TW472513B - Lead-free solder process for printed wiring boards - Google Patents

Description

472513 A7 B7 五、發明說明（1 ) 發明之技術部份 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明一般係有關焊接組成件於印刷佈線板上之方法 ’且更明確言之，係有關在包封之副系統印刷佈線板上製 '造可靠之無鉛焊料連接之方法，此接受第二焊料回流處理 〇 發明背景 目前，許多電子產品組件由組成件或販賣商/副合約 商提供給製造廠商之副組件所製造。此產品之普通組件製 造方法爲由大量焊接法，連接組成件或副系統印刷佈線板 (PWA)之引線/接頭於主系統PWB上。二最普通之 連續大量焊接方法爲波焊接法及回流焊接法。波焊接法一 般在產品組件含有通孔組成件之高度混合時使用。另一方 面，回流焊接法在大部份組成件爲表面安裝時使用。在回 流焊接法中，整個產品組件接受充分使焊料可靠熔化之一 特定溫度輪廓，形成主系統P W B及副系統P S B間之互 接。 經濟部智慧財產局員工消費合作钍印製 大部份普通標準之錫/鉛（6 0 / 4 0_或6 3 / 3 7 S n / P b )焊料爲合金，其熔化溫度（1 8 3 °C ) 皮於其任一純組成份之熔點。即是，S η在2 3 2 °C上熔 化，及P b在3 2 8 °C上熔化。廣大範圍之焊料合金複合 物（範圍自百分8 0之S η及百分2 0之P b至百分1 5 之S η至百分8 5之Pb )具有固相溶化點爲1 8 3°C。 當包封之副系統或組成件接受標準6 0 / 4 0 6 3 / -4- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 472513 A7 B7 五、發明說明（2) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 3 7 S n / P b溫度輪廓時，其內部組成份可到達焊料合 金之熔化溫度以上約2 0 t。顯然，如同一焊料合金用以 製造副系統印刷佈線組件，則副系統中之組成件之焊料連 •接在主產品組件及副系統P W B間之新連接形成時同時熔 化。此情況在焊料在液相狀態中時，會引起包封之副系統 P WB上之焊料連接失效或組成件移動。故此，在大部份 副組件，包封之副合約商供應之P W B需在副系統P W B 之內部焊料連接溫度及副系統之組件中所用之焊料合金之 熔化溫度之間需提供一熱護帶，尤其是當副系統接受標準 6 0/4 0 S n/P b回流處理時爲然。此護帶最小爲 2 0 〇C。 提高用以焊接副系統板之熔點之一方法爲向富鉛焊料 移動，即P b > 8 5百分率。然而，在百分9 0之鉛合金 ，鉛/錫焊料在2 6 8 °C上熔化。不幸，此溫度超過大部 份電子組成件檢定之溫度。故此，導致使用富錫焊料合金 。此合金普通在2 5 0 °C以下之溫度熔化。然而，自供應 商所接收之幾乎所有組成件均在連接引線上塗敷含有一些 鉛之金屬。 經濟部智慧財產局員工消費合作钍印製 現參考圖1，顯示P W B上之表面安裝之組成件之一 普通焊料連接。當組成件引線1 1 〇普通焊接於 P W B 1 4 0上之銅線跡1 3 0上時，具有錫之引線與其 他雜質結合，在焊料球1 5 0及銅線跡1 3 0間之中間金 屬層1 2 0處形成第三合金。第三合金可爲錫/錯與銀， 鉍’銻，或銦之結合。此第三合金具有遠較回流之錫/鉛 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ~一" ' 472513 Α7 Β7 五、發明說明（3 ) 焊料之低共溶點爲低之熔化點，即1 8 3。(：。故此，當完 成回流時，此第三合金在確保達成回流所需之處理溫度之 前熔化，且副系統連接過早失效。此會引起組成件移離 ‘PWB上所需之位置。 故此’本藝中需要一種低成本之方法，用以在接受回 流處理之包封之副系統P W B上製造可靠之無鉛焊料連接 發明槪要 爲應付先行技藝之上述缺點|本發明提供用以焊接組 成件於印刷佈線板上之一種方法。在一實施例中，該方法 包括塗用大致無鉛之焊料於印刷佈線板上，安置具有無鉛 接頭之電子組成件於該焊料上，及在大致無氧之大氣中加 熱該印刷佈線板至充分使該焊料回流之溫度。