CN1051435C - 对准和固定表面贴装元件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于对准和固定在元件每一端有端头的无引线表面贴装元件(402)的方法。该端头具有底部(704)和端面部(702)，通过回流焊工艺(1200)用以固定于衬底(102)的对应焊盘上。所形成的焊盘装置(100)含有两个对置的焊盘(108)，每个焊盘(108)都拥有三角椭圆形区。而三角椭圆形区含有当元件(402)与焊盘装置(100)对准时，实际上中心在元件对应端头的底部(704)之下的椭圆区(110)以及一与椭圆区连接且沿中心长度方向伸向对置焊盘(108)的弧形区(112)。将焊膏(202)施加到椭圆区(110)，而后回流，从而使焊膏(202)中的焊料(302)液化并且流入弧形区(112)，因而促进元件(402)与焊盘装置(100)的对准。

Description

对准和固定表面贴装元件的方法
本发明一般涉及将电子元件贴装到衬底上的方法和设备，尤其涉及将表面贴装元件对准并固定到衬底贴装焊盘上的方法和设备。
已有许多公知的把电子元件贴装到衬底上的方法。一种方法是常见的用于固定表面贴装元件端头的“回流焊”工艺方法。常见回流焊工艺中，表面贴装元件端头预涂有锡焊料膜，在制造加工刻蚀过的矩形贴装焊盘时，将端头固定在衬底上。该工艺包括：通过具有与贴装焊盘相配合的位置尺寸的窗口模板来印刷焊浆，使表面贴装元件端头与贴装焊盘对准，放置在焊浆顶上，以及使衬底和表面贴装元件通过用来加热预涂锡焊料膜和焊浆使成液化态的回流焊炉，而将端头固定在贴装焊盘上。
不足之处，常规回流焊工艺中，表面贴装元件端头往往不能与贴装焊盘保持对准，会造成端头固定缺陷。表面贴装元件最初位置的差错，从用于移动衬底的设备通过制造区域来的振动，以及通常的处理也会引起对不准。偏巧，常规工艺所用的贴装焊盘对调整所造成的任何对不准也只是部分有效。
电子器件，例如选择呼叫接收装置的发展方向趋于尺寸更小，因而要求微小型元件，这就会在常规回流焊工艺过程中更进一步增加废品率。这是由于因不能对准的废品率随端头数、贴装焊盘数以及对准容差变得更严而增加。
因此，需要的是能将表面贴装元件贴装于衬底上的相应贴装焊盘上的较好方法。高度要求一种能够使元件不能对准减至最小又能降低微小型元件的固定缺陷的方法与设备。
本发明的一个方案是一种对准固定无引线表面贴装元件的方法，该元件包括在元件每一端的端头。该端头有通过回流焊工艺使位于端头与焊盘间的导电材料液化再接着固化，固定于衬底上的相应焊盘上的底部与端面部分。本方法包括形成包括两对置焊盘，每个焊盘占有三角椭圆形区的焊盘配置的步骤。三角椭圆形区包括当元件与焊盘配置对准时，基本上中心在相应元件端头的底部之下的椭圆区、和与椭圆区部邻接的并且在中心长度方向伸向对置焊盘的弧形区。该方法还包括将导电材料加到椭圆区上的步骤，此后实施回流焊工艺，由此使导电材料液化流入到弧形区上，从而有利于元件与焊盘配置对准。
本发明的另一个方案是一种用于对准包括元件每一端端头的无引线面贴装元件时增大或较好地控制表面张力的方法。该端头具有用回流焊工艺使位于端头与焊盘之间的导电材料液化再接着固化，用以固定于衬底相应焊盘上的底部与端面部分。本方法包括形成焊盘配置的步骤，而该焊盘配置有一个中心，包括位于中心两侧的两个对置的步骤，而该焊盘配置有一个中心，包括位于中心两侧的两个对置的焊盘。每个焊盘占有一个三角椭圆形区，该区包括当元件与焊盘配置对准时中心基本上位于对应元件端头底下的椭圆区、和与椭圆区相接的并且沿中心长度方向伸向对置焊盘的弧形区。本方法还包括将导电材料施加于椭圆区上的步骤，然后进行回流焊工艺，从而使导电材料液化并流入弧形区上，降低厚度而增大液化了的导电材料的表面张力。
