TW201737786A - 具有選擇性一體化的焊料的ｒｆ屏蔽件 - Google Patents

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Abstract

一種屏蔽件，用於屏蔽電子組件的一部分免於鄰近組件之非所欲的發射。該屏蔽件包含一金屬本體，係被構造成附接至一基板上；以及焊料，係以允許該焊料的位置與體積兩者都可以受到控制的方式，選擇性地被施加至該金屬本體的下端部分。在該焊料與該金屬本體之間會產生接合。該接合可以是冶金接合或擴散接合，該冶金接合係藉由該焊料靠近至少一個接腳以及足以使該焊料到達該焊料的熔融溫度的熱量與時間而產生，該擴散接合藉由熱量與壓力而產生。本發明也描述了將該屏蔽件附接至該基板的方法。

Description

具有選擇性一體化的焊料的RF屏蔽件
本發明一般係與附接屏蔽件的方法有關，其係藉著一含有選擇性一體化之焊料的屏蔽件之手段，來保護電子組件免於電磁和無線射頻對於基板之干擾。
現今包括有例如電阻、電容、與半導體組件之電子組件，通常並不希望受到非所欲放射例如電磁和無線射頻所干擾，電磁和無線射頻係為來自於例如會發射干擾之相鄰組件，或是來自外部電磁與無線射頻干擾源。所發射出之干擾源可能會對電子組件的性能和完整性造成不利的影響，因為這些發射狀況會藉著暫時地改變或扭曲其本質特性，而干擾電子組件的運作，從而產生負面影響。
目前已經有可以用來保護與屏蔽電子組件之各種不同方法，而使其免於發生在例如印刷電路板之該電子組件附近的電磁和無線射頻干擾。
一種使得此等保護電子組件免於電磁和無線射頻干擾之方法，係與提供一屏蔽件有關，其係用於屏蔽印刷電路板的區域，或是與其有關之體積。該屏蔽功 能可以是將例如所發射之RF信號的電磁能量，容置於屏蔽體積(shielded volume)或區域內，或者藉由該屏蔽結構來將電磁能量，排除於該屏蔽體積或區域之外。
這種類型的屏蔽作用，也被廣泛地應用於容易受到交流電源所發出之雜散電磁場所影響之低信號等級電路之各種裝置中，其包括有例如電視接收器、直播衛星廣播接收器、例如FM與短波之無線電接收器、或是音響系統的一部分。
印刷電路板(PCB)係為一種有利地應用一屏蔽組件之常見的電子組件，因為PCB係被廣泛用於許多電子應用中。
「印刷電路板」此一術語，通常是指在基板(例如，電介質基板)的一個以上之側面上設置有電氣導體的電路板。在一具體例中，PCB將會具有穿過該基板而形成之開口或類似物，以接收被安裝於該PCB一側上之電子組件的電氣引線。該電氣引線會通過該開口而延伸至放置於該PCB另一側上的接觸墊(contact pad)，並且通常係被焊接至該接觸墊上。PCBs也可以使用表面安裝技術來進行生產，其中組件或「封裝件」係被直接安裝或放置在PCB的表面上。
為了讓電子裝置中PCB上之電子組件可以屏蔽電磁輻射，為導電屏蔽罐體(shield can)或盒體之形式的屏蔽件，可以被放置在PCB上以覆蓋該等電子組件。當密封金屬罐體在具有開放邊緣之向下延伸側邊塊體處，沿著該金屬罐體之整個開放邊緣而焊接至PCB上 時，可以達到最高的屏蔽程度。為了得到良好的屏蔽效果，位在該屏蔽罐體與該PCB之間的焊接部位(solder joint)必需被充分控制，較佳地不要留下任何未經焊接之區域。如果有任何區域維持未被焊接的狀態，屏蔽效率將會由該屏蔽罐體與印刷電路板之間的最大間隙來決定。因此，如果在該屏蔽罐體與PCB之間存在有間隙，這些間隙的尺寸必須要被明確界定。
在焊接製程之第一步驟中，係在所需要之區域上以焊膏將該PCB進行網版印刷。該焊膏的厚度係由網版印刷之模版的厚度來決定，其在整個PCB上都是相同的。另外還有「升高(step up)模板」與「降低(step down)模板」，其等可以被用來改變在PCB上之特定區域中的焊膏厚度。然而，在基礎厚度以及升高/降低厚度仍然是有其侷限的。
下一個步驟是藉著拾取與放置機器，來將電子組件放置在PCB上。因為該屏蔽將會覆蓋其等中之一者以上，該屏蔽罐體通常是在其他組件都已被放置之後才會被設置於該PCB上。
在該製程之最後一個步驟中，該PCB係於焊接爐中加熱，藉此所施加之焊膏熔化，並將所有的組件與該屏蔽罐體焊接至該PCB上。迴焊爐是最經濟的方式，可以使用包括感應焊接與紅外線焊接等其它方法。感應焊接與紅外焊接係被用於例如階段式焊接中，其中電子組件首先使用迴焊來進行焊接，然後對該電路進行電氣測試，接著該屏蔽件在係在第二製程中進行附接。
因為例如電阻與電容之較小組件需要較小體積的焊膏，而例如屏蔽罐體之較大組件則需要較大體積的焊料，網版印刷模版的厚度，就必須在這兩種不同的需求之間折衷設定。另外，網版印刷模版的厚度，通常係由最緊密的間距之組件來決定，因為間距越小，所需的焊料高度就越薄，以防止相鄰連接件之間的熱塌落現象。
