專利名稱：不產(chǎn)生不必要焊球的電子元件組裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過焊接在印刷電路板(PCB)上組裝各種電子元件的方法，特別是涉及一種采用回流焊接的方法將各種電子元件組裝在PCB上的方法。
首先將焊料膏印制在PCB上的焊接區(qū)(步驟101)，這一印制過程可概括為圖2A至2C。
在上述的印制過程中，先將一個金屬掩膜13置于PCB 15之上，如圖2A所示，在金屬掩膜13上形成與焊接區(qū)14的尺寸相等的開口12，其排列圖案與PCB上焊接區(qū)14的排列圖案是一致的。然后調(diào)整金屬掩膜13的位置，使金屬掩膜13上的開口12定位于PCB 15上每一個相應(yīng)的焊接區(qū)14上。
通過印制印制器10將焊料11在金屬掩膜13上滾過，使焊料11填充在金屬掩膜13的開口12中，如圖2B所示。在金屬掩膜13上所有的開口12均填滿焊料11后，從PCB 15上移去金屬掩膜13，如圖2C所示。這樣就將焊料膏印制在焊接區(qū)14上了。
然后，將芯片元件，例如表面安裝元件如QFP(四列扁平組件)或SOP(小形組件)置于上述的焊料膏上(步驟102)。再將該組裝有表面安裝元件的PCB通過高溫回流熔爐，使PCB上的焊料膏熔化，并將表面安裝元件上的引線與PCB的焊接區(qū)焊接到一起。到這一步就完成了在PCB的一個表面上的元件組裝，然后將PCB翻過來，使PCB的另一個還沒有組裝元件的表面向上(步驟104)。
如步驟101和步驟102一樣，在另一個表面上印制焊料膏(步驟105)和安裝元件(步驟106)。然后再安裝通孔(T/H)元件(步驟107)，這種元件的構(gòu)造是適合安裝的，該安裝是通過將引線穿過PCB上形成的T/H而進(jìn)行的。然后如步驟103那樣，接著將PCB通過回流熔爐對元件進(jìn)行焊接(步驟108)。最后，對于那些不能承受回流熔爐高溫的元件采用手工操作進(jìn)行焊接(步驟109)。這樣就完成了PCB上電子元件的組裝。
在上述傳統(tǒng)的電子元件組裝方法中，焊料11通常是采用錫-鉛(Sn-Pb)焊料。然而，這種錫-鉛焊料含有毒性的重金屬鉛(Pb)。由于對采用含鉛焊料的廢電子設(shè)備處理不適當(dāng)，將會造成對全球環(huán)境的污染問題。為了解決這一問題，近幾年更傾向于采用不含鉛(Pb)的無鉛焊料來防止環(huán)境的污染。
錫-銀(Ag)焊料是一種眾所周知的無鉛焊料。由于銀的穩(wěn)定特性，在電子元件的組裝中采用錫-銀焊料代替錫-鉛焊料，對于組裝的電子元件的可靠性完全可以達(dá)到與現(xiàn)有技術(shù)相同的水平。然而，錫-銀焊料的熔點(diǎn)大約為220℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于錫-鉛焊料的熔點(diǎn)，后者的熔點(diǎn)為183℃。因此，在采用錫-鉛焊料的焊接組裝工藝中僅簡單地以錫-銀焊料代替錫-鉛焊料，將會遇到一些問題。而且不經(jīng)過任何改進(jìn)，直接在原有的采用錫-鉛焊料工藝的設(shè)備上采用錫-銀焊料進(jìn)行焊接，也會遇到一些問題。特別是當(dāng)熔點(diǎn)為220℃的錫-銀焊料在回流熔爐中熔融焊接時，有時電子元件的溫度會達(dá)到240℃以上，一般的電子元件的承受溫度約為230℃。因此，如果在電子元件的組裝中采用錫-銀焊料，則必須考慮提高所用各種電子元件的承受溫度。
除了具有高熔點(diǎn)的錫-銀焊料外，還已知錫-鋅(Sn-Zn)焊料也是一種無鉛焊料。這種錫-鋅焊料的熔點(diǎn)約為197℃，因此無需任何改進(jìn)，則可以采用現(xiàn)有的設(shè)備對現(xiàn)有技術(shù)的電子元件進(jìn)行焊接組裝。
