射流钎焊的方法技术

本发明专利技术揭示了一种通过由包含非松香基焊剂的焊料进行回流焊接而将元件连接到基片上的方法，该方法包括在低氧化性气氛中在元件存在情况下加热焊料。（*该技术在2010年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用含非松香基焊剂的焊料进行回流焊接的过程气氛，它能达到基本上无有机或无机残留物，基片和元件的良好沾化，较宽的温度操作窗和元件在高温下的较短时间暴露。这些优点能产生良好的焊接点牢固性和使元件失效减少。回流焊接被广泛地用于表面装配工业，特别是用于印刷电路板的自动生产。通常，将小型电子元件表面安装到一印刷电路板上，在其上已通过诸如网板印刷、型版喷刷或撒布等方法施加了一种乳状或浆状稠度的焊料。然后，将印刷电路板置于足够高的温度下，通常高出合金的熔点50℃，从而使焊料中的焊剂和合金液化，并与元件接触，这样在随后印刷电路板冷却后，元件被焊接在线路板的位置上。所述热量可通过例如红外线、蒸气相、加热的传送带(热带)或对流装置来施加。所述焊料一般是由分散于液体介质的软粉末状金属合金构成的，该液体介质包含一种焊剂、一种有机溶剂和一种增稠剂，增稠剂是特别用来给予混合物以所需的稠度。理想的情况下，所述焊剂组份应是非腐蚀性的，由此在焊接完成后得到本身非腐蚀性的不导电的焊剂残留物。然而，在实践中并不是这样。松香基焊剂材料诸如松香酸基焊剂被用于大多数商业上可购到的、用于表面装配工业的、配料成分具体规定的焊料中。这些焊剂通常包含活化剂，诸如卤化物，特别是溴化物，它产生了腐蚀性和导电性残留物，这需要昂贵的消耗时间的去除工艺。一般来说，这些去除工艺利用有机溶剂，例如氟氯烃，这也引起了环境问题。作为一种替换，已有人试图用水系统来去除残留物。选择的是，螯合剂也可以存在，例如能够减少由焊料反应物产生的任何脱色的苯并三唑或咪唑。较佳的是，焊料膏的液体介质包含(以重量百分数计)0.2%至10%，较佳为0.5%至5%有机焊剂;0.1%至10%，较佳为0.5%至5%增稠剂;0至约10%，较佳为0至约3%有机胺;以及0至约1%，较佳为0至1%，最好为0至约0.5%(重量)螯合剂。用于含非松香基焊剂的焊料的粉末状软焊料合金可包括(以重量计)例如锡∶铅合金、锡∶铅∶锑合金、锡∶铅∶银合金或锡∶铅∶银∶锑合金的颗粒。这些合金包括(以重量计)例如60%锡∶40%铅、63%锡∶37%铅、63%锡∶36.7%铅∶0.3%锑、63%锡∶35%铅∶2%银、62%锡∶36%铅∶2%银或62%锡∶35.7%铅∶2%银∶0.3%锑。焊料合金粉末的颗粒度较佳在10至150微米范围内，最好在20至100微米范围内。含非松香基焊剂的焊料可以常规方式，通过将粉末状软合金与液体介质混合而制得。较佳的是，所述焊料包括70%至95%(重量)合金和相应的5%至30%(重量)液体介质，最佳包括75%至90%(重量)合金和相应的10%至25%(重量)液体介质(以合金和液体介质的合并重量100%计算。为了显著地消除合金颗粒的氧化作用以制得基本上无氧化物的焊料，即氧化物小于0.1%(重量，以合金总重量计算)，可在一仅有氮气或惰性气体的气氛中制备粉末状软焊料合金。本专利技术的加热步骤可通过红外线、对流、蒸汽或加热的传送带(热带)手段进行，操作可以在其中进行的室或容器可包括炉子等。附图说明图1热分布曲线A是用于常规回流焊接的典型热分布曲线。所述基片、焊料和元件在最高温度下保持较长的时间，如由加热周期中部的平顶所表示的。尽管这种热分布可用于本专利技术，但较佳的热分布是图1所示的那类热分布B，其中在表示为一尖峰的较短时间内达到最然而，由于沾化较差，用该系统难以获得必需的渗透作用以达到所需的清除。另外，焊剂残留物的去除是困难的，特别是从位于焊接其上的元件下方的印刷电路板区域去除是困难的。松香基焊剂具有另外的缺点，不管它们是否包含常规的活化剂。例如，腐蚀性的松香基焊剂残留物趋于粘着，由此禁止了电路的自动测试，并就美观方面来说也是不利的。