此外，該屏蔽件與該PCBs都無法在不產生固有應力下進行製造，且另外該PCB與該屏蔽件之平坦性，也會受到焊接爐的熱所影響(亦即，可能會發生翹曲現像)。這意味著，在該屏蔽件與該PCB之間總是會出現間隙。然而，只要在加熱過程中，以焊料來填充該間隙就不會有問題。如上所述，最初施加至該PCB上的焊膏的厚度是受到限制的，這意味著該間隙可被接受之尺寸也是有限的，因為其必須確保該間隙會被焊料所充填。此外，由於在加熱過程中所產生之翹曲，在該屏蔽件與該PCB之間的間隙尺寸，將會隨著該屏蔽件的尺寸而增加，而因此對於體積一定之焊料而言，該屏蔽件的尺寸必會受到侷限，以確保該間隙可以被預先施加之焊膏所充填。因此，在整個迴焊製程期間，該焊料體積必須足以與該屏蔽件接腳和該PCB保持連接。
隨著積體電路引線間距之特徵尺寸不斷縮小，印刷焊膏也需要使用更薄的模板。因為模板較薄所導致之焊料高度減低，將會對屏蔽件的附接強度造成挑戰，因為對於屏蔽焊料體積之需求，並未以與積體電路 相同的速率而縮減。此外，隨著屏蔽金屬之厚度減少，在迴焊程序期間屏蔽件的翹曲將會增加，從而增加了屏蔽件與印刷電路板之間的間隙。
為了克服額外的翹曲現象，將該屏蔽件的接腳成功地附接至該印刷電路板所需之焊料厚度總量也必須要增加。需要足夠的焊料體積，以達到例如落下衝擊(drop shock)、熱循環、以及RF需求(RF requirements)等等之一定可靠性要求。不足量的焊料體積將會導致直通率(first pass yield)減低、顯著的重工成本、以及更加易於因落下衝擊而損壞。
可焊性不佳是電子工業中的大課題，且因為焊料會與基礎金屬相互作用，並獲得良好的冶金接合並建立金屬連續性，故為形成印刷電路板總成之可靠性焊接部位(solder joints)的最關鍵因素之一。這種連續性對於導電度與導熱性來說是有利的，並且對於強度而言也是重要的。當焊料係流動良好並形成不具有任何主要空隙或凹陷之連續、完整的薄膜(unbroken film)時，就可以得到良好的可焊性或良好的散布情況。
無論是藉著「拾取與放置」焊料預形體，或者是藉著在該製程中增加分配額外焊膏之步驟，對於屏蔽之焊料體積不足的解決方式，皆係與添加個別焊料體積有關。然而，進行分配是一項緩慢而不精確的過程，並且會對整個製程之週期時間產生負面的影響，同時也在資本設備上需要重大投資。拾取與放置個別的焊料預形體，也代表用於置放該預形體之額外的費用、額外的 時間週期，同時在目標位置附近也將會需要放置該預形體之實際空間。
一項欲克服此一問題的嘗試，是將額外的焊膏分配至該PCB上之該屏蔽罐體所將要放置的位置處，其並不需要非所欲之額外製造步驟。此外，由於分配等級的焊料典型地僅有大約40%體積的金屬，因此可能無法透過分配方法來達到所需之焊料體積，特別是在例如行動電話之具有極高密度的電子組件之應用中。
該屏蔽件典型地可以包括一個實質上為平面之覆蓋部分，以及連接至該實質上為平面之覆蓋部分之一個以上的側邊部分。舉例來說，該實質上為平面的覆蓋部分，可以是實質上為正方形或矩形，並且該等一個以上的側邊部分可以包括有四個側邊部分。此外，該等一個以上的側邊部分中之每一個，都可以是在末端為一個以上之翼片(tabs)或接腳的實體結構，或者也可以包括沿著該等一個以上的側邊部分之長度延伸之切口，其等係延伸至一個以上翼片或接腳內，以允許將該屏蔽件與下方的基板接合。因此，該等一個以上的側邊部分(或是該等一個以上之接腳係為切口)，係被構造成將該屏蔽件接合或安裝到下方的基板上(其係如在此所描述的，也可以是印刷電路板)。
改善在該屏蔽件與該基板之間的焊接部位之其它方法，也曾被提出。
此等方法之一，係與將該屏蔽件直接焊接至鄰近於電磁與射頻發射組件處之PCB的接地平面有關。 但是，這種方式的缺點在於，將屏蔽件焊接至PCB的接地平面，通常是較為耗時而會導致製造成本增加。另一項缺點是先將焊料施加到屏蔽件上，然後再將屏蔽件連結至該接地平面，但是這可能會是較為麻煩的。
另一種方法則係為例如Bobrowski等人的之美國專利公開第2008/0137319號中所描述者，與運用附接至與該PCB接地平面耦合的屏蔽夾上之可移除屏蔽件有關，其標的係全部在此被併入以供參考。
Muranaga的美國專利第8,199,527號描述了一種製造方法，其標的係全部在此被併入以供參考，其描述該屏蔽蓋體係被浸漬於膏狀焊料中，並放置在片狀基板上，然後藉由迴焊製程將該屏蔽蓋體固定於該片狀基板上，其面對持續地將已知數量之膏狀焊料(或焊膏)，移轉到該屏蔽件上之挑戰。
Seidler的美國專利第6,796,485號描述了一種電磁屏蔽件，其標的係全部在此被併入以供參考，其描述包含具有一外壁之一屏蔽本體的電磁屏蔽，該外壁係在其下端邊緣形成有數個彈性指狀物，並且包括有插置於該等指狀物之間而被該等指狀物機械性地緊固地維持之焊料塊體。然而，該等焊料塊體的放置調控制可能並無法一致。