在另一實施 例中，該方法可另包括塗用錫基硬之焊料。或且，該方法 包括塗用錫及選自銀，銻，銅，及金所組之群中之一金屬 之焊料合金。 在一有利之實施例中，該方法可包括加.熱大致無鉛之 焊料至自約2 4 0 °C至約2 6 0 °C範圍之溫度。在另一施 例|該方法可包括在氮大氣中加熱印刷佈線板。在一實施 例中’該方法包括安置具有塗錫之接頭之電子組成件。或 且，無鉛接頭可塗以鎳/鈀合金。 在另一有利之實施例中，該方法包括塗用錫及銀之焊 料合金。在一特別有用之實施例中，印刷佈線板爲—副系 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -0 - --------—----/'--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 472513 經濟邨智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（4) 統印刷佈線板，及該方法另包括使用具有低共熔點低於大 致無鉛焊料之低共熔點之焊料，焊接副系統印刷佈線板於 一系統印刷佈線板上。在又另一實施例中，該方法包括塗 •用大致無鉛之焊料，僅包含絲毫量之鉛，不足以形成明顯 之量之第三合金。 以上已槪要，相當廣泛說明本發明之較宜及另外特色 ，俾精於本藝之人士可更明瞭以下本發明之詳細說明。以 下說明本發明之另外特色，此構成本發明之申請專利範圍 之主題。精於本藝之人士應明瞭彼等可容易使用所發表之 構想及特定之實施例作爲基礎，用以設計或修改其他構造 以實施本發明之同一目的。精於本藝之人士亦應明瞭此 等等效結構並不脫離本發明在其最廣泛形態上之精神及範 圍。 附圖簡述 爲更完全明瞭本發明，現參考以下說明及附圖，在附 圖中： 圖1顯示焊接於印刷佈線板上之一表面安裝組成件之 組成件引線之斷面圖； 圖2顯示一印刷佈線板及欲焊接於該印刷佈線板上之 代表性組成件之分解等視圖； 圖3顯示圖2之P W B組件及一系統印刷佈線板之分 解等視圖；及 圖4顯示一流程圖，顯示在製造圖2及3所示之組成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） « n H 1· 1 n I n n n n I · n I n n an 1 n 一5'’ I n n n n 1 n I I (靖先閲讀背面V注意事項再填寫本頁) 472513 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（5 ) 件之期間中所執行之各種操作。 主要元件對照表 10 0 副系統印刷佈線板組件 200 印刷佈線板組件 2 1 0 印刷佈線板 2 1 1 正面 2 1 2 反面 220 表面安裝組成件 2 2 1 所需之區域 2 2 3 接頭引線 2 5 0 大致無鉛之焊料 2 6 0 額外組成件 3 10 系統印刷佈線板 320 焊料區 詳細說明 經發現普通富鉛及富錫焊料會引起形成第三或低共熔 合金，此在第二回流處理之期間中過早熔化。當此第三或 低共熔合金熔化時，表面安裝之組成件會在回流處理中移 動。由於含鉛之普通焊料及回流處理之問題，可使用大致 無鉛，錫基礎之焊料。然而，當使用以錫爲基礎之焊料時 ，組成件引線及P w B接表面亦需保持無鉛，以確保副系 統焊料連接在回流處理中存活。一些組成件製造廠商供應 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -3 - --------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 472513 A7 B7 逐濟部智慧犲i"員v-l乂 η乍沒 五、發明說明（6 ) 具有由百分之百錫或鎳-鈀合金之引線塗敷之引線，作爲 無P b接頭之組成件。用以製造無p b引線之另一方法爲 使引線剝開，及由無P b之化合物重行塗錫。大致無給之 •PWB完工包含具有有機可焊接塗層，鍍金，及錫浸漬之 銅。 當由錫基礎之焊料’尤其是S n/A g焊接時，_組成 件溫度需在2 2 1 °C以上’以確保焊料在其液相狀態。然 而，在此溫度，發生一額外問題，即銅線跡加速氧化。爲 改善此情況，建議在惰性大氣，例如氮中之回流處理。 現參考圖2，顯示印刷佈線板及欲焊接於印刷佈線板 上之代表性組成件之分解等視圖，。