焊料預(yù)成型件與焊料合金裝配方法
【專利摘要】一種將組件裝配到基體上的方法，例如將電子組件裝配到電子基體上的方法，包括將焊膏應(yīng)用到電子基體從而形成焊膏沉積，將低溫預(yù)成型件放置到所述的焊膏沉積處，以焊膏的回流溫度加工該電子基體從而產(chǎn)生一個(gè)低溫焊點(diǎn)，以及以比焊膏的回流溫度低的回流溫度加工所述的低溫焊點(diǎn)。裝配組件和焊點(diǎn)組合物的其他方法將進(jìn)一步公開。
【專利說明】焊料預(yù)成型件與焊料合金裝配方法

【背景技術(shù)】
[0001]本申請(qǐng)涉及的是將組件連接到基體上的方法，更為詳細(xì)的說，本申請(qǐng)涉及的是將電子組件和相關(guān)設(shè)備連接到印刷電路板上的方法。
[0002]無鉛焊料合金在電路板組裝領(lǐng)域來說是眾所周知的。這種無鉛焊料合金的實(shí)施例包括錫-銀-銅或SAC合金以及錫鉍合金。SAC合金具有加工溫度相對(duì)較高的缺點(diǎn)。錫-鉍合金在高應(yīng)變率下表現(xiàn)出延性損失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的一個(gè)方面涉及的是將組件裝配到基體上的方法，例如將電子組件裝配到電子基體上。在一個(gè)實(shí)施方案中，所述的方法包括:將焊膏應(yīng)用到電子基體上，從而形成焊膏沉積；將低溫預(yù)成型件放置到所述焊膏沉積處；以焊膏的回流溫度加工該電子基體從而產(chǎn)生一個(gè)低溫焊點(diǎn)；以及以比焊膏的回流溫度低的回流溫度加工所述的低溫焊點(diǎn)。
[0004]該方法的實(shí)施方案進(jìn)一步包括以較低回流溫度和回流溫度之間的溫度進(jìn)行的第二焊接工藝。在某些實(shí)施方案中，所述的低溫預(yù)成型件可以是包括錫和鉍的組合物。所述的組合物可包含42%重量的錫和58%重量的鉍。所述的組合物還可以包括銀。在另一些實(shí)施方案中，所述的焊點(diǎn)包括錫、銀、銅和鉍。所述的焊點(diǎn)可以包括49-53%重量的錫、0-1.0%重量的銀、0-0.1%重量的銅和46-50%重量的鉍。所述的焊點(diǎn)的回流溫度可以在138-170°C之間。在另一些實(shí)施方案中，所述的組合物可以包括55%重量的錫和45%重量的秘。
[0005]本發(fā)明的另一方面涉及的是一種方法，其包括:將低溫焊膏應(yīng)用到電子基體上，從而形成焊膏沉積；將高溫預(yù)成型件放置到所述的焊膏沉積處；以及以回流溫度加工所述的電子基體，其適用于低溫焊膏用于產(chǎn)生低溫焊點(diǎn)，導(dǎo)致高溫焊接預(yù)成型件分解進(jìn)入所述的低溫焊膏沉積。
[0006]所述方法的實(shí)施方案進(jìn)一步包括由錫和鉍組成的低溫焊膏組合物。在一些實(shí)施方案中，所述的組合物可以包括42%重量的錫和58%重量的鉍。所述的組合物還可以包括銀。所述的焊點(diǎn)的回流溫度可在190-200°C之間。
[0007]本發(fā)明的另一方面涉及的是一種焊點(diǎn)，其包括49-53%重量的錫、0-1.0%重量的銀、0-0.1%重量的銅和平衡的鉍。在一個(gè)實(shí)施方案中，焊點(diǎn)的回流溫度在190-200°c之間。

【具體實(shí)施方式】
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，在不同的溫度下回流，在印刷電路板(PCB)的相同側(cè)，通過選擇性地將低溫預(yù)成型件放置在焊膏沉積處，使用單一焊膏印刷工藝，可能產(chǎn)生兩種或更多種類型的焊點(diǎn)。在焊膏合金的溫度回流之后，焊點(diǎn)可在不干擾其他多數(shù)焊點(diǎn)連接的情況下，在第二焊接工藝回流或者以較低溫度返工。