Fagrenius等人的美國專利第7,383,977號描述了一種將屏蔽罐體附接至PCB上的方法，其藉由各種不同的方式而將額外量的焊料，提供至該屏蔽件的邊緣，其標的係全部在此被併入以供參考。
因此，目前仍需要提供一種以有效率之方式，來將一屏蔽件附接至下方基板上的改良方法，以克服現有技術的缺點。
本發明之一個目的是要提供一種以有效的方式將屏蔽件附接至一基板之改良方法，該屏蔽件用於保護電子組件免於受到電磁和射頻干擾。
本發明之另一個目的是要提供一種以有效的方式將屏蔽件附接至一印刷電路板之改良方法，該屏蔽件用於保護電子組件免於受到電磁和射頻干擾。
本發明之又一個目的是要提供一種以改良的焊料體積將屏蔽件附接至一基材，以保護電子組件免於受到電磁和射頻干擾，而不需要拾取和放置焊料預形體或是分配額外的焊膏之改良方式。
在一具體例中，本發明一般地係與用於保護電子組件不受電磁和無線射頻干擾之屏蔽件有關，其包括被構造成附加至一基板上的金屬本體，且其中該焊料係被施加至該金屬本體的一部分上，以在該焊料與該金屬本體之間產生一冶金接合。
本發明一般也係與包括有被構造成附接至一基板上之至少一個接腳的屏蔽件有關，其具有形成於該屏蔽件與該至少一個接腳的該焊料之間的冶金接合。
本案還揭露了一種控制焊料在屏蔽件上之位置的方法，以支持非平面焊接之需求，其包括有將該屏蔽件的接腳，附接至PCB或其它基板的側面上。
在另一具體例中，本發明一般還與僅運用較低熔點焊料之烘箱回焊溫度，來將較高熔點焊料溶解到較低熔點焊料中有關。
最後，在此還揭露一種將一屏蔽件附接至一基板的方法。
10‧‧‧SAC焊料
20‧‧‧介金屬
30‧‧‧RF屏蔽金屬
50‧‧‧屏蔽件
60‧‧‧側壁
70‧‧‧PCB
80‧‧‧焊料
90‧‧‧接腳
100‧‧‧焊墊
為了要更全面地理解本發明，可以在結合隨附圖式下參考以下之說明，其中：第1圖描繪依據本發明之一具體例，其係為將SAC焊料附接至合金770 RF屏蔽件之接腳部分期間，所形成的介金屬之高解析度掃描電子影像。
第2圖描繪部分地裝載有焊料之屏蔽件接腳。
第3圖描繪完全地裝載有焊料之屏蔽件接腳的影像。
第4A圖描繪在該接腳末端處沒有焊料之屏蔽件接腳的端視圖。
第4B圖描繪在該接腳末端處具有焊料之屏蔽件接腳的端視圖。
第5圖描繪在距離該屏蔽件接腳的邊緣一定距離處，具有焊料的屏蔽件之第一示意圖。
第6圖描繪在距離該屏蔽件接腳的邊緣一定距離處，具有焊料的屏蔽件之另一示意圖。
第7圖描繪一種屏蔽件的示意圖，其接腳係位在該PCB上的焊墊頂端上。
第8圖描繪附接至PCB的焊墊頂端上之屏蔽件接腳的示意圖。
第9A和9B圖描繪一屏蔽件的前視圖和側視圖，其於該屏蔽件的接腳部分之內側上係放置有焊料。
第10A和10B圖描繪一屏蔽件的前視圖和側視圖，其於該屏蔽件的接腳部分之外側上係放置有焊料。
第11A和11B圖描繪一屏蔽件的前視圖和側視圖，其於該屏蔽件的接腳部分之兩個平面側(即，內側和外側)上，均放置有焊料。
此外，雖然在每一個圖式中並沒有標記所有的組件，但是具有相同組件標號的所有組件，係代表相似或相同之部件。
本案之揭露內容係與一種用於保護電子組件，免於電磁與無線射頻干擾的屏蔽件有關，其係被構造成可以提供足夠的焊料體積，來克服上述之焊料體積不足的問題。
在一具體例中，該屏蔽件包括被構造成保護或屏蔽電子組件之一本體、以及附接或一體化至該屏蔽本體上之接腳，其中該接腳或翼片係被構造成可以藉著焊接而附接至一基板上。
在一較佳具體例中，該基板係為一印刷電路板。其它類似的基板也可以運用在此所描述的方法，使用本發明的屏蔽件來進行屏蔽。藉著提供一種焊料已經設置於該屏蔽件之一個以上的屏蔽件上的接腳，該屏蔽 件之回焊焊接作用，可以在不需要包括例如分配焊膏、運用拾取和放置具有焊膏之焊料預形體(solder preforms)、或是將該屏蔽件浸漬於該焊膏內之額外的加工步驟來達成。
在一具體例中並且如在此所描述者，焊料係被一體化至該屏蔽件的特定區域(例如，接腳)上，其係藉由冶金或擴散接合的方式，而附接至該印刷電路板的位置上。該屏蔽件接腳典型地係具有介於大約100μm與大約300μm之間的標稱厚度，更佳地為介於大約120與200μm之間，並且該屏蔽件接腳上的焊料厚度，通常係落在大約100至大約300μm的範圍內，更佳地為大約150至大約200μm。在該焊料與該屏蔽材料之間，係運用溫度-時間曲線(temperature-time profile)來產生冶金接合。在該替代例中，一擴散接合係透過溫度與壓力之組合而產生。
第1圖顯示在將SAC焊料10附接至合金770RF屏蔽金屬30的製程期間，所形成的介金屬之高解析度掃描電子顯微影像。在一具體例中，該介金屬20係形成於該RF屏蔽件之將要附接至該電路板的接腳上。
