TW551018B - Method of manufacturing mount structure without introducing degraded bonding strength of electronic parts due to segregation of low-strength/low-melting point alloy - Google Patents
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Description
551018 五、發明說明(l) 【發明之領域】 本發明係有關於一種以焊接將各種電子元件安置在一 · 印刷電路板(底下以PCB稱之)的一安裝結構及其製造方 法’且特別有關一種使用回流焊接方式將電子元件安置在 一PCB至少一側邊的一安裝結構及其製造方法。 - 【發明之背景】 w 傳統上焊接為使用在一 PCB上安置各種電子元件的方 法,底下將對應圖示來說明。 請參照第1 A至1 F圖,所舉的例子為相關雙面回流製 程,其係在一PCB兩側以回流製程焊接電子元件。 首先,使用一印刷罩幕(未繪出)將錫膏8丨印刷在 PCB 80的一島塊(未繪出),印刷罩幕提供有只位於對應 島塊一位置的一開口 (圖1 A )。 接著,表面安裝元件82例如為一晶片元件,QFp (Q^uad Flat Package) . SOP (Small Outline Package )等將置於印刷在島塊上的錫膏8丨上(圖丨B )。 接著,將置有表面安裝元件82的PCB 8〇送進並通過一 ^溫的回流爐使錫膏81熔化,讓表面安裝元件82的導線焊 上PCB 80的一銅箔(圖1C)。經由前述 元件_以回流方式焊接在pCB8〇的一側邊:。表女裝 客QQ t妾著,反轉PCB 80,以類似圖1 Α、1β所示步驟,將錫 (,ρ刷在未安置有電子元件的PCB 80之另一側邊(圖1D · *且表面安裝元件84被置於印刷錫膏83上(圖lE )。接‘ 下,以類似圖1C的步驟,藉由將PCB 8〇送進並通過回流 551018 五、發明說明(2) 爐以焊接表面安裝元件84 (圖1F)。 一些不能承受上述回流製程之高溫爐的電 人工焊接。 匕什則抹 一參照第2圖,將描述一回流/熱流組合的製程, 藉由回流將電子元件焊接在一pCB的一側邊,並且 由熱流將電子元件焊接在PCB的另一側邊上。 0 首先,類似圖1 A、1 B的步驟,印刷錫膏8丨(圖2 A ), 且表面安裝元件82被置於PCB 80的一側邊上的印刷錫膏“ ^ (圖2B)、。接著,以類似圖1C的步驟,藉由將pcB 8〇送 齐驟ίΓίΐ焊接表面安裝元件82(圖2C)。經由前述 $ =。表面女哀兀件82便以回流方式焊接在pcB 8〇的一側 電子ΪΪπ,Ϊ置有表面安裝元件82上的PCB 80 -側邊, 80的穿孔以罟氐:以穿孔兀件85稱之)❸導線將穿過PCB 〇的牙孔以置入穿孔元件85 (圖2D )。 料溶=、甬Ϊ上置有穿孔元件85的PCB 8〇在爐内的-焊
80另一側邊^ ^ *此時熔化的焊料86由焊料溶液喷向PCB 焊接上PCB 80 ^ 元件85的導線,讓穿孔元件85的導線 坪接上PCB 80的—銅箔(圖2E )。 藉由:ίίΪΐ^述回流製程之高溫爐的電子元件,及 束之後採波電子元件有困難者’則在熱流製程結 上述傳統安置雷子$彳朱& 士 焊料的錫春,妙&子兀件的方法,通常是採用一Sn-Pb +氣然而’由於Sn—Pb焊料包括有毒的重金屬