應注意當焊接表面安 裝之組成件時，本方法特別有用。然而，本方法亦適用於 其他組成件安裝方法。印刷佈線板（P W B ) 2 1 0由普 通網印大致無鉛之焊料2 5 0層於正面2 1 1上所需之區 域中製備，用以焊接代表性之面安裝組成件2 2 0， 2 3 0，2 4 0。在本發明之一實施例中，大致無鉛之焊 料2 5 0爲錫基礎焊料。在本發明之一特定方面，錫基礎 之焊料可包含錫與銀，銻，銅，或金之合金。亦可使精於 本藝之人士所知之其他大致無鉛之焊料。 組成件2 2 0，2 3 0，2 4 0 (分別含有接頭引線 223 ，233 ，243)然後安置於 PWB21 ◦上’ 如預定之電路所需。P W B 2 1 0及組成件2 2 0 ’ 2 3 0，2 4 0之組件然後在大致無氧之大氣中’即是無 足夠之氧氣存在’以產生會大爲降低連接點之導電丨生之顯 n n n n n n n n 1 n n n I · n n n K n n n )aJ· n n n n .^1 n n I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用1f1國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -9- 472513 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（7 ) 著之量之氧化物之大氣中，由熱惰性氣體加熱至充分熔化 (回流）焊料2 5 0之溫度。在一實施例中， PBW2 10及組成件2 2 0，230，240接受自約 ' 2 4 0 °C至約2 6 0 °C範圍之溫度。在另一實施例中，在 氮大氣中執行加熱，從而減少露出之金屬之氧化至最低程 度。組成件220，230，240如此在電氣及機械上 連接於PWB 2 1 0，形成一 PWB組件2 0 0。在本發 明之一實施例中，接頭引線2 2 3 ，2 3 .3 ，2 4 3大致 無鉛’且可塗以錫。在另一實施例中，接頭引線2 2 3， 233，243無鉛，且可塗以鎳/鈀合金。如此處所用 ’”大致無鉛”意爲焊料或接頭引線大致無鉛，唯當然， 可有微少或絲毫量之鉛存在。然而，在較宜之實施例中， 焊料或接頭引線完全無鉛；即是，甚至無微少或絲毫量（ 例如< 0 · 5百分率）之鉛存在。 在一些應用中，PWB組件2 0 〇可設計接受額外之 組成件26〇，270 ，280於PWB2 10之背面 2 1 2上。在此應用中，重複以上之處理，網印大致無鉛 焊料（不可見）於導電性區中，安置組成件2 6 0， 2 7 0，2 8 0，及暴露反面2 1 2於充分熔化（回流） 反面212上之焊料，而對前構製於正面211上之焊料 連接無不良影響之熱惰性氣體溫度中。在所示之實施例中 ’ P W B組件2 Ό 0可爲一副系統組件板，設b十欲回流於 —大系統板上，諸如用於電腦，電傳通訊系統，或一般電 力系統中者。 本紙張尺度適用尹國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公沒） -10- I n ί m —i i 1 -1— I I 1· n at n 一 -OJ* n n n n n n I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 472513 A7 B7 系 統 Ρ W B 3 1 0 由 網 印 —* > 3 4 0 上 製 備 ， 焊 料 具 有 統 組件 2 〇 0 之 大 致 無 鉛 焊 f 焊 料 區 3 2 0 j 3 3 0 > 在 本 實 施 例 之 -- 特 疋 方 面 j 3 7 至 約 百 分 之 4 0 〇 如 精 副 系 統 P W B 組 件 1 0 0 及 使焊 料 區 3 2 0 3 3 0 > 部 份 製 造 中 } 此 需 要 約 2 2 料 3 2 0 i 3 3 0 > 3 4 0 即 Ρ b / S η 之 低 共 熔 點 〇 P W B 組 件 2 0 0 上 之 焊 料 度 ( 白 約 2 4 0 °c 至 約 2 6 合 該 副 系 統 Ρ W B 組 件 2 0 之 溫 度 ( 約 2 2 0 °C ) 0 故 之 組 合於 系 統 Ρ W B 3 1 0 Μ ! \ W 鉛 焊 料 連 接 之 溫 度 上 達 成 系 統 P W B 組 件 2 0 0 及 系 Ρ W B 2 1 0 ) 3 1 0 製 成 用 以 製 造 用 於 電 傳 通 訊 j 電 電 子 用 具 上 之 系 統 組 件 3 0 本纸張尺度適用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明說明（8 ) 現參考圖3 ，顯示圖2 線板之分解等視圖。