CN101084083B - 焊料预涂方法及电子设备用工件 - Google Patents

Abstract

作为使焊料预先附着在印刷电路板、片状元件、晶片等电子设备用工件的钎焊部上的预涂法，可以举出镀敷法、热风整平法、焊膏法、锡球法等。在这些现有的预涂法中，会出现钎焊部上的焊料附着不均，焊料不能完全附着，以及需要大型设备和大量工数等问题。本发明的目的在于，提供一种能够进行均匀涂布的、不仅不会产生不良现象，还可以用简易设备进行预涂的方法以及均匀涂布有焊料的工件。本发明的问题解决方法在于，在支承体上涂布的粘接剂上散布较多的粉末焊料，然后除去没有被粘接剂粘接的剩余粉末焊料。接着，加压使粉末焊料散布面与涂布有助焊剂的工件重合，加热后使焊料附着在钎焊部上。

Description

焊料预涂方法及电子设备用工件

技术领域

本发明涉及预先使焊料附着在电子设备用工件的钎焊部分上的焊料预涂法及在工件的钎焊部上预涂有焊料的电子设备用工件。

背景技术

一般情况下，在对印刷电路板、片状元件、晶片元件、BGA、GSP等的集成电路部件等的电子设备用工件(以下简称为“工件”)进行钎焊时，采用的方法有使钎焊部与喷流的熔融焊料接触的波动法、和在工件的钎焊部上涂布焊膏后，用回流炉等加热装置对该工件进行加热的回流法。

波动法是在装配了电子元器件的印刷电路板上涂布液态助焊剂，使助焊剂干燥后与喷流的熔融焊料接触而进行钎焊。然而这种波动法，当钎焊部非常小时，熔融焊料不仅难以附着，即使焊料附着后也会出现附着量不均，导致后来出现可靠性的问题。而且，在波动法中，还需要配置向工件涂布助焊剂的涂敷器、使助焊剂干燥的同时进行预备加热的预热器、使焊料熔融并喷流的焊料槽等大型设备。

回流法是将在与印刷电路板的钎焊部一致的位置上穿孔的掩膜装配到印刷电路板上，再在掩膜上放置焊膏，用刮板(squeegee)刮匀而将焊膏填充到掩膜孔中。除去掩膜后将焊膏涂布在钎焊部上。然后用回流炉等加热装置进行加热，使焊膏熔融而进行钎焊。在该回流法中，虽然可以使焊料附着在一定程度微小的钎焊部上，但仍然存在附着量不均的问题。另外在回流法中，必须准备与工件配合的掩膜，还有当工件微小时，为了使掩膜孔和工件的钎焊部对齐，需要花费很大的精力。此外在该方法中，还必须准备用于印刷涂布焊膏的装置，这些装置不仅价格昂贵，还需要保障其设置场所。

鉴于上述波动法和回流法的问题，近来开始采用一种预先使焊料附着在工件的钎焊部上的“焊料预涂法”。作为获得焊料预涂的方法，可以采用镀敷法(专利文献1)、热风整平法(专利文献2)、焊膏法(专利文献3)、锡球法(专利文献4)等。

专利文献1：特开平9-167883号公报

专利文献2：特开平11-54890号公报

专利文献3：特开平8-307047号公报

专利文献4：特开平8-340174号公报

获得焊料预涂层的镀敷法，是将工件浸渍于镀敷液中，使焊料析出到工件的钎焊部上的方法，但该镀覆法中，具有并非任何组成的焊料均能够实现的制约。即，因为镀敷法中的镀敷液的种类受到限制，所以不能对具有希望组成的焊料进行预涂。另外镀敷法还需要大量对镀敷液进行处理的设备，导致最初成本升高。再者，镀敷法中也难以使所需量的焊料、即尽可能多的焊料附着在工件的钎焊部上。

热风整平法是将工件浸渍到熔融焊料中，在把工件从熔融焊料取出时，对其吹拂热风，将剩余的焊料吹掉的方法。该方法虽然可以通过调整热风对焊料的附着量进行调整，但存在焊料附着量非常不均匀的问题。

焊膏法与所述回流法同样，在与钎焊部一致的位置上使用被穿孔的掩膜，使工件的钎焊部与掩膜孔对齐后，在该掩膜上放置焊膏并用刮刀刮匀，之后除去掩膜对工件进行加热，使焊膏熔融后使焊料附着在工件的钎焊部上。但是在焊膏法中，当工件的钎焊部微小时，使钎焊部和掩膜孔保持一致变得非常困难，导致经常出现焊膏不能涂布在钎焊部上的问题。另外，在焊膏法中，还存在难以将焊膏填充到掩膜的微孔中，以及填充后的焊膏不能涂布在钎焊部上的问题。