本发明的再一个方案是用于对准并固定包括元件的每一端面有端子的无引线表面贴装元件的焊盘装置。该端子有底部和端面部分。焊盘装置则用以使表面贴装元件与其他电路互连且包括用来支承并使表面贴装元件与其他电路互连的衬底以及两个形成在衬底上又与其他电路连接的对置焊盘。每个焊盘占有一个三角椭圆区，该区包括当元件与焊盘装置对准时中心基本上位于对应元件端子底下的椭圆区、和与椭圆区相接的并沿中心长度方向伸向对方焊盘的弧形区。本焊盘装置还包括将导电材料施加于椭圆区，然后回流焊到弧形区上，因而有利于元件与焊盘装置的对准。
图1是根据本发明优选实施例的焊盘装置顶正视图。
图2是根据本发明优选实施例施加焊膏后的焊盘装置的顶正视图。
图3是根据本发明优选实施例回流焊后的焊盘装置的顶正视图。
图4是根据本发明优选实施例在回浪焊前焊盘装置与表面贴元件的顶正视图。
图5是根据本发明优选实施例在回流焊期间的焊盘装置与表面贴装元件的顶正视图。
图6是根据本发明优选实施例在回流焊之后的焊盘装置与表面贴装元件的顶正视图。
图7是根据本发明优选实施例现有回流焊技术的焊盘装置与表面贴装元件的侧正视纵剖面图。
图8是根据本发明优选实施例在回流焊期间的焊盘装置与表面贴装元件的侧正视纵剖面图。
图9是根据本发明优选实施例在回流焊后的焊盘装置与表面贴装元件的正视纵剖面图。
图10是利用常规焊盘装置在回流焊后的埋入底脚的表面贴装元件的正侧视纵剖面图。
图11是根据本发明优选实施例描绘回流焊时产生的抗埋碑式力的焊盘装置与表面贴装元件的正侧视纵剖面图。
图12是根据本发明优选实施例用来贴装表面贴装元件的较好制造工艺的框图。
图13是根据本发明优选实施例构成的选择呼叫接收器的等角体视图。
图14是根据本发明优选实施例的选择呼叫接收器的电路框图。
参看图1，正顶视图描绘出了根据本发明优选实施例的焊盘装置100，包括衬底102和两个三角椭圆形焊盘108。该衬底102具有保护涂层104(焊接阻挡层)，该涂层已从三角椭圆形焊盘108除去，以便允许进一步加工焊盘108。焊盘108之间以及环绕焊盘的区域106的保护层104也都被除去，以便能在回流焊的过程中为重新排列而自由移动表面贴装元件，对此下面将要叙述。每个三角椭圆形焊盘108包括具有第1形心111的椭圆区110和与椭圆区110连接的弧形区112。每个三角椭圆形焊盘108都有第2形心113，而第2形心比第1形心111，位置更靠近焊盘装置100的中心。
最好，该衬底102包括灌注环氧树脂材料，例如灌注环氧树脂FR4的玻片，而保护涂层104包括热固化液状膜阻挡层，例如由CibaGeigy Corporation of Terry Town，New York制造的ProbimerTM。最好，由涂锡铝合金的铜箔形成三角椭圆焊盘。应知道，类似的替换材料也都可用作衬底102、保护涂层104、以及三角椭圆焊盘108。
参看图2，正顶视图描绘出了根据本发明的优选实施例，在利用模板将焊膏202仅施加于三角椭圆焊盘108的椭圆区110之后的焊盘装置100。均匀地施加焊膏202，使在施加后的焊膏形心204实际上定心在椭圆区110的第1形心111上。最好，焊膏202是一种细柏油焊膏，例如Kester Solder Division，Litton Systems，Inc，ofDes Plaines，Illinois制造的Kester247B焊膏，用印刷法，通过有对应于椭圆区110的椭圆开口的6mil(0.15mm)不锈钢模板(未示出)，将其施加到椭圆区110。应当知道，其他材料也可用作焊膏202和模板，而其他模板厚度也可以使用，这取决于元件尺寸和元件端头尺寸以及焊盘的尺寸。