使用含松香基或轻度活化的松香基焊剂的焊料也会导致焊料对基片和待焊接的元件的湿润性较差。焊剂残留物趋于吸湿，由此引起溅射，并且有些焊剂也损害焊接点牢固性，通过诸如让焊料中的合金颗粒从焊料位置迁移的机制，从而在焊接点周围形成许多离散的软焊料小球，结果产生了电路短路。Hedges等(英国专利号GB2，198，676)试图用配料中没有松香基焊剂的焊料来解决焊剂残留物问题，其中粉末状合金分散在内的液体介质包括一种基本上与水不溶混的有机溶剂，诸如萜品醇，它包含作为焊剂的至少一种有机酸(而不是松香或改性松香)，一种胺或一种氢卤化胺以及至少一种增稠剂。这种含非松香基焊剂的配方可在商业上由MulticoreSolders，Hertfordshire，England购得，牌号为MulticoreX-32。然而，即使当遵循推荐的加热温度分布，当在空气中回流时，Hedges等的焊料仍会获得一种察觉得到的残留物。其沾化较差。这就意味着，用上述焊料对于在空气中进行回流操作的操作窗是窄的，因此难于在商业上实用化。通过采用消除氧与焊料任何接触的氮气消洗系统，可控制引线镀锡工艺中熔融焊料表面的氧化，见TheWeldingJournal，Vol65，No.10，P65(1986)。在任何焊接操作之前，在元件上进行引线镀锡操作。已证实氮气可减少白雾，并增加勉强可焊元件的焊接机会。基本上与水溶混的有机溶剂;和至少一种增稠料;(ⅱ)将所述基片置于低氧化性气氛中，该气氛包括不超过约百万分之1500的氧;不超过约1.5%(体积)水蒸气;选自由氮气、二氧化碳、氢气、惰性气体或其混合物构成的组的基本气体;其中如果存在水蒸气或氧气，氢气存在的量应能有效地减少水蒸气或氧气的氧化势;其中如果既不存在氧气也不存在水蒸气时，所述基本气体是从由氮气、二氧化碳、氢气或其混合物构成的组中选取的;和(ⅲ)将在所述含非松香基焊剂的焊料中的焊料合金加热，并熔化元件的焊接点以形成基本上无残留物的焊接点。还揭示了一种方法，其中步骤(ⅱ)在步骤(ⅰ)前进行。图1是用较佳的含非松香基焊剂的焊料在含空气的气氛中和在低氧化性气氛中进行回流焊接的两种热分布型示意图。本专利技术的气氛是一种低氧化性气氛。它较佳包括不超过过约百万分之1500的氧气;不超过约1.5%(体积)的水蒸气;和选自由氮气、二氧化碳、氢气、惰性气体或其混合物构成的组的一种基本气体;其中如果存在水蒸气或氧气，则氢气存在的量应能有效地减少水蒸气或氧气的氧化势;当既不存在氧气也不存在水蒸气时，所述基本气体是从由氮气、二氧化碳、氢气或其混合物构成的组中选取的。更佳的是包括约0.5%(体积)至约1.5%(体积)水蒸气的气氛。另外，较佳的是这样的气氛，其中氢气占气氛总体积的约2%至约20%(体积)，记住氢气存在的量总是应能有效地减少气氛中存在的水蒸气或氧气的氧化(电)势。水蒸气和氧气两者各自的氧化势或两者结合的净氧化势必须如此低，以致使得在回流焊接时不形成残留物或只形成极少的残留物。这结果是存在的氢气量(体积)通常大于水蒸气量，因为氢气将减少水的氧化势。氧气被限制仅为痕量，以致使得不产生氧化，并因此不干扰焊接过程。氢气也减少了氧气的氧化势。任估计它还能减少不沾化、开路、焊料球、跨接和未对准，见M.J.Mead和M.Nowotarski在SMARTIVConference，January11-14，1988会议上宣读的文章“TheEffectsofNitrogenforIRReflowS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将至少一个可焊剂元件连接到基片上的方法，它包括在低氧化性气氛中在所述元件的存在条件下将含非松香基焊剂的焊料加热。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：奈克勒斯班迪派蒂，马克J科歇勒，
申请(专利权)人：波克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]