CN101031184A - 通孔的焊接结构 - Google Patents
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Abstract
在印刷电路板中形成通孔。按照如下这样的方式在印刷电路板的上表面和下表面上形成导电图案,即通过通孔焊料使导电图案彼此电连接。将电子元件的引线端***到通孔并且利用无铅焊料进行焊接。根据本发明,将通孔的开口面积设置为引线端横截面积的四倍或更大。按照此方式,能够在进行焊接时增强热传导,并且能够形成良好的焊接,即使当使用具有高熔点的无铅焊料时也是如此。
Description
技术领域
本发明涉及通孔的焊接结构,其中利用无铅(Pb)焊料将电子元件的引线端焊接至在印刷电路板中形成的通孔。
背景技术
在通过在印刷电路板中形成通孔将具有引线端的电子元件安装至印刷电路板的情况下,处于将引线端***通孔的状态的印刷电路板将浸渍在熔融焊料池中,从而将焊料填充至通孔。通常在这种情况下,当使用共晶焊料(Sn-Pb)时,将通孔的开口面积设置为引线端横截面积的大约两倍。无需参考特定的文献,因为以这种方式在印刷电路板上安装元件是常用技术。
然而,考虑到环境污染,出现了不使用上述共晶焊料的趋势,而使用无铅焊料来代替共晶焊料。因为与共晶焊料相比,无铅焊料具有更高的熔点,因而可能出现所谓的不充分焊接。具体地,当从熔融焊料池中取出印刷电路板时,焊料没有在通孔的上表面充分地堆积(rise)起来。因此,存在出现不良焊接的问题。
例如,该问题如图4所示。在图4中,多层印刷电路板1具备通孔2。在通孔2两侧的相对部分上形成导电图案3a、3b,它们处于通过焊接彼此电连接的状态。图4表示多层印刷电路板1处于电子元件的引线端4已经***到通孔2并被焊接的状态。
在这种情况下,用于焊接的焊料是无铅焊料5。如上所述,因为与Sn-Pb的共晶焊料相比,无铅焊料5具有更高的熔点,所以当热传导差时,焊料堆积将不够充分。因此,在熔融焊料池中的通常浸渍工艺中,不能实现完美的焊接,因为在无铅焊料5从多层印刷电路板1的下表面侧的导电图案3b到达上表面侧的导电图案3a之前,无铅焊料5将会凝固,如图所示。
然而,在为了增加热传导从而改善焊料堆积而将多层电路板1长时间地浸渍在焊料池中的情况下,反而会对要焊接的电子元件和印刷电路板造成热损害。因此,这在实际中不是良好的解决方案。从而,较好地是在最大可允许浸渍时间内执行焊接,但这也会引起不充分的焊料堆积,并且存在降低焊接性能的可能性。
发明内容
考虑到上述情况实现本发明,本发明的目的是提供一种通孔的焊接结构,其中,即使在利用无铅焊料将具有引线端的电子元件焊接至在印刷电路板中形成的通孔的情况下也能够提高焊接性能。
根据本发明,一种焊接结构包括:印刷电路板;在该印刷电路板中形成的通孔;以及具有通过无铅焊料焊接至该通孔的引线端的电子元件,其中通孔的开口面积是引线端横截面积的四倍或者更大。
在上述结构中,无铅焊料优选地是具有高熔点的Sn-Ag或者Sn-Ag-Cu的无铅焊料。
根据本发明,在利用无铅焊料进行焊接的情况下,形成通孔,使得该通孔的开口面积与引线端横截面积之比为4或者更大。因此,能够增强通孔中的热传导,并且当印刷电路板浸渍在无铅焊料中时,无铅焊料能够通过通孔充分地堆积至印刷电路板的上表面。按照此方式,能够实现焊接性能的改善。
如上所述,通过将通孔开口面积与引线端横截面积之比设置为4或更大,在使用常规共晶焊料的情况下可能出现裂缝。在这种情况下,难以应用该发明。在这方面,在使用无铅焊料的情况下,由于焊料的性质,几乎不出现裂缝。
附图说明
图1A和1B是表示本发明实施例的示意图和示意平面图。
图2是表示为获得数据而进行的实验的设定条件的视图。
图3A和3B表示实验结果的图表,并且图3C是表示焊料堆积评估与面积比的曲线图。
图4A和4B是对应于图1A和图1B的用于说明现有技术的视图。
具体实施方式
下面将参考图1至3说明本发明的实施例。
图1A和1B是表示该实施例的剖视图和平面图。多层印刷电路板11包括彼此堆叠的多个布线层。用于布线的导电图案在多层印刷电路板11的上表面和下表面上形成,并且用于布线的其它导电图案也形成在其内部中间层中。在所示部分形成用于安装电子元件的通孔12。以如下这样的方式在多层印刷电路板11的上表面和下表面上形成导电图案13a和13b,即利用焊接部分13c的通孔将上和下导电图案13a、13b彼此电连接在一起。