2138-4888-PF(N).ptd 第6頁 551018 五、發明說明(3) 雜’除非能妥盖虚理, 響。考量此情;,近年生對地球大氣有害的影 不含鉛的焊料以避免污染環:解決這個問冑,便要求使用 料。ώ ,祝,Sn —“焊料是典型眾所周知不含鉛的焊 村。由於銀的特性是相告 〜 ^ B ^ ^ 代Sn-Pb焊料來焊接H &的’當Sn_AS辉料使用於替 同的可靠片,缺1 件,可確認會與傳統方法有相
Sn-Ag r r ',比較Sn-Pb焊料的熔點約為183 °C, s:枓的熔點較高約為22〇。 方法和裝置爽—七雪工-从 要罝接以傳統的 是,因! 電子7°件的焊接並不能完全適用。特別 般電子70件的耐熱溫度約230 t,若使用且右 熔點約為22(TC的Sn — Ag焊料,在 右使用”有
C的溫度’所以需要增加這歧電子元 件的耐熱溫度。 --弘丁 7L 焊料另^也有7與上述高炼點之Sn—Ag焊料不同且不含錯的 2m =焊料。由於sn_zn系焊料的炼點只約為 製程。〜直接應用傳統的表面黏著設備而無需改變 ,而,=較Sn-Zn焊料與傳統的Sn_pb焊料,&較容易 和裝置的方法,無法確認會有相同同的傳統設備 焊料:種ί ί SrZn焊料保濕性的方法是‘包括在Sn-Zn 術揭露使用—Sn~Zn_Bi焊料來進行回 然而,使用的電子元件具有導線應用目前最一般常用 2138-4888-PF(N).ptd 第7頁 551018
的Sn-Pb包覆,當回流以―Zn —Bi焊料時,傳統回流製程會 ^遇因Sn —外包覆之主要成份Pb與Sn-Zn-Bi焊料之主要成 份Sn-Zn-Bi反應,在圍繞島塊和焊料間介面的區域,因低 強度/低炫點合金層的形成而導致Sn_Zn —pb和以―pb —Bi隔 離的問題。因此,在這些介面區域的低強度/低熔點合金 層對女裝品質與可靠性有負面的影響。 特別是,在前述雙面回流製程的第二回流步驟,以及 在回流/熱流組合製程的熱流步驟中,低強度/低熔點合金 如Sn-Zn-Pb、Sn-Pb-Bi及類似者的隔離,在先安置有電子 元件的PCB側更加明顯。因此,在前述雙面回流製程的第 二回流步驟,以及在回流/熱流組合製程的熱流步驟中, 在冷卻焊料的一冷卻過程中,於島塊和焊料間的介面將有 低強度/低熔點合金獨自維持未固化的現象,造成pCB彎曲 或扭曲時,在此介面區域的接合電子元件容易有焊接脫離 的情形產生。尤其是對如QFP、s〇p等類似的電子元件中, 位於四個角落的導線最容易發生這種現象,因為當彎曲或 扭曲PCB時,應力大部份都集中在此處。 〆 【發明之目的與概述】 本發明目的在提供一種製造一 ▲ …—女表、、VO構的方法,兵
避免於靠近-島塊和-焊料間的介面形成—低強度/低、丈 點合金,足以確保焊接接合及安裝結構的品質和可靠度 為達此目的,根據本發明之製造一安襞結構的方= :T:if為UWsec—或更高者,強行冷卻與固 在一印刷基板上的一熔化的錫膏。
551018
的區^ ^ ^式,錫膏能在印刷基板上的島塊與焊料介面間 一均自’在產生有一低強度/低熔點合金隔離前,以 介面門ί成被固化,此能抑止在印刷基板上的島塊與焊料 ^ 、區域周圍形成低強度/低炼點合金層,以確保焊 焊料=彳的品質和可靠度。舉例來說,就一不含鉛的〜411 二保濕性觀點,當錫膏使用—sn_zn_Bi合金以焊接具 覆蓋—含鉛包覆膜的一電子元件’可避免Sn-Zn-Pb (^、熔點為177°C )與Sn-Pb-Bi (其熔點為98°C )的隔 離0
