据本专利技术的电导-温度时间曲线的分析产生了在整个实际的焊接处理中的相对助焊剂活性，其中包括在焊接回流或波峰焊接操作之前、之中(对于回流焊接处理)以及之后。这实现了相对于焊接处理的需求来优化助焊剂活性和激活特性。在周边温度下(在焊接处理之前)对于助焊剂测量得到的强助焊剂活性表明了因室温下助焊剂的化学反应所引起的缩短的保质期。这对于热导计分析(TCA)检测峰值助焊剂活性的温度或是波峰焊接操作-->十分有效，优选地，峰值助焊剂活性出现在即将开始焊接回流温度之前的时刻。基于TCA电导-温度时间曲线，可通过化学稳定性和助焊剂化合物的沸点来将激活助焊剂所需的时间和温度调节到最优值。此外，根据本专利技术，可通过焊接处理后的残留助焊剂活性检测出可因腐蚀或电迁移导致的电路故障的离子助焊剂残留物。尽管类似于现有技术中的表面绝缘电阻(SIR)测试，但是本专利技术的残留助焊剂活性测量是在整个焊接处理的过程中作出的并且检测助焊剂活性达到最低值的温度。还可利用交流电流(ac)作出这样的焊接后电导测量以评价操作电压和频率的效果或是关于电子设备(在操作温度下)的残留助焊剂活性的频率范围(“扫频(sweep)”)。本专利技术的设备还可进一步包本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来评价焊接处理中助焊剂的性能的方法，包括步骤：　提供电导探针，所述电导探针包括在介电材料的基板上的预定区域内设置的两条金属线路；　提供温度探针，所述温度探针用来测量电导探针的温度；　在至少部分的所述预定区域上施加预定 量的助焊剂；　根据预定的温度－时间曲线，利用所施加的助焊剂加热电导探针；　作为温度的函数，测量电导探针的金属线路之间的电导，从而得到电导－温度时间曲线；以及　分析电导－温度时间曲线以确定在焊接处理中助焊剂的性能。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-4-17 11/405,6471.一种用来评价焊接处理中助焊剂的性能的方法，包括步骤：提供电导探针，所述电导探针包括在介电材料的基板上的预定区域内设置的两条金属线路；提供温度探针，所述温度探针用来测量电导探针的温度；在至少部分的所述预定区域上施加预定量的助焊剂；根据预定的温度-时间曲线，利用所施加的助焊剂加热电导探针；作为温度的函数，测量电导探针的金属线路之间的电导，从而得到电导-温度时间曲线；以及分析电导-温度时间曲线以确定在焊接处理中助焊剂的性能。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在至少部分的每条金属线路以及金属线路之间的介电基板上的预定区域内施加助焊剂。3.根据权利要求1所述的方法，其中，助焊剂包括在焊接用锡膏中，并且在至少一条金属线路的预定区域内、但不在金属线路之间的基板上施加焊接用锡膏，并且在测量电导的步骤中检测金属线路之间发生的电短路。4.根据权利要求1所述的方法，其中，通过从包括镂花涂装、注射式滴涂、浸涂、喷洒、涂刷以及印刷的组中选择的方法来施加助焊剂。5.根据权利要求1所述的方法，其中，通过回流炉或波峰焊接预加热炉的装置来执行加热的步骤。6.根据权利要求1所述的方法，其中，从对于两条金属线路之间施加的电压的电流响应来作为温度的函数测量电导探针的金属线路之间的电导。7.根据权利要求6所述的方法，其中，在两条金属线路之间施加的电压是具有预定频率的ac电压。8.根据权利要求7所述的方法，其中，在多个预定频率下重复所述施加的步骤、所述加热的步骤、所述测量的步骤以及所述分析的步骤。9.根据权利要求1所述的方法，其中，使用计算机来执行所述分析的步骤。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分析的步骤包括产生作为时间或温度的函数的电导的数据曲线图。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述分析的步骤进一步包括从数据曲线图中提取特征，该特征选自包括斜率、峰值区域、峰值区域比、峰值高度、峰值高度比以及电导保持在预定值之上的时间的组。12.根据权利要求1所述的方法，进一步包括如下步骤：监视来自粘结到电导探针或是包含电导探针的电路板架上的环境传感器的输出。13.根据权利要求12所述的方法，其中，环境传感器是选自包括氧浓度传感器、相对湿度传感器、以及压力传感器的组。14.根据权利要求12所述的方法，其中，对于来自环境传感器的多个输出重复所述施加的步骤、所述加热的步骤、所述测量的步骤、所述监视的步骤以及所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：布赖恩德雷姆，尼克辛基诺，保罗克利马，
申请(专利权)人：凯斯特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]