参看图3，正顶视图描绘了本发明优选实施例的在回流焊后的焊盘装置100。该图中，焊膏202的焊料302已液化流入到弧形区112，使焊料302的形心306沿焊盘108上各自的箭头304的方向移到基本上在三角椭圆形焊盘108的第2形心113的位置上。应当知道，这里其他回流焊工艺，例如也可应用固态焊料淀积工艺。固态焊料淀积回流焊工艺采用固体焊料，顶淀积在三角椭圆形焊盘1 08上，在回流焊过程中，淀积在衬底102的每个可回流焊处的焊剂随后与表面贴装元件固定。但是，正如下面将要说明的那样，根据本发明的优选回流焊工艺，在回流焊过程中，焊料302移动到弧形区112上有利于被固定于焊盘装置100的表面贴装元件402(图4)的对准。
参看4、5和6，正顶视图分别描绘根据本发明优选实施例在回流焊之前、之时、以及之后的焊盘装置100和表面贴装元件402。图4描绘出表面贴装元件402的端头404与相应的焊盘装置100的两个三角椭圆焊盘108非常对不准的情况。图5说明在回流焊过程中，加热使焊料302液化，并流到端头404上与弧形区112上，从而生产移动和增大表面张力502，会使表面贴装元件402沿曲线箭头504所示的方向移动。图6说明，在回流焊工艺之后在回流焊过程中使焊料302液化又再固化时通过表面张力502和焊料302的移动，已将表面贴装元件402牵引到与焊盘100对准的位置上。
参看图7、8和9，正侧视纵剖面图分别描绘出回流焊之前、之时以及之后的焊盘装置100和表面贴装元件402的情况。图7里，表示将端头404的端面702与底部704搁在焊膏202上，而焊膏只印制在三角椭圆焊盘108的椭圆区110上。图8里，该焊膏已被熔化成液态，形成焊料302。表明焊料302正移向三角椭圆焊盘108的弧形区112，并且还局部粘附到表面贴装元件402的端头。焊料302移到弧形112上降低了焊料302的厚度，从而增强焊料的表面张力，于是增大使表面贴装元件402与焊盘装置100对准的力。图9内，该焊料302基本上粘附于端头404和三角椭圆焊盘108。重新固化的焊料302的上表面靠近三角椭圆焊盘108处为凹形，证明回流焊工艺中，表面张力增大发生于对准本面贴装元件402时。
弧形区112提供的附带好处是增大安置表面贴装元件的公差孔而不会有害作用。这是由于形成焊盘装置100工艺的固有精度高于印制焊膏202的精度的结果。换言之，该弧形区112可以彼此配置得比整个焊盘装置都用焊料膏202印成所能达到的配置更紧密，而不会造成电短路。较紧密配置弧形区为接触与对准元件402提供了更大液化焊料区，就是回流焊工艺之前对不准的那个区域。
参看图10，该正侧视纵剖面图描绘出一块“碑石”，亦即，采用常规焊盘装置100回流焊后一端翘起的表面贴装元件402。该常规焊盘装置1000包括衬底1002和焊盘1004，焊盘伸出很小或几乎没有超出元件402端头404的底部704长度。由于加工过程千变万化，回流焊时因焊料1006包围端头404的一端而使元件402有时可能变成悬臂的。在这种悬臂位下，另一个端头404不可能接触另一个焊料1008，元件402的固定也就变成无效的了。