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)非限定性實(shí)施方案，錫-鉍預(yù)成型件具有的熔融溫度為大約138°C，其被放置在SAC(錫-銀-銅)焊膏的沉積處，SAC(錫-銀-銅)焊膏具有的熔融溫度約為217°C，從而產(chǎn)生具有熔融溫度約為165-180°C的低溫焊點(diǎn)。所得到的焊點(diǎn)適用于在約為200°C的溫度下進(jìn)行低溫第二焊接工藝，從而能夠使所述的第二焊接工藝不干擾SAC焊點(diǎn)。所述的第二焊接工藝可能包括，舉例來說，RF屏蔽或溫度敏感元件的連接和發(fā)生在比低溫焊接(約200°C為例)高但比SAC焊料的熔融溫度217°C低的溫度。不同的預(yù)成型件可以選擇地用于發(fā)生在不同的溫度下回流的區(qū)域。
[0010]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，PCB的一側(cè)的部分可以在低溫焊料和標(biāo)準(zhǔn)無鉛SAC焊料共存的情況下可選擇的發(fā)生。然后在電氣驗(yàn)證測(cè)試之后，在不干擾SAC焊點(diǎn)的情況下，第二焊接操作可以在該P(yáng)CB上執(zhí)行(例如，焊接無線電頻率或RF屏蔽)。根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案的方法和途徑，有益的是，其無需任何復(fù)雜的裝配操作，例如低效地分配低溫焊膏從而在PCB上產(chǎn)生第二低溫區(qū)域。相反，僅由一種焊膏(例如SAC305)印制的低溫焊點(diǎn)產(chǎn)生，然后通過選擇性的挑選和將低溫預(yù)成型件(例如Sn42Bi58)放置到SAC焊膏中，并將PCB板以SAC溫度(例如，約為240°C)回流。因此，電路板的區(qū)域包含低溫焊料(例如，Sn55Bi45或Sn60Bi40)，其可用于以不干擾SAC焊點(diǎn)的回流溫度(例如，在200°C回流)用于第二焊接工藝。
[0011]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，方法可用于各種應(yīng)用。在一些非限定性的實(shí)施方案中，移動(dòng)手持設(shè)備的工人可以對(duì)PCB之上的電子進(jìn)行100%測(cè)試，然后附加RF屏蔽。在所述組件已經(jīng)附著之后應(yīng)用低溫焊膏來屏蔽可能需要分配，這是繁瑣且緩慢的。如果所述的RF屏蔽僅由SAC焊膏附加，第二焊接工藝將會(huì)干擾已經(jīng)測(cè)試后的電子組件。一個(gè)更為有效的方法是從SAC焊膏和錫-鉍預(yù)成型件建立所述的低溫焊點(diǎn)，并在初始回流期間與回流相結(jié)合。一旦電氣測(cè)試完成，屏蔽可以通過將其浸入助焊劑中附加，將其放置在現(xiàn)有的低溫焊點(diǎn)上，并在足夠的溫度下回流從而回流所述的低溫焊料，但低于SAC的溫度。
[0012]在其他非限定性的實(shí)施方案中，RF屏蔽可以在與其他SAC組件相同的時(shí)間焊接到電路板上，但由于所述焊點(diǎn)保護(hù)使用SAC焊膏和錫-鉍預(yù)成型件的結(jié)合的焊接屏蔽，所述屏蔽可以被移除而無需干擾其他的焊點(diǎn)，因?yàn)槠帘魏更c(diǎn)的回流溫度比電路板上的其他組件低。如果所述的屏蔽使用SAC焊料附加，屏蔽的移除工藝(進(jìn)入或在所述屏蔽下的帶有集成電路的電氣問題的返工)可能干擾周圍區(qū)域的焊點(diǎn)，當(dāng)試圖修補(bǔ)RF屏蔽下的特定問題的時(shí)候，可能引入更多的問題
[0013]在進(jìn)一步的非限定性的實(shí)施方案中，將溫敏元件附著到PCB上可以通過SAC焊膏和錫-鉍預(yù)成型件產(chǎn)生的焊點(diǎn)完成。然后，所述的溫敏元件僅借助于焊膏助焊劑被連接，并以較低溫度焊接操作。所述的焊膏助焊劑用于將部分錨定在其位置，就像標(biāo)準(zhǔn)PCB裝配過程中焊膏錨定電器組件那樣。