田作為錫貧之Sn-Zn-Bi合金中Bi含量為3%或更少, 進一步抑制Sn —pb〜Bi的隔離。此外,當Bi含量少於3 %,Sn-Pb-Bi焊料之可撓性也會增加,使得對如周圍溫度 之環境改變的容忍性也能有所改善。 再者’當本發明中將兩種或更多的焊料粉末加入作為 一錫膏,所得的錫膏將表現具有介於液化及固化間的一較 大溫度差異,因此能抑制晶片設置的缺陷。
為導入包括在一印刷基板一側面的一第一回流步驟, 及印刷基板另一側面的一第二回流步驟的一雙面回流製 程,印刷基板兩側面上的焊料將以一冷卻速度為丨· 5 〇c /second或更南者’從一熔化狀態下被強行冷卻與固化。 此情況下’藉由前述第一回流步驟所安置在印刷基板一側 面的電子元件’即使該印刷基板再經歷第二回流步驟後, 其島塊與焊料介面間的區域周圍的Sn-Zn-Pb與以—外―Bi隔 離能將可避免’因此能確保焊接接合的品質及可靠性。
2138-4888-PF(N).ptd 551018 五、發明說明(6) 為導入包括一印刷基板一側面的一回流步驟,及印刷 基板另^側面的一熱流步驟的一回流/熱流組合製程,其 。中在熱流步驟期間,係維持印刷基板一側的一焊料在1 C乂低的溫度下實施該熱流過程。此情況下,藉由前述 回流步驟所安置在印刷基板一側面的電子元件,在回流步 p中=形成的少量Sn-Zn-Pb能避免在熱流步驟期間再度熔 此 k接接合於印刷基板一側,即使印刷基板經歷 熱流步驟,能保證其品質及可靠性。 $讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 \ 嗜,下文特舉一較佳實施例,並配合所附圖式,作詳 細說明如下。 F卞 【較佳實施例說明】 蓋一實雜 1貝^例中的一安裝結構係以一雙面回流製程製 侍,猎由回流將一PCB兩側焊接上電子元件。 安置ϊ 實:例的回流製程,先應用-回流裝置進行 流裝置使用一含Bi的:在7 3的島塊上的-錫貧。回 膏。安置在PCB 一1VZn合金之Sn —Zn —Bl合金作為錫 B上的電子元件之一 Α且右道給A 包覆膜的一電子元件。 為具有V線覆盍一含鉛 如第3圖所示,根擔笛 ♦ u 的回流裝置工包括在二3上Λ Λ回流製程中所使用 提供具有在一端Μ 仃回抓耘序的熔爐6。熔爐6 ^ ^ ^側的一入口部7以導入ργκ q、牡X " + 序,以及在另_她4“山以導入PCB 3進入回流程 编側的一出口部8以移出回流過的pcb 3, 551018 五、發明說明(7) ' ----- ---- 炫爐6内需確保是密閉的。 3 •力回#流^裝置1也包括運送機制11以在熔爐6内運送PCB 一’ '熱單元12以加熱並熔化PCB 3上的錫膏;以及冷卻單 、乂冷卻並固化PCB 3上加熱並溶化過的錫膏。 運迗機制"具有其上運送有pCB 3的輸送帶15,及一 ° ,(未繪示)以驅動輸送帶1 5在一預定運送速度 :第3圖中所示的一箭頭&方向的一運送路徑行進。運 送路徑係提供輸送帶1 5自熔爐6内的入口部7移向出口部 此運送PCB 3的運送機制11,舉例來說,具有一運送速 度約 〇. 7 m / m i n。 ' =熱單儿1 2和冷卻單元1 3係分別沿熔爐6内的運送路 =做女置。加熱單元1 2被安排在接近入口部7,將運送路 徑夾於其間而彼此相互對應的位置。冷卻單元則被安排在 接近出口部8,將運送路徑夾於其間而彼此相互對應的位 置。 每一加熱單元1 2具有預熱器1 6及加熱器1 7沿著運送機 制11的運送路徑順序安排。預熱器係初步加熱錫膏至一預 定溫度並維持加熱錫膏,加熱器丨7則將錫膏加熱至其熔點 或更高以熔化錫膏。