在所示 2 0 0爲一副組件，欲焊接 之P W B組件及一系統印刷佈 之實施例中，P W B.組件 於系統印刷佚線板3 1 0上。 焊料於焊料區320，330 —低共熔點低於用以組合副系 料之低共熔點。在一實施例中 3 4 0可包含帶有鉛之焊料。 焊料之鈴含量可爲約百分之 於本藝之人士所熟知，合併之 系統PWB 3 1 0需接受充分 3 4 0回流之加熱時間。在大 0°C之熱空氣溫度，以確保焊 之核心溫度至少爲1 8 3 °C， 如有關圖2所述，副系統 連接使用大致無錫焊料在一溫 0 °C )上形成，此溫度超過組 0於系統P W B 3 1 0上所需 此，副系統P W B組件2 0〇 上之回流處理在不影響先前之 。故此，系統組件3 0 0由副 統PWB 3 1 0以電氣互接 。接受適當之設計，本發明可 力系統，電腦，及各種消費者 0 。 -11 - 472513 經濟部智慧財產局員工消費合作钍印製 A7 B7 五、發明說明（9) 現轉至圖4 ’繼續參考圖2及3 ，其中圖解一流程圖 ’顯示在圖2及3所示之組成件之期間中所執行之各種操 作。如所示’該程序開始於4 0 0。在4 1 〇，選擇一副 •系統板2 1 0。然後在4 2 0處，網印大致無鉛之焊料 2 5 〇於副系統板2 1〇上選定之位置22 1 ，23 1 ， 241。在 430，安置組成件 220，230，240 於副系統板2 1 0上，如預定電路所需要。在4 4 0，組 件2 0 〇在無氧之大氣中接受加熱至約2 4 〇乞至約 2 6 〇°c。如前所討論’如需要，可由適當重複4 2 〇， 430 ’ 440，固定組成件 260 ，270 ，280 於 副系統板2 1 〇之背面上。 在4 5 0，選擇系統板310。然後在4 6 0，網印 普通P b/S η焊料於系統板3 1 0之選定之位置3 2 0 ’ 330 ’ 340上。在470，安置副系統組件200 於系統板3 1〇之位置320，330，34 ◦上。在 4 8 0 ’副系統組件2 0 0及系統板3 1 0接受加熱至約 2 2 〇 °C之時間，以熔化焊料蹤跡3 2 0，3 3 0， 3 4 0 ’製成系統板3 0 0。該程序終止於4 9 0。 雖已詳細說明本發明，但精於本藝之人士應明瞭此等 可作各種更改’代換，及改變，而不脫離本發明在其最廣 泛之形態上之精神及範圍。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -12- n HI n n n ...... n n —1 I m In It n n i n 一-OJ· n n 1 1^1 II— I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 472513 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1 ，一種用以焊接組成件於印刷佈線板上之方法，包 括： 塗用大致無鉛之焊料於印刷佈線板上； 安置具有無鉛接頭之電子組成件於該大致無鉛之焊料 上； 在大致無氧之大氣中加熱該印刷佈線板至充分使該大 致無鉛焊料回流之溫度。 2 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，塗用 致無鉛之焊料包括塗用錫基礎之焊料。 3 ·如申請專利範圍第2項所述之方法，其中，塗用 錫基礎之焊料包括錫及選自銀，銻，銅，及金所組之群中 之一金屬之焊料合金。 4 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，加熱 至充分使大致無鉛之焊料回流之溫度包括加熱該大致無鉛 之焊料至自約2 4 Q °C至約2 6 0 °C範圍之一·溫度。 5 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，在大 致無氧之大氣中加熱印刷佈線板包括在氮大氣中加熱該印 刷佈線板。 