[0014]在另外的實(shí)施方案中，熱循環(huán)耐力和抗跌落沖擊，兩種產(chǎn)品功能對(duì)于電子組件來說是非常重要的，是需要被優(yōu)化的。焊料合金在同時(shí)使用這兩個(gè)度量的組件的性能方面起著很重要的作用。為了優(yōu)化具體的熱循環(huán)耐力，所述的焊料合金通常會(huì)包含小百分比的銀。然而，為了優(yōu)化跌落沖擊，較少的銀是最好的。對(duì)于在單一 PCB上的混合合金的能力，所有的單一焊膏應(yīng)用方法，通過在相同電路板上用于特定設(shè)備的焊料合金的選擇性工程同時(shí)滿足跌落沖擊和熱循環(huán)耐力的微調(diào)是可能的。
[0015]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，所述方法可能產(chǎn)生RoHS(限制有害物質(zhì))兼容的同時(shí)在PCB上選擇地低溫合金與SAC305焊料一致。這樣的方法可能涉及使用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的單一焊膏印刷工藝。在一些非限定性的實(shí)施方案中，RF屏蔽可被移除用于不干擾周圍組件的返工。在其他實(shí)施方案中，低溫焊點(diǎn)可以在SAC305回流期間形成，其用于支持在低溫狀態(tài)下的第二回流工藝。所述的第二工藝可以，例如，將溫敏元件連接或?qū)F屏蔽連接。
[0016]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，用于產(chǎn)生低溫焊料合金用于屏蔽連接的方法可能涉及單一焊膏印刷工藝。在一些實(shí)施方案中，SAC305焊膏可印刷。一種錫-鉍合金預(yù)成型件可以放置在焊膏墊塊上以此連接RF屏蔽。然后，所述的組件可使用標(biāo)準(zhǔn)SAC305回流曲線回流。所述的RF屏蔽可以在低溫狀態(tài)下移除，不會(huì)干擾SAC305焊點(diǎn)。SAC305焊膏和錫-鉍預(yù)成型件可以以不同比例的組合來實(shí)現(xiàn)所需的非共晶(non-eutectic)錫-鉍-銀-銅合金。所述的預(yù)成型合金可被調(diào)整以實(shí)現(xiàn)更多的合金柔性。在氮?dú)庵械幕亓骺梢蕴峁┯糜陬A(yù)成型件-焊膏比例的增加的柔性。
[0017]在合金的第一實(shí)施例中:
[0018]
合金成分混合物貢獻(xiàn)復(fù)合合金
WSTTo
Sn%Γ519.3 52.9Sn
Ag3.00.6 0.9Ag
Cu0507?0.1Cu
預(yù)成型件4.0
Sn?ΖΟ33?6
Bi57Γθ4θ7? 46.1Bi
Ai040732
總量100.0100.0
[0019]所述的成分包括一部分SAC305焊膏和四部分SnBi47.6Ag0.04預(yù)成型件=?Sn53Bi Agl Cu 0.10 (熔融范圍約為 138-165DC )
[0020]在合金的第二實(shí)施例中:
[0021]
合金成分混合物貢獻(xiàn)復(fù)合合金
WWTo
Sn %Γ513.8 49.8Sn
3Γθ0Π0.4Ag
Cu 0507?0.07Cu
預(yù)成型件6.0
Sn?ΖΟ36.0
Bi587049.7 49.7Bi
Ag0.00.0
總量100.0100.0
[0022]所述的成分包括一部分SAC305焊膏和六部分Sn42Bi58預(yù)成型件=?Sn50 Β?50Ag0.4 Cu。(熔融范圍約為 138-170。。)
[0023]因此，上述存在的合金的這兩個(gè)實(shí)施例可以以顯著低于200°C的溫度下返工。
[0024]根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，預(yù)成型件可以以各種各樣的合金制造，其能夠以復(fù)合合金進(jìn)行微調(diào)。舉例來說，在非限定性實(shí)施方案中，Sn55Bi45+Cu和Co可以提高跌落沖擊。在非晶合金中高銀靈敏度不重要。通過使用預(yù)成型件從而選擇性地調(diào)整焊點(diǎn)合金用于在PCB上的特定位置，可能滿足用于單一組件的目標(biāo)混合物。在一些實(shí)施方案中，特定組件的跌落沖擊或熱循環(huán)靈敏度可以通過改變特定成分的合金克服。