母一冷卻器13具有冷卻風扇is以將冷空氣送給b 3 ;以及一冷卻線路(未繪示)以冷卻由冷卻風扇丨8送來 的冷卻空氣。冷卻線路規劃能循環一預定的冷卻劑。冷卻 單元13被設成能以1· 5 t:/second或更高的冷卻速度來冷卻 並固化被加熱至大約210 °C或更高的PCB 3上的錫膏。
551018
底下將欽述使用笛 程。同B夺也將敘述參照第2不的回抓裝置1的雙面回流製 變的情形。第4圖中〃 Γ縱紅^之回流裝置1中一錫膏溫度改 一導線的—錫膏^ 表接近PGB 3上—電子元件之 樣於第4圖中,一實’橫轴則代表時間(秒)。同 :裝;1的-錫膏溫度改變曲線,以及—虛線 用一傳統回流裝置的-锡膏溫度改變曲線。"使 的PCB百fV墓其上印刷有—錫膏及其一側上安置有電子元件 的PCB 3被導入回流裝置丨的熔爐6。
如第4圖所不的實線L丨,當使用例如其熔點略小2⑽ 的一Sn-Zn-Bi焊料做為PCB 3印刷的錫膏,在pcB 3導入 135至145秒(時間tl )後,將由加熱單元12的預熱器16加 熱至接近1 5 0 C至1 7 0 °C (溫度X1 ),並維持8 〇至丨〇 〇秒。 接著,從PCB 3導入2 15至245秒(時間t2 )後完成預 熱,繼續運送維持在溫度xl的?(^ 3。在PCB 3導入265至 3 0 5秒(時間13 )後,PCB 3上的錫膏將由加熱單元丨2的加 被導入熔爐6的PCB 3將沿著運送機制丨丨的運 运,且PCB 3上的錫膏被加熱單元12所加熱。^路仕運 熱器17加熱至接近210 °C (溫度x3)或更高以熔化錫膏。
接下來,P C B 3更進行由運送機制運送,藉由冷卻單 元1 3以約1 3秒(冷卻時間T )的時間將PCB 3上熔化的錫膏 冷卻至接近1 9 0 °C (溫度X 2 )或更低。此時,冷卻單元1 3 係以1· 5 °C/second或更高的冷卻速度來冷卻並固化PCB 3 上的錫膏。
2138-4888-PF(N).ptd 第12頁 551018 五、發明說明(9) PCB 3上,藉由冷卻單元13來冷卻熔化的錫膏以安裝 電子元件。冷卻的PCB 3在導入後2 78至318秒(時間t4 ) 被移出出口部8並在一室溫下置放一預定時間。避免PCB 3於島塊與焊料介面上形成有肇因於Sn-Zn-Pb (其熔點為 177 °C )與Sn-Pb-Bi (其熔點為98 °C )隔離的低強度/低熔 點合金層,其中Sn-Pb-Bi係由導線上包覆膜一主要成份pb 與Sn-Zn-Bi焊料之主要成份Sn-Zn-Bi所製得。因此電子元 件能穩固地接合在PCB 3上。 另一方面,如第4圖所示的虛線L2,傳統回流程序中 藉由冷卻單元13來冷卻並固化PCB 3上的錫膏,係以一冷
卻速度約〇· 5至0· 8 °C/second。以此速度來冷卻並固化pcB 3上的錫膏,在島塊與焊料間介面有Sn — Zn-Pb與以―pb — Bi 的隔離,導致在介面上有低強度/低熔點合金層形成。 特別疋根據本發明第一實施例以約傳統兩至二倍的快 速冷卻並固化錫膏的回流製程,可由代表冷卻速^的冷卻 曲線L1斜率較L2陡加以辨別。基於pb將由pcB 3上所安置 ,子,件的導線上的包覆膜擴散出來,所以快速的冷卻可 1錫τ在島塊與焊料間介面有以_211_^與以砰卜“隔離前 以均勻的組成被固化。 盘捏i=能避免肇因於sn~zn—pb與以-外―61隔離,於島塊 /、知;斗;I面上形成有低強度/低熔,^ ^ ^ 能確保焊接有-足夠強度的接合二 避免有缺陷的焊接。 接下來,將一側安置有以前述步驟 回流的電子元件