第2圖顯示部分地裝載有焊料之屏蔽件接腳。其中可以看見該屏蔽件邊界以及不具有焊料的區域(大約為150μm)。
第3圖顯示完全地裝載有焊料之屏蔽件接腳。
第4A圖顯示在該接腳之末端沒有焊料的屏蔽件接腳之端視圖。該屏蔽件接腳的材料，係具有大約為160μm的標稱厚度。
第4B圖顯示在該接腳末端處，具有焊料之屏蔽件接腳的端視圖。該屏蔽件接腳的材料，係具有大約為160μm的標稱厚度，並且該焊料係具有大約為140-150μm的厚度。
在該接腳的金屬和焊料之間的冶金接合，係藉由相接近的材料，以及能夠讓焊料達到熔化溫度之足夠的熱量與時間而產生。因此，在一具體例中，該焊料係使用一種以上的焊膏、焊料預形體、助焊膏、以及熔融焊料，而選擇性透過印刷、分配、放置、或噴射，來施加至該屏蔽件上，然後該屏蔽件與施加於其上之焊料係被放置在迴焊爐中，以在該焊料和該屏蔽組件的金屬之間產生冶金接合。有一種替代方法係將該屏蔽件接腳，部分地放置在熔融焊料中一段時間，該段時間係足以讓該焊料濡濕該屏蔽件，並在該屏蔽件接腳上，使該焊料延伸到所欲之特定長度。一旦得到該改良屏蔽件，則其便可以被附接至例如可以是印刷電路板之下方的電子組件上。
或者，也可以運用熱與壓力，而在該焊料與該屏蔽金屬之間的特定位置處產生擴散接合。
在一較佳具體例中，該屏蔽件係具有一四邊形蓋體外形，並且係包括四個周圍側邊邊緣，同時在每個該等各別四個周圍側邊邊緣上，係具有能夠被焊接至該基板的數個凹槽或接腳或翼片。
在一具體例中，該屏蔽件的接腳或翼片，已具有一體化至其之下邊緣上的焊料，該焊料會與該屏蔽件之翼片或接腳的金屬形成介金屬接合(intermetallic bond)。該等數個翼片或接腳可以依據顧客的需求，而沿著四個周圍側邊的至少一部分向上延伸。舉例來說，數個翼片或接腳可以向上延伸至該周圍側邊的深度之至少5%，或是延伸至該周圍側邊的深度之至少大約10%，或者向上延伸至該周圍側邊的深度之至少大約25%。在一些具體例中並且係依據顧客的需求，該接腳或翼片可以向上延伸至該周圍側邊的深度之至少大約30%或至少大約40%、至少大約50%、或至少大約75%。
此一情況的範例係被顯示在第7和8圖中，其描繪了安裝在一PCB 70上之屏蔽件50，其包括數個焊墊100。在本具體例中，該焊料80係優先被放至於該接腳90之前(也就是，外表面)。因此，該屏蔽件50係藉著焊墊100的手段而附接至PCB 70。
在另一具體例中，該焊料係位於該翼片或接腳上，但是該焊料係精確地終止於距離該下端一定距離處。該焊料邊界的位置，對於該屏蔽件是否能夠進行組裝來說是很關鍵的，該屏蔽件之接腳將要被焊接至基板或PCB的側面上。在這種情況下，該焊料係被用來作為儲存焊料，並且將會將往下流以供屏蔽件接腳附接至該PCB的側面上，其可與鍍覆表面焊接。
因此，如第5圖所示，該屏蔽件50可以附接至PCB 70的經鍍敷的側壁60上。該焊料80係位在該屏 蔽件接腳90上，於該PCB 70的該經鍍敷的側壁60上方的一部分處，並且可以在該焊料進行回焊時往下流，以在該屏蔽件接腳90與該PCB 70的該電鍍的側壁60之間產生接合。第6圖顯示第5圖之屏蔽件的另一視角，其中該屏蔽件接腳90係定位在該PCB 70之該電鍍的側壁60上。
可以發現，該焊料80可以依據用戶的需求來定位，並且係被精確地定位在該屏蔽件接腳90的各個位置上。舉例來說，如第9A和9B圖、第10A和10B圖、以及第11A和11B圖所示，該焊料可以位在接腳的內表面(第9A和9B圖)、該接腳的外表面(第10A和10B圖)、以及該接腳的內表面和外表面(第11A和11B圖)上。此外，應該要注意的是，該「內表面」係指當該屏蔽件定位於該基板上方時，該位於該屏蔽件空腔內部之接腳的側，而該「外表面」係指當該屏蔽件定位於該基板上方時，該位於該屏蔽件空腔外部之接腳的側。
另外，應當要知道的是，雖然該屏蔽件係較佳地具有矩形外形，但是應該要理解的是，該屏蔽件並未侷限於此一形狀。因此，該屏蔽件可以具有任何數量的其它外形，其包括正方形、橢圓形等等。該屏蔽件的內部空間之尺寸與體積，應該要在該屏蔽件安裝至該電子組件(也就是，PCB)上時，足以覆蓋與屏蔽該等敏感組件。
假若該情況是要設計電路板之電磁干擾(EMI)屏蔽殼體的話，了解成本和效能之間的平衡便會成 為關鍵。在設計過程中需要注意許多關鍵決策點，其包括電流相容性、導電性、應用環境、以及其與腐蝕、材料厚度、外殼幾何形狀(特別是屏蔽件高度，以及其與可塑性之關係)、應用頻率、封裝以及將該屏蔽件組裝至搭配的電路板上等等之關係。因此，該屏蔽件的幾何構形以及屏蔽件構造材料，都必須加以選擇以產生最佳結果。
一些最常用的金屬，包括具有亮面與霧面加工之鍍錫和鎳鋼、銅及銅合金、以及鋁。較佳地的材料係為銅合金770(也稱為鎳銀)。