[0025]在本發(fā)明的另外一個(gè)實(shí)施方案中，一種生產(chǎn)焊點(diǎn)的方法可以使用將低溫焊膏，例如，錫-鉍合金(例如，Sn42Bi58)，應(yīng)用到印刷電路板(PCB)從而形成焊料沉積，并選擇性地將較高溫度預(yù)成型件，例如SAC305預(yù)成型件，放置到所述的焊膏沉積處。由此產(chǎn)生的組合物在回流溫度下加工，其適用于低溫焊膏從而產(chǎn)生低溫焊點(diǎn)?；旧?，所述的高溫焊料預(yù)成型件分解或混合進(jìn)入所述低溫焊膏中。產(chǎn)生的焊點(diǎn)的回流溫度在190-200°C之間。在某些實(shí)施方案中，預(yù)成型件具有較高的加工溫度，當(dāng)仍然保持較低的總加工溫度時(shí)，其可以使用。在本實(shí)施方案中，所述較高溫度預(yù)處理件分解于所述較低溫度焊膏沉積處。因此，所述的加工溫度無需達(dá)到預(yù)成型件的熔融溫度實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生的焊點(diǎn)。上述方法可能在需要低溫回流加工或當(dāng)?shù)玫降暮更c(diǎn)具有特有特征(例如較高的錫含量以提升焊點(diǎn)的延性)時(shí)適用。
[0026]在一個(gè)實(shí)施例中，方法包括將SN42BI58焊膏沉積到印刷電路板上。焊料預(yù)成型件，例如SAC305焊料預(yù)成型件，被選擇性地放置到焊膏沉積處。由此產(chǎn)生的系統(tǒng)在190-200°C的溫度之間處理，這適用于回流SN42BI58焊膏沉積。由此產(chǎn)生的焊點(diǎn)具有高錫含量，因此，不同的、獨(dú)有的合金具有特有屬性。
[0027]本文所述的回流焊接是指一個(gè)過程，其中焊膏被印刷或分配，或者焊料預(yù)成型件被放置，或者二者皆有，在印刷電路板的一個(gè)表面上，組件被放置在或接近所述的沉積焊料處，且組件被加熱到足夠使所述焊料回流的溫度。
[0028]在某個(gè)實(shí)施方案中，所述的焊膏和所述的預(yù)成型件共享至少一個(gè)共同的元素，從而便于以接近或低于所述合金之一的熔點(diǎn)的溫度快速分解進(jìn)入另一種。在一個(gè)實(shí)施方案中，這種共同的元素是錫。
[0029]在某些實(shí)施方案中，所述的焊膏包括本文描述的成分，其與助焊劑結(jié)合。合適的助焊劑是本領(lǐng)域公知的。
[0030]本文所述的方法和成分可以用于的應(yīng)用包括，但不限定為，印刷電路板的制造、LED組件、光伏電池的制造、半導(dǎo)體制造和模具連接。
[0031]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該可以知道，本文所述的方法的實(shí)施方案并非局限于應(yīng)用中的細(xì)節(jié)安排。所述的方法能夠以其他實(shí)施方案和以各種方式實(shí)施或?qū)嵺`。本文所提供的具體的實(shí)施例僅是用于說明的目的，而非限制。特別是，本文所討論的與一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案結(jié)合的行為、元件、特征等不能試圖排除在其他任何相似的實(shí)施方案。
[0032]同時(shí)，人們應(yīng)該理解在此使用的措辭和術(shù)語是為了描述的目的，不應(yīng)視為限制。在此使用的術(shù)語“包括(including)，，、“包括(comprising) ”、“具有(having) ”、“包含(containing) ”、“涉及(involving) ”以及上述術(shù)語的結(jié)合使用是指包括其后所列出的項(xiàng)目和等同物以及額外的項(xiàng)目。