参看图11，根据本发明优选实施例的表面贴装元件402和焊盘装置100的正侧视纵剖面图描绘出了回流焊时产生的抗埋碑式力。由于回流焊过程开始时焊料移向弧形区112，就因移动产生端头704与弧形区112之间的向下力1102，结果增强了焊料302的表面张力。该向下的力1102使元件402有沿曲线箭头1110的所示的方向旋转的倾向，于是带动抬起端底704向下并达到与焊料302接触。一旦两端头404底部704都与液化的焊料302接触，就能正常地进行元件与焊盘装置100的对准与固定，参见图4～9如上所述。
参看图12，根据本发明的优选实施例的用于贴装表面贴装元件402的优选制造工艺1200的框图表示出一种光平版印刷加工机1202。该光平版印刷加工机1202用于把光可以描摹的刻蚀胶，例如Dupont Vacrel在衬底102涂复成图形。该衬底102镀以金属，例如半盎司铜，例如热空气焊料均化的锡铝合金，用以形成电路通路与三角椭圆焊盘108。接着，衬底102转到化学刻蚀器1204，该刻蚀器包括刻蚀剂例如氯化铁，用来刻蚀未受刻蚀胶保护的金属镀层，从而除去所要的电路通路和三角椭圆焊盘108以外的所有金属，形成印刷线路板。
按同样的方法，用光平版印刷加工机1202和化学刻蚀器1204由材料，例如不锈钢制成模板，该模板有与三角椭圆焊盘108的椭圆区110的位置、尺寸及形状相符合的窗口。然后将衬底转到光刻胶施加器1205，在此将保护的阻挡层材料丝网印刷在衬底上，加热固化，然后选择性地从三角椭圆焊盘108及其包围区106将其除去。
接着，将衬底102和模板转到焊料印刷器1206，使模板窗口与衬底102上的椭圆110对准，通过模版把焊膏202涂到椭圆区110上，涂上焊膏202之后，该衬底进入自动安放装置1208，将表面贴装元件402安放在焊膏202的上面，而表面贴装元件的端头404大致对准于包括弧形区112的三角椭圆焊盘108的椭圆区110上。
接着，该衬底102和表面贴装元件402进入使焊膏202中的焊料液化的回流炉1210。最好，在回流炉中时，回流炉要有惰性气氛，以控制材料的氧化。一旦焊料已成液体化，该焊料302“浸润”，即，均匀覆盖且粘到表面贴装元件端头404和三角椭圆焊盘103(图1)上。当在回流炉1210时，受液化焊料表面张力产生的力的影响容许表面贴装元件402自由移动。液体表面张力特点是表面张力有直接使液体表面积减至最小的趋势。这个特点造成三角椭圆焊盘108和表面贴装元件端头404与液化焊料302表面张力的作用，因而牵引表面贴装元件端头404向与对应三角椭圆焊盘108对准的位置行进，如图6所绘。
当衬底从回流炉1210拉出时，该焊料重新固化，于是把表面贴装元件端头404固定于在回流炉1210中达到对准位置的三角椭圆焊盘108上。在根据本发明的优选制造工艺中自动提供的对准是造成比常规工艺固定缺陷率减小的原因。应当知道，类似的工艺与材料也能替换上述优选本发明实施例的工艺和材料。
参看图13，根据本发明优选实施例构成的选择呼叫接收器1300的等角视图描绘出印刷线路板1302和表面贴装元件1304。表面贴装元件固定于与根据本发明优选实施例相同的三角椭圆焊盘108的在印刷线路板1302上的三角椭圆焊盘。该选择呼叫接收器1300进一步包括用于保护其中所含电路的壳体1306、以及用于控制选择呼叫接收器1300运行的用户控制键1308。
参看图14，根据本发明优选实施例的选择呼叫接收器1300的电路框图包括监听RF信号的天线1402。天线1402联到接收器1404，以接收并且解调监听到的RF信号。一解码器1406联到接收器1404，以解码任何数目已知信号协议，诸如POCSAG或GSC选择呼叫信号发射出的解调地址。一微处理器1408，例如Motorola，Inc.of Schaumburg，IL制造的MC68HCSC8或C11系列微计算器也联到接收器1404，以处理解调信息。该微处理器1408对解码器1406起响应，又联到随机存储器(RAM)1410以存储分配给选择呼叫接收器1300地址的恢复信息。一报警信号发生器1412联到微处理器1408，应微处理器1408准备从事显示通信时，给用户提供一种声频或触感的报警信号。