預鍍錫鋼可以在kHz範圍的低頻至較低GHz範圍的頻率內工作。碳鋼具有較低為數百範圍內之磁導率值(permeability value)，其可以提供低頻磁屏蔽特性。鍍錫層可保護鋼免於腐蝕以防止生鏽，並在組裝過程中提供良好的可焊接表面，以將該屏蔽件附接至加該表面板的線路上。
更常被稱為合金770之銅合金770，係為一種主要因為其之耐腐蝕性，而被用於EMI屏蔽應用中之銅、鎳、鋅合金。該合金的統一標準系統代號係為UNS C77000。該基礎材料使其不需要後續鍍敷程序，來使其具耐腐蝕性或是可以進行焊接。該材料在中等kHz頻率範圍高至GHz內，可以作為良好的EMI屏蔽件。其之磁導率係為1，而使得其在不允許磁性材料之MRI相關應用中，係為理想的選擇。
銅係為在EMI屏蔽作用中，最為可靠之金屬中之一者，因為其對於衰減磁性與電波非常有效。由於 其之多功能性，銅可以輕易地以其之合金黃銅、磷青銅以及鈹銅來製造。這些金屬通常會比預鍍錫鋼或銅合金770之替代的屏蔽合金成本更高，但是在另一方面，其可以提供更高的導電性。磷青銅與鈹銅由於其之彈性，而更常被用於電池或彈簧等等之接觸應用中。
雖然鋁會面對幾項在製造上的挑戰，但是由於其之非鐵性質、其之強度與重量比、以及其之高導電性，其對於一些應用而言，仍然是良好的選擇。相較於銅，鋁具有近60%的導電性；然而，使用此種金屬需要精確注意其之電流腐蝕與氧化特性。該材料會隨著時間形成一表面氧化層，並且其本身之可焊性較差。
也可以依據客戶的具體需求，而使用合適的可焊接金屬與合金。
該焊料係較佳地為適當的無鉛焊料，例如SAC 305(一種無鉛焊料，其中含有96.5%的錫、3%的銀、以及0.5%銅)。然而，在本發明的實務中，也可以使用其他的無鉛焊料。唯一的技術限制在於，該焊料要能濡濕該屏蔽材料，並且能夠形成介金屬接合或擴散接合，其可以藉由鍍敷鎳、銀或錫來克服。許多與消費電子產品有關之應用，需要符合危害性物質限制指令(RoHS)標準之焊料，其不含有鉛、鎘或其他重金屬。用於消費電子產品中之典型的符合RoHS標準的焊料(RoHS compliant solders)，包括通常被稱為SAC之錫銀銅(也就是，SnAgCu)，其之熔融範圍為大約212至大約230℃。典型的範例包括有Sn-Ag3.0-Cu0.5(SAC305)、 Sn-Ag4.0-Cu0.5(SAC405)、以及低或零銀含量版本。一種新穎的低溫符合RoHS標準的焊料家族係為錫鉍銀(SnBiAg)，其之熔融範圍為大約138至大約190℃。其他相關的合金包括有錫鉍銀銅(SnBiAgCu)。所有的這些焊料都可以被用來作為裝載至一屏蔽件上的焊料，以將該屏蔽件焊接至PCB上。也可以考慮例如在一種不能使用RoHS的應用中，使用非RoHS焊料。
藉著例示說明而不構成限制的方式，其他包括含鉛合金之合金，包括SnPb、SnPbAg、PbAgIn、以及PbAgSn。其等之範例包括如以下者：
藉著例示說明而不構成限制的方式，包括銅焊合金之其他合金，通常含有AgCu、AgCuIn、AgCuZn、AgCuSnZn。其等之範例包括如以下者：
典型地，由於該屏蔽件係被焊接到PCB上，並且裝載於該屏蔽件上之焊料合金，係較佳地與所欲的PCB焊料合金搭配或是與其互補，其中該所裝載之焊料，會與用來將該屏蔽件附接至該PCB上之PCB焊料混合並形成新的合金。其具有許多可能的組合，但是典型地該焊料係為SAC或SnBi。應當要理解的是，該焊料可以選自於任何數量之焊料合金，包括含鉛和無鉛焊料合金，以及例如錫之其它純金屬。
該冶金接合係位於該屏蔽件與該焊料之間的界面上。因此，在一具體例中，用來在該屏蔽件的接腳上產生介金屬接合的焊料，係與用於將該屏蔽件附接至該PCB上的焊料相同。在此一情況下，較佳的焊料包括SnAg、SnAgCu、SnBiAg與SnBiAgCu、以及含有較少量的銀之類似低成本焊料合金。
在另一具體例中，用於在該屏蔽件的接腳上產生介金屬接合的焊料，係與用來將該屏蔽件附接至該PCB的焊料不同但係與之互補，藉此在該屏蔽件與該PCB接合在一起時，一種新穎的焊料合金將會在該迴焊爐中形成。在此一情況下，該焊料組合係用於該屏蔽件上以產生冶金接合，並且用於將該屏蔽件連接至該PCB或其他電子組件的焊料，可以是錫鉍(屏蔽件)以及錫銀銅(PCB)、SnBiAg與SnAgCu,SnBiAgCu與SnAgCu。在前面所表列之焊料對中，所得到的合金摻合物，係具有比PCB上所使用的SnAgCu更低的熔化溫度，這將有助於在不干擾先前於該PCB上所形成之與積體電路連接的 焊接部位下，移除該屏蔽件以進行修復。藉著類似的方式，如果其等得到比SnAg3.0Cu0.5更少的總銀百分比，其在掉落時將比較不會裂開(耐落下衝擊)。