锡球法是用吸附夹具吸附锡球，将其装配到工件的钎焊部上后，用回流炉等加热装置对工件进行加热，使锡球熔融后获得焊料预涂层的方法。该方法中如果能够获得具有一定大小的锡球的话，可以使焊料的附着量保持均匀，但该方法中预涂层的形状受到限制，只能形成像焊球那样的圆形预涂层。另外，锡球法必须事先准备好指定尺寸的锡球，而制造这样的锡球需要很大的装置和精力，导致成本昂贵。再者，这种锡球法是用吸附夹具吸附锡球后，使气体从吸附孔喷出，通过释放锡球将锡球装配到工件的钎焊部上，但用吸附夹具吸附锡球时，由于静电的作用，使多个锡球被吸附到一个孔中，或者在工件上方释放锡球时，会出现在吸附孔喷出的气体的作用下，锡球被吹跑而不能装配在工件的钎焊部上的问题。

发明内容

本发明正是鉴于现有的预涂法所存在的问题而设计的，其目的在于，提供一种无论是微小的钎焊部还是大的钎焊部都能使焊料均匀附着、且无需昂贵的设备，任何组成的焊料都能附着的焊料预涂方法及均匀附着了焊料的工件。

本发明的发明人员发现如下情况，而完成了本发明，即，当在具有粘接性的部分散布粉状物时，仅粉状物的最下部的一层附着在粘接剂上，而且当粉末焊料与钎焊部接触时，熔融焊料从粘接剂向钎焊部移动并附着，但在熔融的焊料近旁不存在钎焊部时，熔融焊料的移动变难。

本发明涉及一种焊料预涂方法，其特征在于，包括：

A.在支承体上涂布粘接剂的工序；

B.在支承体的粘接剂上无间隙地散布粉末焊料，使粉末焊料的一层与粘接剂粘合的工序；

C.去除没有粘接在支承体的粘接剂上的粉末焊料的工序；

D.在工件的钎焊面上涂布助焊剂的工序；

E.向支承体的粉末焊料部和工件的助焊剂涂布面施加压力使其重合的工序；

F.将重合的支承体和工件加热到粉末焊料的熔融温度以上，使熔融焊料附着在工件的钎焊部上的工序；

G.熔融焊料附着在工件的钎焊部上后，对工件进行冷却使熔融焊料固化，然后除去支承体的工序；

H.去除附着在工件的钎焊部以外的位置上的焊料的工序。

另外，本发明还涉及一种电子设备用工件，其特征在于，使附着在支承体的粘接剂上的粉末焊料和工件的钎焊部重合，使该粉末熔融，仅使与钎焊部对齐的位置上的焊料附着在工件的钎焊部上。

本发明具有优良的可靠性，能够准确地将定量的焊料附着在工件的钎焊部上，而且即使是微小的工件也不会出现不焊等不良现象，另外还能使任何组成的焊料附着在钎焊部上，再者其方便之处在于，无需准备像印刷法使用的掩膜和锡球法中使用的吸附夹具等与工件的钎焊部对应的夹具。而且，由于本发明的电子设备用工件的钎焊部上均匀地附着有一定量的焊料，对该工件和其他工件进行钎焊时，可以形成牢固的接合。

附图说明

图1是表示在支承体上涂布粘接剂的工序。

图2是表示在粘接剂上散布粉末焊料的工序。

图3是表示去除剩余粉末焊料的工序。

图4是表示在工件上涂布助溶剂的工序。

图5是表示重合支承体和工件的工序。

图6是表示对支承体和工件进行加热的工序。

图7是表示焊料固化后去除支承体的工序。

图8是表示去除不要部分的焊料的工序。

符号说明

1  支承体

2  粘接剂

3  粉末焊料

5  工件

6  焊料钎焊部

8  助溶剂

9  防蚀层

具体实施方式

本发明使用的支承体，即使被加热到粉末焊料的熔点以上，也具有保持其形状的耐热性，而且优选采用熔融焊料难以附着的材料。本发明使用的支承体优选为铝、不锈钢等金属，以及聚酰亚胺树脂、玻璃-环氧树脂复合材料等塑料类、复合材料类。