输出装置1414包括一可见显示器或音频变换器或两者俱备，而输出装置1414也受微处理器1408控制。控制部件1416包括用户以理解的控制器，允许用户命令微处理器1408执行本领域常规技术之一的众所周知选择呼叫接收器操作，而一般有控制开关，诸如开/断控制按钮，功能控制器，等等。
微处理器1408联到只读存储器(ROM)1421，该ROM包括控制选择呼叫接收器1300的操作系统软件。应该知道，解码器1406、RAM1410以及ROM1421的功能和与其连接的元件都可并入微处理器1408。还应知道，其他类型非易失存储器，例如，可编程序只读存储器(PROM)和电可擦可编程序只读存储器(EEPROM)同样都可用作ROM1421。
因此，本发明有益地提供一种把表面贴装元件对准并固定于相应安装焊盘装置的较好方法和设备。本发明使元件对不准和埋斜情况减至最少，从而比之常规方法和设备降低了固定缺陷。

Claims (8)

1.一种对准和固定表面贴装元件的方法，表面贴装元件包括元件每个端面的端头，而端头底部和端面部，通过使端头与焊盘之间的导电材料液化与随后的固化的回流焊工艺使之固定于衬底上的对应焊盘上，本方法包括如下步骤：
形成包括两个对置焊盘的焊盘装置，每个焊盘拥有三角椭圆形区包括：
当元件与焊盘装置对准时，一个实际上中心在对应元件端头底部的椭圆区；以及一个与椭圆区连接的沿中心长度方向伸向对置焊盘的弧形区；
将导电材料施加到椭圆区；以及
此后，进行回流焊工艺，借此，使导电材料液化并流入弧形区，从而促进焊盘装置与元件的对准。
2.按照权利要求1的方法，其中形成步骤包括：
在形成步骤之后，将保护涂层丝印刷在衬底和焊盘装置上；以及
然后，从焊盘和从两焊盘之间的衬底与邻接焊盘上除去保护涂层。
3.按照权利要求1的方法，
其中，导电材料包括焊盘，以及
该施加步骤包括把焊膏印刷在椭圆区上的步骤。
4.按照权利要求1的方法，其中进行步骤包括以下步骤：
加热导电材料，使导电材料液化，于是使液化了的导电材料的表面张力能够牵引元件进行与焊盘装置对准，以及
随后，使液化了的导电材料冷却将导电材料固化，从而把元件固定在焊盘装置上。
5.按照权利要求1的方法，
其中，椭圆区具有第1形心，
三角椭圆区具有第2形心，而第2形心的位置比第1形心更靠近焊盘装置的中心，
导电材料具有第3形心，该第3形心在施加步骤后和进行步骤前最接近第1形心，以及
进行步骤包括将第3形心从接近第1形心移动到接近第2形心，从而使液化导电材料的表面张力直接指向焊盘装置的中心。
6.按照权利要求5的方法，其中形成步骤包括步骤：
在形成步骤之后，将保护涂层丝网印刷在衬底和焊盘装置上；以及
此后，从焊盘和从在焊盘之间及邻接焊盘的衬底上除去保护涂层。
7.按照权利要求5的方法，
其中，导电材料包括焊膏，以及
施加步骤包括把焊膏印刷在椭圆区上的步骤。
8.按照权利要求5的方法，其中，进行步骤包括以下步骤：
加热导电材料，使导电材料液化，于是使液化了的导电材料的表面张力能够牵引元件进行与焊盘装置的对准；以及
随后，冷却液化了的导电材料，使导电材料固化，从而把元件固定于焊盘装置上。
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