應該要注意的是，典型來說以焊膏與鋼板印刷的型式來遞送之該PCB焊料，主要係以該PCB以及其之電子組件(包括積體電路)為基礎來進行選擇，而所得到之將屏蔽件連接到PCB的摻合焊料，可以進行選擇以提供不同程度之功能性，其等可以包括支持重製簡易性之較低的熔點、較佳的落下衝擊、較佳的耐熱循環性、以及其他功能性，特別是針對於屏蔽件附接的需求而言。
首先列出者係與該屏蔽件焊料有關，而其次列出者係與該PCB有關之的其他焊料組合，有[SAC與SnBi、SAC與SnBiAg、SAC與SnBiAgCu]、[SnAg與SnBi、SnAg與SnBiAg、SnAg與SnBiAgCu]、[SACX與SnBi、SACX與SnBiAg、SACX與SnBiAgCu]，其中SACX係指一種特定的低銀版SAC，其還包含有添加劑，以改善在不存在顯著量之銀下的焊料特性，而有賴於將SAC、SnAg或SACX合金，溶解至熔融溫度較低的PCB焊料內，也就是SnBi、SnBiAG與SnBiAgCu。
藉著對各種SnBi版本添加更多的Sn，將可以改善所得合金的延展性。增加焊料的延展性，已經顯示出可以改善落下衝擊性能。從組裝的角度來看，該PCB焊料係為均勻的，並且係通過運用焊膏與鋼版印刷來進行遞送，並且可以在單一加工步驟中進行。添加裝載有高Sn焊料之屏蔽件，並在該迴焊爐中提供足夠的時間， 將不需要達到高Sn焊料之熔融溫度。溶解將會發生，而在該屏蔽件上之熔融溫度較高的合金，將會在該較低溫度焊料之該溫度下進行迴焊時，溶解到來自PCB上的焊膏之該溫度較低的焊料內。
臨時焊料遮罩(聚合物型)及臨時乾式薄膜遮蔽材料(例如那些可以自杜邦公司取得者)，可以被用來控制該焊料於該屏蔽件之一個以上的接腳上之所得到的位置。其中之運用選擇會受到成本、基礎製造設備課題、以及焊接位置精度要求所影響。其也可以將一部分的該材料進行化學與機械蝕刻，因此其將會更容易接受或更不易於接受該焊料的濡濕。
在此所揭露之焊料附接方法，可以改善位置與體積之精確性，其可以依據需求而獨立地針對個別屏蔽件接腳或是其它表面來進行調整。此外，該所接合之焊料一旦被設置於屏蔽件接腳上後，就可以通過例如壓印、銑削、削薄、嵌接、以及其他方法之各種手段來塑形。可以塑造所接合之焊料表面的能力，使得該屏蔽件更容易定位並固定至該基板上，並且具有更高的精確度。
所製備之屏蔽件可以包含可以附接該屏蔽件之任何合金或金屬，而焊料的選擇並不受該產品實施例的限制。在各種具體例中，該金屬本體包括合金770，並且該焊料係為SAC 305。
幾乎任何的屏蔽件金屬與焊料合金組合都可以運作，因而將取決於特定顧客之需求。對於可以與各種不同的屏蔽材料一起運用之焊料類型，並沒有特別的 限制，只要該屏蔽材料可以接受該焊料，或是先進行電鍍以使其更容易地接受該焊料即可。採用該客戶先前已曾成功地焊接之屏蔽材料係為較佳，其在定義上將用於在此所描述之焊料與附接方法。這將允許該屏蔽件的設計者，得以界定適用於最終應用之各式各樣的產品。
在本文中也描述一種達成控制焊料體積與位置選擇的方法。
因此，在一具體例中並且如在此所描述者，本發明一般還與一種將屏蔽件附接到基板的方法有關，該方法包括以下步驟：a)以所欲之圖案將焊膏網版印刷於該基板上，其中該所欲之圖案包含一個以上的電子組件在該基板上的所欲位置，以及該屏蔽件在該基板上的所欲位置；b)在該基板上將該屏蔽件設置該所欲位置，其中該屏蔽件包括一金屬本體，其係被構造成附接至該基板；以及一焊料，其係與該金屬本體的下端部分一體化，其中在該焊料與該金屬本體之間會產生接合；以及之後c)將經屏蔽之該基板送入迴焊爐，以將該屏蔽件焊接於該基板上。
在一些具體例中，在該焊料大批施加至該屏蔽件之後，可以使用機械方法來修飾該焊料體積與位置。這些機械方法包括，例如研磨、燒剝、刮削、銑削和修整中之一或多種。上述任何一種方法之個體或組合，係適合在該焊料大批施加至該屏蔽件之後，用來修改該焊料體積和位置。
在此所描述之方法可以產生一種圖案，該圖案包括焊料會選擇性地濡濕的表面，以及焊料不會濡濕之其他表面。
此一製程能夠將任何焊料合金一體化而不受限制。為了要施用此一產品，最好要充分地保護該表面以促使焊料附著。也可以產生不會促使焊料附著之表面。能夠產生不會促使焊料附著之表面的技術，包括遮蔽作用與表面修飾技術，例如，舉例來說，選擇性氧化作用或是氮化物層設置技術。遮蔽作用可以包含有機或無機材料。這些製程步驟可以強化屏蔽材料，又不會抑制製造經濟上可行之屏蔽件所需之下游製程。此外，其不會以任何方式來抑制最終之屏蔽功能。最後經修改的屏蔽件，可以像不具焊料之基本屏蔽件一樣，輕易地進行自動加工處理。
由於該屏蔽件最終將會被焊接到PCB或基板上，典型地是依據客戶的要求來獲致可焊接材料。唯一的限制是，氧化作用有時會抑制焊料的濡濕性。典型地，如果該材料屬於例如鎳之容易發生氧化者，便會採用標準的處理措施來防止過度氧化。我們的附接方法可以克服典型之氧化程度。