在此我們將考慮所述的電子元件為下述元件時，在PCB上的焊接組裝情況具有L-型引線的器件如鉭電容器或尺寸在1608(0.8mm×1.6mm)至5750(5.7mm×5mm)范圍內(nèi)的無引線芯片元件。
如上所述，金屬掩膜13上的開口12的尺寸與焊接區(qū)14的尺寸是相同的。如果在采用金屬掩膜13將焊料膏印制在PCB 15上后，將占有焊接區(qū)14較大區(qū)域的具有L-型引線的器件或帶電極的無引線芯片安裝在PCB上，有時焊接區(qū)14上的印制的焊料11的一部分經(jīng)擠壓后會溢出進(jìn)入回流區(qū)。從焊接區(qū)14壓出的焊料11，其中一部分將在回流過程中被焊接區(qū)14上的焊料11吸收，而也會有一部分在焊接區(qū)14外部的區(qū)域形成焊球。如果形成這種焊球，將會導(dǎo)致PCB的擊穿。
特別地，由于上述無鉛的錫-鋅(Sn-Zn)焊料的潤濕性要差于含鉛的焊料膏，因此這種無鉛焊料更易導(dǎo)致形成上述的焊球。因此，在使用無鉛的錫-鋅(Sn-Zn)焊料時，非常需要提供一種方法來避免焊球的形成。
為了達(dá)到這一目的，本發(fā)明采用了一種金屬掩膜，在該金屬掩膜中形成了至少一個用于印制焊料膏的開口，其形狀為至少部分開口邊界位于印刷電路板上焊接區(qū)域邊緣的內(nèi)部。采用這種方法后，在將電子元件置于印制的焊料膏上后，可減少焊料從焊接區(qū)的溢出，因此，按照本發(fā)明的電子元件組裝方法，即使采用潤濕性較差的焊料，也可以防止在回流過程中形成焊球。
在本發(fā)明的電子元件組裝方法中，是在電極所處的印刷電路板上的焊接區(qū)域上，使金屬掩膜上的開口的邊界位于該焊接區(qū)的邊界之內(nèi)，這樣可以有效地減少焊料從焊接區(qū)中溢出。而且，僅僅在電極所處的區(qū)域上使金屬掩膜上的開口的邊界位于該焊接區(qū)的邊界之內(nèi)，并不會明顯地減少印制在焊接區(qū)的焊料膏的量，因此能保持足夠的焊接強(qiáng)度。
所以，即使采用潤濕性較差的焊料，本發(fā)明也可以對電子元件進(jìn)行有效地組裝，因此特別適用于采用潤濕性較差的無鉛(Pb)錫-鋅焊料的電子元件組裝方法中。另外，本發(fā)明還適用于容易從焊接區(qū)壓出的焊料的無引線芯片或帶有L-型引線的器件的組裝方法中。
通過下面的說明，并參考本發(fā)明用于說明實(shí)施例的附圖
，可以很清楚地看出本發(fā)明的上述目的和其他目的，以及本發(fā)明的特性和優(yōu)點(diǎn)。
圖2A至2C是顯示現(xiàn)有技術(shù)的在PCB的焊接區(qū)上印制焊料膏的工藝過程示意3是根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施方案的電子元件組裝方法制造的組裝件的截面圖，并附有焊接區(qū)部分的平面圖，在這種組裝件的制造過程中焊料膏被印制在該焊接區(qū)部分。
首先參照圖3，在該實(shí)施方案中，將無引線芯片元件安裝在PCB 15上作為電子元件1。電子元件1的兩側(cè)裝有電極2，通過將這些電極2焊接到PCB 15上的焊接區(qū)14上，將電子元件1組裝在PCB 15上。PCB 15上設(shè)計(jì)的焊接區(qū)14的排列圖案與電極2是相對應(yīng)的。在圖3所示的實(shí)例中，焊接區(qū)14是長方形的。
在組裝過程中，首先采用金屬掩膜在PCB 15上印制焊料膏，金屬掩膜上形成的開口的排列圖案與焊接區(qū)14的排列相一致。在這一實(shí)例中，采用無鉛的錫-鋅(Sn-Zn)焊料作為焊料膏。