形成通孔12以在其中***电子元件。电子元件的引线端14被***至通孔12并且利用无铅焊料15固定。在示出的状态中,无铅焊料15已经到达在多层印刷电路板11的上表面上形成的导电图案13a的表面,从而实现充分的焊料堆积,并且获得良好的焊接性能。
在上述结构中,可以从开口的直径d获得通孔12的开口面积S1,并且可以从其横截面的纵向和横向长度获得引线端14的横截面积S2。在该示出的结构中,通孔12的开口面积S1由使面积S1是引线端14的横截面积S2的4倍或更多的面积比R来确定。
通过使用这样的结构,能够通过在将引线端14焊接至多层印刷电路板11时进行焊料浸渍来足够地增强通孔12中的热传导。按照此方式,能够获得通孔12中的良好焊料堆积。
已经通过实验证实,将通孔12的开口面积S1与引线端14的横截面积S2的面积比R设置为4或更多是有优势的。下面将描述出实验结果。
图2是表示实验条件的示意图,其中在多层印刷电路板11中形成的通孔12的直径是d,并且引线端14的横截面例如是方形,四边长度为a。在图2中,通孔12的开口面积S1和引线端14的横截面积S2如下:
S1=π×(d/2)2
S2=a2
因此,它们之间的比率示出为面积比R:
R=S1/S2
=π×(d/2a)2
在该实验中,在具有一边边长a为0.64mm的引线端14的横截面积S2被设为常量,而通孔12的直径d从1.0mm至2.0mm变化的情况下,进行了无铅焊料的焊接,并评估了结果。具体地,在通孔12的直径d变化为1.0mm、1.2mm、1.5mm、1.6mm、1.8mm、1.9mm和2.0mm的情况下计算了面积比R。采用的无铅焊料是Sn-Ag-Cu的焊料,更具体地,是Sn-3.OAg-0.5Cu的焊料。
通过当焊料堆积是75%时计0分,当焊料堆积多于75%但小于100%时计1分,并且当焊料堆积是100%计2分来评价焊接性能。结果在图3A中示出。在焊接时间为6秒和焊接时间为10秒的情况下,分别对四件进行评价。图3B表示如上所述计算的分数,其中满分8分被转换为100分。
图3是曲线图,其中绘出了得到的分数与面积比R的关系。从该结果可以看出,随着面积比从约4或者更多增加,作为近似的门限值,评估超过50分,并且提高了焊接性能。此外,在焊接时间为6秒或者10秒的情况下获得了基本相同的结果。因此,从此实验可以看出,通过将面积比R设置为4或者更多可以增强焊接性能。
尽管面积比R为4或更大已经足够,但是在实际应用中仍然存在限制。具体地,优选面积比是可以避免由于焊接造成气孔出现的大小。由于气孔出现的条件并不仅由面积比R确定,因此优选地可通过实验确定面积比。
根据上述实施例,通过设置多层印刷电路板11的通孔12的直径d使得开口面积与引线端14的横截面积之间的面积比R为4或更大,能够在焊接无铅焊料的情况下获得良好的焊料堆积。结果,能够实现焊接性能的提高。
实际上,通过采用上述条件能够获得下面的实际效果。
(1)在板A的情况下,面积比R从2.09改变至4.91(通孔的直径d从1.3mm改变至2.0mm,并且引线端的外形尺寸被设置为1.0mm×0.64mm)。按照此方式,能够获得良好的焊料堆积。
(2)在板B的情况下,面积比R从3.7改变至6.0(通孔的直径d从1.1mm改变至1.4mm,并且引线端的外形尺寸被设置为0.64mm×0.40mm)。按照此方式,能够显著地增加焊料堆积。
(3)在板C的情况下,面积比R从2.09改变至4.91(通孔的直径d从1.3mm改变至2.0mm,并且引线端的外形尺寸被设置为1.0mm×0.64mm)。按照此方式,能够显著地增加焊料堆积。
本发明并不限于上述实施例,而是可按照如下方式进行修改或者扩展。
在上述实施例中,已经针对引线端14的横截面为方形的情况说明了实验。然而在应用本发明时,除了方形之外,引线端14的横截面可以为矩形或者圆形。
此外,尽管上述实施例中使用的无铅焊料是Sn-Ag-Cu的焊料,但是还可以使用Sn-Ag的无铅焊料。
Claims (2)
1.一种焊接结构,包括:
印刷电路板;
在所述印刷电路板中形成的通孔;以及
电子元件,具有通过无铅焊料焊接至所述通孔的引线端,
其中所述通孔的开口面积是所述引线端横截面积的四倍或者更大。
2.根据权利要求1所述的焊接结构,其中所述无铅焊料是具有高熔点的Sn-Ag或者Sn-Ag-Cu的无铅焊料。
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