在另一具體例中，本發明通常也與一種製備能夠保護電子組件免受電磁和無線射頻干擾之屏蔽件的方法有關，其包括一金屬本體，以及與該金屬本體的下端部分一體化的焊料，該方法包括以下步驟： a)選擇性地將焊料施加至該金屬本體的下端部分；b)在該焊料與該金屬本體之間產生接合；以及c)視情況，藉由選自於由研磨、嵌接、刮削、銑削、修整、以及前述之一者以上的組合所構成之群組的機械手段，來修改該金屬本體上之該焊料體積與焊料位置；其中具有與該金屬本體的下端部分一體化之焊料的屏蔽件，係能夠被焊接至一基板上。
如在此所描述的，該經修改的屏蔽件係運用迴焊爐或是其他焊接手段，而藉著將該經修改的屏蔽件焊接至該基板上，而接合至該基板上。
應當要理解的是，在此所討論之該屏蔽件的具體例以及固定屏蔽件的方法，並未侷限於應用在此描述之結構造與結構細節。該屏蔽件與方法能夠以其他的具體例來施行，並且以各種方式來實施與實行。在此所提供之具體例的範例，僅係用於例示說明之目的，而不是要構成限制。特別是，與任何一個以上之具體例合併討論之動作、組件、和特徵，並不是要自任何其他具體例之類似角色中排除。
此外，在此所使用之用語與術語，是為了描述的目的，而不應被視為限制。在此所使用的「包括」、「包含」、「具有」、「含有」、「涉及」以及其等之變化，係欲要涵蓋其後所列出的物件，以及其等之等效物，還有額外的物件。
如在此所使用的「大約」這個術語，係指例如參數、含量、持續時間、以及類似之可進行測量的數值，並且係代表其包括所特別引用之數值的+/-15%或更少之變化量，較佳的變化量為+/-10%或更少，更佳的變化量為+/-5%或更少，又更佳的變化量為+/-1%或更少，再更佳的變化量為+/-0.1%或更少，只要此一變化量係適合於執行在此所描述之本發明。此外，應當要理解的是，該修飾語「大約」所指述之該數值，係為在本文中所具體揭露者。
在說明本發明的元件或是其較佳具體例時，「一」、「一個」、「該」和「所謂」等用語，係用來代表其係為一個以上該等元件。「包含」、「包括」和「具有」這些術語，係代表包括有並可以有除了所列組件之外的其它組件。
上述內容已經描述至少一個具體例的一些態樣，但是應當要理解的是其等等之各種變化、修改與改良，係為熟習於此技藝者所易於思及者。這些變更、修改與改進係為本揭露內容的一部分，並且係落在本揭露內容的範圍內。因此，前面的描述內容與圖式僅僅是用來作為例示說明的方式。
10‧‧‧SAC焊料
20‧‧‧介金屬
30‧‧‧RF屏蔽金屬

Claims (36)

  1. 一種屏蔽件，能夠保護電子系統的至少一部分免於電磁與無線射頻干擾，該屏蔽件包括：一金屬本體，其係被構造成附接至一基板上；及一焊料，其係與該金屬本體的下端部分一體化，其中在該焊料與該金屬本體之間會產生接合。
  2. 如請求項1的屏蔽件，其中該金屬主體的下端部分包含至少一個接腳，其係被構造成附接至該基板上，該冶金接合係產生在該至少一個接腳上。
  3. 如請求項1的屏蔽件，其中該金屬本體包含選自於由鍍錫鋼、鍍鎳鋼、銅、銅合金、鋁、以及前述之一者以上的組合所構成之群組的金屬。
  4. 如請求項3的屏蔽件，其中該焊料係為無鉛焊料。
  5. 如請求項4的屏蔽件，其中該無鉛焊料係選自於由錫銀、錫鉍、錫銀銅、錫鉍銀、以及錫鉍銀銅焊料所構成的群組。
  6. 如請求項5的屏蔽件，其中該無鉛焊料係為錫銀銅焊料。
  7. 如請求項1的屏蔽件，其中該焊料係藉由選自於由壓印、銑削、刮削、嵌接、以及前述之一者以上的組合所構成之群組的機械手段，來進行成型。
  8. 如請求項2的屏蔽件，其中該焊料的位置以及該焊料在該至少一接腳上的體積係受到控制。
  9. 如請求項8的屏蔽件，其中該焊料係位在離該至少一個接腳的末端一段距離處。
  10. 如請求項8的屏蔽件，其中該焊料係位在該至少一個接腳之內側表面的至少一部分或該至少一個接腳之外側表面的至少一部分之至少一者上。
  11. 如請求項1的屏蔽件，其中該焊料與該金屬本體之間所產生的接合係為冶金接合或是擴散接合。
  12. 一種將屏蔽件附接至基板的方法，其中該屏蔽件能夠保護一電子組件的至少一部分免於電磁與無線射頻之干擾，該方法包括以下步驟：a)以所欲之圖案將焊膏網版印刷於該基板，其中該所欲之圖案包含一個以上的電子組件在該基板上的所欲位置，以及該屏蔽件在該基板上的所欲位置；b)在該基板上將該屏蔽件設置該所欲位置，其中該屏蔽件包括一金屬本體，其係被構造成附接至該基板；以及一焊料，其係與該金屬本體的下端部分一體化，其中在該焊料與該金屬本體之間會產生接合；以及之後c)將經屏蔽之該基板送入迴焊爐，以將該屏蔽件焊接於該基板上。
  13. 如請求項12的方法，其中該等電子組件係在步驟b)之前，被設置在經網版印刷之該基板上的該所欲位置上，並且步驟c)也會將該等電子組件焊接至該基板上。
  14. 如請求項12的方法，其中該基板係為一印刷電路板。