涂布在支承体上的粘接剂，基本上具有仅粘接固定一层粉末焊料的作用，同时在加热压接时，随着构件表面的凹凸使粉末焊料密接在钎焊部上。作为本发明使用的粘接剂，可以从常温下具有粘合力的粘接剂和加温后出现粘合力的热熔型粘接剂中进行选择。粘合层的膜厚优选为1μm以上低于50μm，但并不局限于该厚度范围。

在本发明中，在支承体上涂布的粘接剂上，无间隙地散布粉末焊料后，对没有被粘接剂粘接的粉末焊料进行去除，采用的去除方法有：用软毛尖的刷子轻轻匀扫；或者用弱压缩空气将其吹掉；或者将支承体倒置后施加轻微振动等。此时，必须注意不能除去由粘接剂附着在支承体上的一层粉末焊料。

本发明使用的粉末焊料，可以根据所需的焊料膜厚进行选择。即，要求薄的焊料膜时选择细粉末，要求厚的焊料膜时选择粗粉末。考虑到经济性，使用的粉末焊料优选为通过选择筛眼对由廉价的雾化法制备的粉末焊料进行分级后使用。

本发明使用的助焊剂，优选为适量存在于工件的钎焊部上，极少存在于防蚀层面等非钎焊部上。一般情况下，工件的钎焊部低于防蚀层的顶面，所以在工件整面上涂布助焊剂后，用橡胶刮刀等将防蚀层表面的助焊剂扫落到钎焊部上，由于肯定在钎焊部上涂布助焊剂，因此熔融焊料顺利地与钎焊部接合，并且在防蚀层部分中熔融焊料停滞，在高精细的钎焊部也不会发生桥接。

在本发明中，在工件的钎焊面上涂布助焊剂后，使该工件和粘接了粉末焊料的支承体重合后进行压接。此时的加压压力根据工件的表面形状和工件面积以及压接精度而变化，但优选为每平方厘米1牛顿以上。另外，对工件和支承体的重合体进行加热时的温度优选为在粉末焊料的熔点以上。

粉末熔融后，立刻进行冷却去除支承体时，可以在工件的钎焊部上形成焊料。但是，在钎焊部以外的防蚀层面等上也会残存剩余的焊料，这样的话会在钎焊部之间形成桥接，导致绝缘电阻下降，因此需要去除残余焊料。去除残余焊料可以采用各种办法，但优选为清洗去除。此时进行清洗，还可以同时去除存在于钎焊部上的助焊剂残渣，从而进一步提高可靠性。而且，如果再对附着在钎焊部上的焊料的形状进行整理的话，还可以再次在钎焊部上涂布助焊剂后，加上加热到焊料的熔融温度以上并进行冷却的工序。

本发明中，附着在钎焊部上的焊料膜厚精度高。其理由在于粘合在支承体的粘接面上的单位面积的粉末焊料量的偏差小。所以，重合支承体和工件后对其施加压力时，粉末焊料与钎焊部接触，因此即使该粉末焊料熔融时，钎焊部也肯定与熔融焊料相接，使钎焊部上附着一定量的粉末焊料，从而提高膜厚精度。与钎焊部以外的防蚀层面接触的粉末焊料也会产生熔融，熔融后向横向湿润扩展，对此可以通过与焊料不湿润的粘接层进行抑制。因此，即使对高精细钎焊部的图案也难以产生桥接。

实施例

以下，根据附图对本发明的预涂方法进行说明。图1(A)～8(H)，是表示本发明的预涂工序的说明图。

A.在支承体上涂布粘接剂的工序；

在支承体1的一面上涂布粘接剂2。

B.在粘接剂上散布粉末焊料的工序；

在支承体1上涂布的粘接剂2上，以覆盖粘接剂2的程度散布粉末焊料3…。

C.除去剩余粉末焊料的工序；

用刷子4扫匀支承体1上的粉末焊料，去除没有被粘接剂2粘合的剩余粉末焊料3…。

D.在工件上涂布助焊剂的工序；

在工件5的形成有钎焊部6…的面上，用喷射通量器(spray fluxer)7涂布液状助焊剂8。之后，根据需要也可以除去被涂布在钎焊部以外的如防蚀层9的非钎焊部上的助焊剂。

E.重合支承体和工件的工序；

将工件5的助焊剂涂布面和支承体1的粉末焊料粘接面重合。此时用未图示的挤压机从支承体1上方向工件5和支承体1之间加压。由于粘结剂具有追从性，对支承体1施压时，被粘接剂2粘接的粉末焊料3…，与位于较工件5的防蚀层9更凹陷的位置的钎焊部6相接。