[0033]人們應(yīng)該理解的是，本發(fā)明具有至少一個(gè)實(shí)施方案的上述幾個(gè)方面，各種變體、修改以及改進(jìn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將可能發(fā)生。這種變體、修改和改進(jìn)應(yīng)視為本發(fā)明的部分且落入本發(fā)明的保護(hù)范圍中。因此，上述的說明書和附圖僅是列舉的方式展示。
【權(quán)利要求】
1.一種裝配的方法，其包括: 將焊膏應(yīng)用到電子基體上，從而形成焊膏沉積； 將低溫預(yù)成型件放置到所述的焊膏沉積處； 以所述焊膏的回流溫度加工所述電子基體，從而產(chǎn)生低溫焊點(diǎn)；以及 以回流溫度加工所述的低溫焊點(diǎn)，其中所述的回流溫度比所述的焊膏的回流溫度低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的低溫預(yù)成型件是包括錫和鉍的組合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述的組合物包括42%重量的錫和58%重量的鉍。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述的組合物進(jìn)一步包括銀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的焊點(diǎn)包括錫、銀、銅和鉍。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述的焊點(diǎn)包括49-53%重量的錫、0-1.0%重量的銀、0-0.1 %重量的銅和46-50%重量的鉍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的焊點(diǎn)的回流溫度在138-170°C之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在較低回流溫度和回流溫度之間的溫度下進(jìn)行的第二焊接工藝。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的組合物包括55%重量的錫和45%重量的鉍。
10.一種裝配的方法，其包括: 將低溫焊膏應(yīng)用到電子基體上從而形成焊膏沉積； 將高溫預(yù)成型件放置在所述的焊膏沉積處；以及 以回流溫度加工所述的電子基體，其適用于低溫焊膏從而產(chǎn)生低溫焊點(diǎn)，導(dǎo)致高溫焊接預(yù)成型件分解進(jìn)入所述的低溫焊膏沉積。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述的低溫焊膏是一種組合物，該組合物包括錫和秘。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述的組合物包括42%重量的錫和58%重量的鉍。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述的組合物進(jìn)一步包括銀。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述焊點(diǎn)的回流溫度在190-200°C之間。
15.—種焊點(diǎn)，其包括: 49-53%重量的錫； 0-1.0%重量的銀； 0-0.1 %重量的銅；以及 平衡的秘。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的焊點(diǎn)，其中所述焊點(diǎn)的回流溫度在190-200°C之間。
【文檔編號(hào)】B23K35/26GK104203490SQ201380015592
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月20日
【發(fā)明者】P·J·凱普, E·S·托米, G·森多內(nèi) 申請(qǐng)人:阿爾發(fā)金屬有限公司