  15. 如請求項12的方法，其中該屏蔽件之該金屬主體的下端部分包含至少一個接腳，其係被構造成附接至該基板，其中該接合係產生在該焊料與該至少一個接腳之間。
  16. 如請求項15的方法，其中該接合係為(a)冶金接合，係藉由使該焊料靠近該至少一個接腳以及足以使該焊料到達該焊料的熔融溫度之熱量與時間而產生；或(b)擴散接合，係藉由熱量與壓力而產生。
  17. 如請求項12的方法，其中該屏蔽件的該金屬本體包含選自於由鍍錫鋼、鍍鎳鋼、銅、銅合金、鋁、以及前述之一者以上的組合所構成之群組的金屬。
  18. 如請求項12的方法，其中網版印刷至該基板上之該焊料係為無鉛焊料。
  19. 如請求項12的方法，其中使用來在該屏蔽件上產生冶金接合之焊料係為選自於由錫銀、錫鉍、錫銀銅、錫鉍銀、以及錫鉍銀銅焊料所構成的群組之無鉛焊料。
  20. 如請求項12的方法，其中被網版印刷至該基板上的焊料係與使用來在該屏蔽上產生接合之焊料相同。
  21. 如請求項12的方法，其中被網版印刷至該基板上的焊料係與使用來在該屏蔽上產生接合之焊料可相容。
  22. 如請求項21的方法，其中被網版印刷至該基板上的焊料係與使用來在該屏蔽上產生接合之焊料不同。
  23. 如請求項12的方法，其中在該屏蔽件上的焊料係藉由選自於由壓印、銑削、刮削、嵌接、以及前述之一 者以上的組合所構成之群組的機械手段，來進行成型。
  24. 如請求項12的方法，其包含藉由遮蔽、蝕刻、及設置氮化物層中之至少一者來控制在該屏蔽件上之焊料位置的步驟。
  25. 如請求項24的方法，其中該焊料係位在離該至少一個接腳的末端一段距離處。
  26. 如請求項24的方法，其中該焊料係位在該至少一個接腳之內側表面的至少一部分或該至少一個接腳之外側表面的至少一部分中之至少一者。
  27. 一種製備屏蔽件的方法，該屏蔽件能夠保護電子組件免於電磁和射頻干擾，該屏蔽件包含一金屬本體，以及與該金屬本體的下端部分一體化之一焊料，該方法包含以下步驟：a)選擇性地將焊料施加至該金屬本體的下端部分；b)在該焊料與該金屬本體之間產生接合；以及c)視情況，藉由選自於由研磨、嵌接、刮削、銑削、修整、以及前述之一者以上的組合所構成之群組的機械手段，來修改該金屬本體上之該焊料體積與焊料位置；其中具有與該金屬本體的下端部分上一體化之焊料的屏蔽件，係能夠被焊接至一基板上。
  28. 如請求項27的方法，其中該接合係為(a)冶金接合，係藉由使該焊料靠近該至少一個接腳以及足以使該焊料到達該焊料的熔融溫度之熱量與時間而產生；或(b)擴散接合，係藉由熱量與壓力而產生。
  29. 如請求項27的方法，其中該屏蔽材料上之焊料的位置係藉著遮蔽該屏蔽材料、蝕刻該屏蔽材料、或是在該屏蔽材料上設置氮化物層來加以控制。
  30. 如請求項29的方法，其中該焊料係位在離該至少一個接腳的末端一段距離處。
  31. 如請求項29的方法，其中該焊料係位在該至少一個接腳之內側表面的至少一部分或該至少一個接腳之外側表面的至少一部分中之至少一者上。
  32. 如請求項27的方法，其中該焊料係藉著選自於由印刷、分配、放置、噴射、以及前述之一者以上的組合所構成之群組的方法，而選擇性地施加至該屏蔽件上。
  33. 一種控制在一屏蔽件上之焊料的位置與體積的方法，其中該屏蔽件能夠保護一基板的至少一部分，免於電磁與無線射頻干擾，其中該屏蔽件是可以被焊接至該基板上，且其中該屏蔽件包括一金屬本體，其中該金屬本體的下端部分包括被構造成附接至該基板上的至少一個接腳，該方法包括以下步驟：a)在該屏蔽件上形成用於選擇性施加焊料之區域，其中藉由選自於對該屏蔽件進行遮蔽、蝕刻、與設置氮化物層中之一種以上的手段，來產生該等區域；b)選擇性地將焊料施加在步驟a)中所產生的區域，其中藉由選自於由印刷、分配、放置、噴射、以及前述之一者以上的組合所構成之群組的方法來施加該焊料； c)在該焊料與該金屬本體之間產生接合；以及d)視情況，藉由選自於由研磨、嵌接、刮削、銑削、修整、以及前述之一者以上的組合所構成之群組的機械手段，來修改該金屬本體上之該焊料體積與焊料位置；其中該焊料在該屏蔽件上的位置與體積係受到控制。
  34. 如請求項31的方法，其中該接合係為(a)冶金接合，係藉由使該焊料靠近該至少一個接腳以及足以使該焊料到達該焊料的熔融溫度之熱量與時間而產生；或是(b)擴散接合，係藉由熱量與壓力而產生。
  35. 如請求項33的方法，其中該焊料係位在離該至少一個接腳的末端一段距離處。
  36. 如請求項33的方法，其中該焊料係位在該至少一個接腳之內側表面的至少一部分或該至少一個接腳之外側表面的至少一部分中之至少一者上。
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