F.对支承体和工件进行加热的工序；

用未图示的加热装置对工件5和支承体1的重合体进行加热，使没有被支承体1的粘接剂2粘合的粉末焊料3…熔融。此时与工件5的钎焊部6接触的粉末焊料熔融后湿润扩展到钎焊部6，而防蚀层9上的粉末焊料即使熔融后也会留在原处。

G.焊料固化后去除支承体的工序；

如果熔融焊料附着在工件2的钎焊部6上的话，对工件2和支承体1进行冷却，使熔融焊料固化，在钎焊部6上形成预涂层10。之后，去除(沿箭头方向)支承体1。

H.除去附着在多余位置上的焊料的工序；

如果焊料附着在如防蚀层9的多余位置上时，如前所述，会成为导致桥接现象和绝缘电阻降低的原因，所以应去除多余位置上的焊料。由于多余位置上的焊料被助焊剂残渣固定，因此需要用浸渍到可以溶解助焊剂残渣的清洗液11中进行清洗。使用水溶性助焊剂时，优选清洗液为温水；使用树脂类助焊剂时，优选清洗液为乙醇等有机溶剂。另外，为了整理附着在钎焊部上的焊料的形状，也可以在钎焊面上涂布助焊剂后进行再次加热、冷却。

其次，如下所示，采用上述预涂方法使焊料附着在工件上。

用厚度为200μm的铝材作为支承体，在其一侧上形成10μm厚的丙烯类粘接层。以5μm为下限，15μm为上限，对通过雾化法制备的Sn-3Ag-0.5Cu粉末焊料进行分级，使其附着在支承体的粘接面上。此时以覆盖粘接剂的程度对粉末焊料进行充分散布。接着，用刷子将散布在支承体上的粉末焊料扫匀后，再吹以弱压缩空气，将剩余的粉末焊料除去。用显微镜对除去剩余粉末焊料后的散布面进行观察，结果发现在粘接剂上仅附着有一层粉末焊料。形成焊料预涂层的工件为外形30×30mm的玻璃环氧树脂基板。在玻璃环氧树脂基板上，以200μm的间距形成3600个成为钎焊部的电极，位于该电极部近旁的防蚀层的厚度为25μm。在具有该电极的工件的面上涂布液态的水溶性助焊剂，用橡胶刮刀将被涂布在防蚀层上的助焊剂刮掉，将助焊剂充分填充到电极部中，在用橡胶刀进行刮除的防蚀层部分上仅残留非常薄的助焊剂层。对支承体的粉末焊料部分和工件的助焊剂涂布面进行重合后，用冲压机向支承体上施加100N的压力，接着在220℃条件下加热10秒钟，然后进行冷却。从冷却后的工件上去除支承体，用40℃的温水清洗工件去除附着在防蚀层上的焊料。再者，为了整理附着在钎焊部上的焊料的形状，在钎焊部上涂布助焊剂，再次加热到焊料的熔融温度以上，然后冷却后用温水进行清洗。结果仅在工件的电极部上形成30μm±3μm的焊料预涂层。

工业上的应用可能性

本发明不仅可以在像印刷电路板等较大的电子部件上，还可以在具有电极直径为0.2mm以下的微小钎焊部的晶片和CSP等的布线部或电极部上，形成具有高精度膜厚的焊料预涂层。

Claims (4)

1.一种焊料预涂方法，其特征在于，包括：

A.在支承体上涂布粘接剂的工序；

B.在支承体的粘接剂上无间隙地散布粉末焊料，使粉末焊料的一层与粘接剂粘合的工序；

C.去除没有粘接在支承体的粘接剂上的粉末焊料的工序；

D.在工件的钎焊面上涂布助焊剂的工序；

E.向支承体的粉末焊料粘接面和工件的助焊剂涂布面施加压力，使其重合的工序；

F.将重合的支承体和工件加热到粉末焊料的熔融温度以上，使熔融焊料附着在工件的钎焊部上的工序；

G.熔融焊料附着在工件的钎焊部上后，对工件进行冷却使熔融焊料固化，然后除去支承体的工序；

H.去除附着在工件的钎焊部以外的位置上的焊料的工序。

2.根据权利要求1所述的焊料预涂方法，其特征在于，所述粘接剂在常温以上的温度下具有粘接性。

3.根据权利要求1所述的焊料预涂方法，其特征在于，所述支承体从至少具有焊料熔点以上的耐热性的材料中选择。

4.根据权利要求1或3所述的焊料预涂方法，其特征在于，所述支承体从金属类、陶瓷类、塑料类材料中选择。

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