提高熔融料焊滴喷射时的稳定性的设备和方法技术

为使从焊滴泵的喷嘴喷射出的熔融钎料焊滴的大小和形状稳定，将焊剂输到焊滴喷射所通过的喷嘴孔眼区。按需要定期补充焊剂以清除钎料氧化物和渣滓并润滑孔眼。焊剂可以通过下方式浇注：喷射到喷嘴上；浸渍喷嘴；使喷嘴与焊剂膜接触；使喷嘴与中间传送媒体接触；或通过注射注入喷嘴组件内。最好采用高温下活性高、热稳定性好的焊剂。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的说来涉及熔融金属焊滴的配制。更具体说，本专利技术涉及任何泵喷射的熔融钎料焊滴在大小、形状和组成方面的改进。经过不断地反复设计，数字电子系统，特别是个人计算机，其体积方面有大幅度减小，功能方面已不断增加，随之而来的是集成电路元件及其输入/输出端子在尺寸方面的减小，这直接影响了印刷电路板接点的图形。集成电路器件的组件钎料压焊到印刷电路板上的常规技术越来越趋近于其技术极限或是由于典型的先进设计在尺寸方面的缩小而使造价越来越高。现行广泛采用的技术是用模板印刷将钎料糊剂印制到印刷电路板上，这种技术已达到其技术极限，而另一种广为应用的技术是用电镀法将钎料淀积到印刷电路板上，但该方法又很昂贵。在集成电路模子(例如在倒装片(flip-chip)器件的情况下)或在陶瓷集成电路组件上形成钎料浇注阵列时也有类似的情况。有人试图使钎料珠或钎料柱回流连接到集成电路模子或陶瓷组件上，这同样也是复杂而花费大的尝试。因此，掀起了一股直接将熔融的钎料配制或喷射到集成电路模子(分立式的或呈圆片形式的)、陶瓷集成电路组件和印刷电路板上的热潮。当熔融钎焊焊滴的质量能通过组成、体积和浇注位置方面加以控制时，采用钎焊焊滴配制或喷射法有许多好处。实践证明，在淀积到衬底上时使熔融钎焊焊滴精确射到应有位置是完全可以掌握的。然而，迄今仍然没有一个可靠得足以应用到生产上的熔融钎料配制系统能达到熔融钎焊焊滴在组成、体积和结构方面始终一致的程度。美国专利5,377,961介绍了一种在体积上能相对加以控制的配置熔融钎料的电动泵。该专利所述的电动泵比采用诸如压电器件之类电致伸缩传感器的焊滴配制机有很大的进步，从而基本上成了熔融焊料可相对加以控制的配制系统。虽然早期进行的试验肯定了这种用于配制熔融钎焊焊滴的电动泵的使用寿命，但对焊滴配制的可重复性、焊滴组成的一致性和焊滴大小的稳定性极为关键的对制造规定值进行的评价表明，还需要进一步改进。在这方面，试验确定，随着时间的推移，喷嘴孔近旁的熔融焊料并不总是均匀的纯钎料混合物。对钎料喷嘴残料的金相分析和对焊滴配制过程的照相分析肯定了焊滴中含有纯焊料、氧化锡和氧化铅的混合物，从而使形成的焊滴的诸如表面张力、熔点和与其它材料的亲和力(可湿性)之类的物理性能不一致。将喷嘴部分封闭在氮气(不含氧)环境中并不能解决上述问题。从对电动泵进行的试验可看出，无论决定产生一次射出的焊滴的压力脉冲的各输入参数如何不变，钎料焊滴经过几小时之后仍明显地不同。进一步的研究结果也证实，之所以不稳定是由喷嘴孔附近钎料的不均匀性造成的，这种不均匀的纤料由上述纯钎料与氧化锡和氧化铅的混合物组成。在电动钎料泵长时间工作过程中对焊熵的均匀性进行研究而发现的问题成了确定除氮气环境以外喷嘴周围在什么情况下能在熔融钎料含锡和铅对长时间均匀而稳定地配制出钎料焊滴的一个考虑因素。本专利技术在配制或喷射系统中采用了稳定性增强设备来达到使熔融钎料焊滴的大小和组成稳定的目的，所述稳定性增强设备包括一个喷嘴，接配制系统，且有一个孔眼供传送各熔融纤料焊滴用；一个浇注装置，供将焊剂浇注到喷嘴孔眼处；和一个焊剂渗入装置，用以使浇注到喷嘴孔眼的焊剂借助毛细管作用渗入喷嘴孔眼和通过孔眼外露的熔融钎料中。按照本专利技术的另一个方面，上述浇注在喷嘴孔眼的焊剂的渗入装置，其喷嘴的温度足以活化焊剂，其喷嘴孔眼的大小和组成足以使液体焊剂借助毛细管作用渗透。此外还作了这样的改进，即采用喷嘴输送器通过移动喷嘴使其与焊剂源接触而达到定期浇注焊剂的目的。在本专利技术的具体实施例中，采用了电动泵以根据电脉冲配制熔融钎料的焊滴，并采用龙门式(gantry type)输送装置，用以使钎料泵的喷嘴相对于准备在其上浇注钎料焊滴的衬底定位，并用以将喷嘴移到焊剂源处。