從圖3所示的在焊接區(qū)14上印制形成的焊料11的形狀可以看出，其所采用的金屬掩膜上的開口的邊界位于焊接區(qū)14的邊界之內(nèi)。具體地講，是在靠近電子元件1、而且是電子元件1的電極2所處的焊接區(qū)14上，其金屬掩膜的開口的邊界位于焊接區(qū)14的邊界之內(nèi)。在遠(yuǎn)離電子元件1的區(qū)域上，金屬掩膜上開口的邊界與焊接區(qū)14的邊界是重合的。因此，在電子元件1以外的焊接區(qū)域14上，金屬掩膜上開口的邊界的形狀為長方形，而在與電子元件1相接近的區(qū)域上，金屬掩膜上開口的邊界的形狀為具有一個頂角的三角形，并且該頂角指向電子元件1。因此，金屬掩膜上的整個開口形狀形成了“home plate”形狀。
然后將電子元件1安放在按上述方法已印制了焊料11的PCB 15上，再將此組合件通過回流熔爐，將電子元件1焊接在PCB 15上，從而獲得如圖3所示的組裝結(jié)構(gòu)。
在前面的說明中描述了本發(fā)明的電子元件的組裝方法，所采用金屬掩膜上開口12的邊界位于焊接區(qū)14的邊界之內(nèi)。由于采用了這種方法，在安裝電子元件1時，可減少焊料11從焊接區(qū)14中壓出。因此，即使采用了潤濕性較差的錫-鋅(Sn-Zn)焊料，本發(fā)明實(shí)施方案中所述的電子元件組裝方法也可抑制在隨后的回流過程中焊球的形成。
另外，在本發(fā)明的實(shí)施方案中，僅在電子元件1的電極2所處的區(qū)域，金屬掩膜上的開口的邊界位于焊接區(qū)域14的邊界之內(nèi)。正是由于在電子元件1的電極2所處的區(qū)域中，將金屬掩膜上開口的邊界置于該焊接區(qū)域14的邊界之內(nèi)，才可以有效地減少在安放電子元件1時從焊接區(qū)14被擠壓出的焊料量。而且在電子元件1以外的區(qū)域1上，金屬掩膜開口的邊界與焊接區(qū)14的邊界是吻合的，并不會明顯地減少焊料膏的總量，因此本發(fā)明實(shí)施方案中所述的電子元件組裝方法，即使在采用了潤濕性較差的錫-鋅(Sn-Zn)焊料的情況下，不僅可以在回流過程中抑制焊球的形成，而且還保持了足夠的焊接強(qiáng)度。
雖然在根據(jù)該實(shí)施方案的電子元件組裝方法中，所描述的實(shí)例是形成的金屬掩膜的開口為“home plate”形狀，但本發(fā)明并不局限于這一類型，金屬掩膜的開口可以是任意的形狀，其中金屬掩膜的開口的邊界位于焊接區(qū)的邊界之內(nèi)。
此外，盡管在本發(fā)明實(shí)施方案中描述了組裝無引線芯片元件作為電子元件1的過程，但這一電子元件的組裝方法也可以適用于具有L-型引線的電子器件如鉭電容器的組裝過程中。另外，雖然描述這樣的情況在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的電子元件的組裝方法中，使錫-鋅(Sn-Zn)焊料作為焊料膏，但本發(fā)明并不局限于這種形式，在應(yīng)用本發(fā)明的方法時還可以采用其他的焊料膏，本發(fā)明在采用潤濕性較差的焊料膏時特別有效。
雖然以上采用專業(yè)術(shù)語描述了本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，但這些描述僅僅是說明性的，應(yīng)該認(rèn)識到，在不脫離下述權(quán)利要求的精神或范圍的基礎(chǔ)上，仍可以作出許多的變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種組裝電子元件的方法，在該方法中通過將電極焊接在焊接區(qū)上將帶有電極的電子元件組裝在印刷電路板上，在所述印刷電路板上以與所述電極相對應(yīng)的排列圖案形成焊接區(qū)；所述方法包括以下步驟制備金屬掩膜，在該金屬掩膜上以與所述焊接區(qū)相對應(yīng)的排列圖案形成開口；將所述的金屬掩膜安置在所述的印刷電路板上，使所述開口分別位于各對應(yīng)的焊接區(qū)上；采用焊料膏填充每一個開口；移去所述的金屬掩膜；將所述電子元件置于所述印刷電路板上，使所述電極分別位于所述的焊料膏上；和對所述焊料膏進(jìn)行回流