6 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，安置 具有無鉛接頭之電子組成件於大致無鉛焊料上包括安置具 有接頭由塗錫之接頭之電子組成件。 7 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，安置 具有無鉛接頭之電子組成件於大致無鉛焊料上包括安置具 有由鎳/鈀合金塗覆無鉛接頭之電子組成件。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 古° r 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -13- 472513 Α8 Β8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 t、申請專利範圍 8 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，塗用 大致無鉛之焊料包括塗用錫/銀合金。 9 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該印 刷佚線板爲一副系統印刷佈線板，及該方法另包括使用具 有低共溶點低於大致無鉛焊料之低共熔點之焊料，焊接該 副系統印刷佈線板於一系統印刷佈線板上。 1 〇 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，塗 用致無鉛之焊料包括塗用大致無鉛之焊料，其中，大致無 鉛之焊料僅包含絲毫量之鉛，不足以形成明顯量之第三合 金。 1 1 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，印 刷佈線板爲具有大致無鉛完工之一印刷佈線板。 1 2 . —種用以製造印刷佈線板之方法，包括： 提供一副系統印刷佈線板； 塗用大致無鉛之焊料於副系統印刷佈線板上； 安置具有無鉛接頭之電子組成件於該大致無鉛之焊料 上； 在大致無氧之大氣中加熱該副系統印刷佈線板至充分 使該大致無鉛之焊料回流之溫度；及 使用具有低共熔點低於該大.致無鉛之焊料之低共熔點 之焊料，焊接副系統印刷佈線板於該印刷佈線板上。 1 3 .如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中， 另包括設計該印刷佈線板，俾用於電傳通訊系統上。 1 4 .如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -Μ - 472513 AS B8 C8 D8 f、申請專利範圍 另包括設計該印刷佈線板’俾用於電腦系統上。 1 5 .如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中， 另包括設計該印刷佈線板’俾用於電力系統上。 1 6 .如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中， 塗用大致無鉛焊料包括塗用錫基礎之焊料。 ]_ 7 .如申請專利範圍第1 6項所述之方法，其中， 塗用無鉛焊料包括塗用錫及選自銀，銻，銅，及金所組之 群中之一金屬之一焊料合金。 1 8 .如申請專利範圍第1 2項所述之方法，其中， 使用具有低共熔點低於大致無鉛焊料之低共熔點之焊料包 括使用具有鉛含量至少爲百分之2 0之一焊料合金。 1 9 _如申請專利範圍第1 2項所述之方法’其中’ 在大致無氧之大氣中加熱副系統印刷佈線板包括在氮大氣 中加熱該副系統印刷佈線板。 2 0 ·如申請專利範圍第1 2項所述之方法’其中’ 安置具有無鉛接頭之電子組成件於大致無鉛焊料上包括安 置具有塗錫之接頭之電子組成件。 2 1 .如申請專利範圍第1 2項所述之方法’其中’ 安置具有無鉛接頭之電子組成件於大致無給焊料上包括安 置具有塗以鎳/鈀合金之無鉛接頭之電子組成件：° 2 2 .如申請專利範圍第1 2項所述之方法’其中’ 該印刷佈線板爲具有大致無鉛完工之一印刷佈線板。 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------/,---------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製