焊剂可以通过下列方法加入喷嘴中将钎料配制头的喷嘴浸入焊剂储槽中，使喷嘴与溶剂运送媒质接触或使喷嘴通过从储槽中提取的焊剂薄膜。此外，改进的内容还包括通过将焊剂运送入熔融的钎料柱内或运送到喷嘴外使焊剂浇注入喷嘴孔中。在各种实施例中，将焊剂加到喷嘴孔眼中，并通过毛细管作用渗入喷嘴孔眼，使钎料氧化物化学分解，除去孔壁上的氧化物，并便于使捕集在喷嘴孔眼附近熔融钎料中的气体排出。阅读下面详细说明的实施例可以更清楚了解和理解本专利技术的上述和其它特点。附图说明图1示意性示出采用电动泵将熔融的钎料焊滴浇注到衬底上且工作时通过焊剂施加装置进行稳定化的焊滴制造设备；图2示意性示出电动泵头的喷嘴区的剖面图；图3示意性示出喷嘴区连同不均匀钎料和渗入的焊剂的剖面图；图4示意性示出喷嘴插入焊剂储槽的情况；图5示意性示出焊剂从中间媒质转移到喷嘴中的情况；图6示意性示出焊剂从薄膜转移到喷嘴上的情况；图7示意性示出焊剂通过熔融钎料中的一个管转移到喷嘴上的情况；图8示意性示出焊剂通过钎料储槽外的喷射管转移到喷嘴中的情况。从焊滴泵的喷嘴喷射出的熔融钎料焊滴是通过操纵焊滴泵将焊剂引到喷嘴处进行稳定的。虽然焊剂广泛用在印刷电路板组件中从而以化学的方法改变机械上安全、金相上纯的纤焊连接点的金属表面，但本专利技术是将焊剂用在钎焊配制设备本身上。焊剂加到钎料焊滴泵的喷嘴上可以破坏钎料组分中的氧化物，使纤料泵喷嘴孔眼处的熔融钎料又纯又均匀。对焊剂在钎料焊滴配制过程中的影响进行的初步研究表明，焊剂产生了三个方面的影响。首先，焊剂分解和减少了熔融钎料与喷嘴表面之间介面处或附近的钎料柱中的氧化锡和氧化铅，从而生成易熔的纯钎料的均匀混合物。其次，焊剂分解了喷嘴孔眼本身内表面上的氧化物并促进了该氧化物的去除过程，使孔眼光滑而且主要起了用焊剂材料层润滑孔眼表面的作用。最后，焊剂降低了喷嘴孔眼本身钎料的表面张力，从而改善钎料对孔眼周围喷嘴表面的润湿作用，以消除捕集在该部位上的气体。这类捕集的气体一般认为会降低焊滴配制的均匀性。用棉拭将焊剂简单地涂到钎料焊滴泵的喷嘴上立刻可以看出焊剂促进了钎料焊滴配制过程的效能。钎料焊滴泵的热量加快了焊剂通过孔眼的毛细管运动，激活了焊剂，使其破坏氧化物，降低表面张力，并加速了焊滴通过喷嘴孔眼的运动。焊剂残渣看来不成问题，即使有残渣出现，也不难用简单的机械刮除方法或清理装置清除。图1示意性示出本专利技术在钎料配制系统中的一个实施例。从图中可以看到，钎料配制头1固定在XYZ龙门台架2处，安置的位置不但应参照上面浇注有钎焊焊滴的衬底3，而且还应参照焊剂涂敷设备4和残渣清除设备6。钎料配制头1促使钎料焊滴以通常4至20密尔直径范围的大小通过喷嘴7喷射到衬底3上。衬底3可以是带铜接点图案的印刷电路板、多个带分立焊接区图形的集成电路模(芯片)的圆片，或者是夹持有多个分立芯片或陶瓷组件的配件。在任何情况下，龙门台架2将喷嘴7定位在使一个或多个熔融钎料的焊滴有选择地浇注到衬底3的指定位置上。经验表明，配制头1中的钎料最好是由63/37的纯锡/铅组成，因而是可从多家商店采购到的钎料品种。但若钎料是准备浇注到圆片或芯片上的，则多半会采用某种不同比例(一般为90/10的铅/锡)的高温钎料。焊剂施加设备4在图中仅示意性示出，具体的实施例稍后将说明。设备4包括象上述焊剂涂敷棉拭那样简单的器件。图1的一般示意图的主要特点在于，喷嘴7要定期加上焊剂，可能还要清理其上的焊剂，这些都是在熔融钎料焊滴以图形形式淀积到本文档来自技高网...

【技术保护点】
熔融纤料配制系统的一种焊滴稳定性增强设备，包括：一个喷嘴，与配制系统连接，具有一个孔眼供传送熔融纤料的各焊滴用；一个焊剂浇注装置，供浇注喷嘴孔眼处的焊剂用；和一个焊剂渗入装置，用以使浇注在喷嘴孔眼处的焊剂借助毛细管作用渗入孔眼中和通过孔眼外露的熔融纤料上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JS阿金，EB梅那德，TA希色尔，TM史密斯，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]