，使所述電極焊接在所述的焊接區(qū)上；其中，使用這樣的金屬掩膜作為所述的金屬掩膜當(dāng)將所述金屬掩膜置于所述印刷電路板上時，在所述金屬掩膜上至少有一個開口是以這樣的形狀形成的其邊緣的至少一部分位于所述焊接區(qū)的邊界之內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組裝電子元件的方法，其中，使用這樣的金屬掩膜作為所述的金屬掩膜在電極所處的焊接區(qū)上，所述金屬掩膜上的至少一個開口是以這樣的形狀形成的其中所述開口的邊界位于所述焊接區(qū)的邊界之內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組裝電子元件的方法，其中，采用不含鉛的錫-鋅焊料作為所述的焊料膏。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組裝電子元件的方法，其中，所述的電子元件為無引線芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組裝電子元件的方法，其中，所述的電子元件為具有L-型引線的器件。
6.一種組裝件，包括印刷電路板，在該印刷電路板的表面上提供了焊接區(qū)，并且焊料膏被印制在所述焊接區(qū)上；和帶有電極的電子元件，采用所述焊料膏將所述電極焊接在所述印刷電路板的焊接區(qū)上；其中，所述焊料膏是以這樣的形狀形成的所述焊料膏的邊界位于所述焊接區(qū)的邊界之內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組裝件，其中在電極所處的焊接區(qū)上，所述焊料膏是以這樣的形狀形成的所述焊料膏的邊界位于所述焊接區(qū)的邊界之內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組裝件，其中所述的焊料膏是不含鉛的錫-鋅焊料。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組裝件，其中所述的電子元件為無引線芯片。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組裝件，其中所述的電子元件為具有L-型引線的器件。
11.一種金屬掩膜，當(dāng)通過將電極焊接在焊接區(qū)上而在印刷電路板上組裝帶有電極的電子元件時，其中所述印刷電路板上具有與所述電極對應(yīng)的焊接區(qū)，使用所述的金屬掩膜以與印刷電路板上的焊接區(qū)對應(yīng)的圖案來印制焊料膏；其中在將所述金屬掩膜置于所述印刷電路板上時，在所述焊接區(qū)上的所述金屬掩膜中形成用于填充焊料膏的開口；其中至少一個開口是以這樣的形狀形成的其中所述開口的邊界位于所述焊接區(qū)的邊界之內(nèi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的金屬掩膜，其中，在電極所處的焊接區(qū)上，至少一個開口是以這樣的形狀形成的所述開口的邊界位于所述焊接區(qū)的邊界之內(nèi)。
全文摘要
通過將電極焊接到焊接區(qū)上而將帶有電極的電子元件組裝在印刷電路板上，在該印刷電路板上以與所述電極對應(yīng)的排列圖案形成焊接區(qū)。以這樣的形狀將焊料膏印制在焊接區(qū)上焊料膏的邊界位于焊接區(qū)的邊界之內(nèi)。然后將電極置于焊料膏上，使焊料膏回流，將電極焊接在焊接區(qū)上。
文檔編號H05K3/34GK1392760SQ0212168
公開日2003年1月22日 申請日期2002年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月1日
發(fā)明者酒井浩, 鈴木元治, 五十嵐誠, 田中昭廣 申請人:日本電氣株式會社