2138-4888-PF(N).ptd 第13頁 551018 五、發明說明(10) ' -- 另一側有電子元件置放在已印刷一錫膏的PCB 3送入回流 裝置1的熔爐6。 之後’依照類似上述回流的步驟應用在pCB 3另一側 的回,程序’就能得到安置在PCB 3另一側的電子元件能 確保焊接有一足夠強度的接合,所以能避免有缺陷的焊 一 在此情況下,先前藉由回流安置在PCB 3 —側的電子 元件之導線上的錫膏也會經由冷卻單元1 3以一 1. 5 °C /second或更高的冷卻速度快速冷卻。因此,即使pcB 3 一 側上的錫膏再次經由加熱單元1 2的加熱而熔化,錫膏是快 速地被冷卻並固化。如此,先前安置在pcB 3 一側的電子 元件能確保焊接有一足夠強度的接合,藉以即使pCB 3另 一側將進行回流程序,焊接的缺陷也可避免。 要注意的是在PCB 3另一側進行的第二回流程序,由 於在第一回流程序中PCB 3 一側上安置有電子元件的影 響’使得錫貧溫度較不傾向被冷卻,所以整個pCB 3具有 較第一回流程序期間還大的熱容。基於此,若冷卻單元i 3 在第一和第二回流程序中的設置都相同,在第二回流程序 會有較低的冷卻速度。因此,應該要使得冷卻單元丨3提供 在第一回流過程的冷卻速度高於第一回流過程的冷卻速 度。 根據第一實施例的回流程序,冷卻單元丨3的冷卻速度 設成1· 5乞/second或更高以避免Sn-Zn-Pb (其熔點為177 °C )與Sn-Pb-Bi (其熔點為98它)的隔離。另外,
2138-4888-PF(N).ptd 第14頁 551018 五、發明說明(11)
Sn-Pb-Bi的隔離可進一步藉由減少Sn Zn Bi 至少於3 wt%而加以抑制。 纤寸τΒι 3置 參照第5和第6圖,將描述當採用Bi含量為3 wt %的 Sn-Zn —Μ焊料來連接一電子元件的一導線,及利用相
Sn-Pb合金^為覆蓋電子元件導線的一包覆膜的情況。 I明參照第5圖,其繪示第一回流過程中藉 將電子元件安置在-PCB-側的連接導線的組成:=§
Sn-jn-B^料中Bi的最佳含量,將使用傳統 二冷部速度為 o.5t/sec〇n(^〇.8t:/sec〇ndMj = 二二同樣於第5Slt,最頂端的圖顯示經由焊接所連接' nm—部份放大的剖示圖,及標示”⑽u 七'〇 -音/ph" /、虛線所圍部份(PAD )的圖示。標示有例 ^ =辛盆=圖顯示標示”SEM ”的圖中一區域是否結合有 f仏圖中呈現略白的部份即存有該元素。 ^ ^ ; r^Tt7^\Sn'Pb-Bl #Sn-Zn'Pb ^ ^ ^ 測有雖然含量極線部位除Sn、zn、pb之外尚偵 同樣債測有Cu、Fem。需注意的是在第5圖中, 份,以及Fe、Ni為“:::弋為PCB之一銅落中的成 參照第6圖:二"第件導V的成份。 元件安置在PCB另ϋ的匕=過程後藉由焊接將電子 如笛β 一 側的連接導線的放大顯微照片。 後,二::’可發現PCB另-側上施以第二回流過程 後猎“接連接在pcB 一側上以第一回流製程所安置的知
551018 五、發明說明(12) 電子元件的部份導線將有分層的形成。 如上所述,當選擇Sn-Zn-Bi焊料的Bi含量為3wt %時 曰發生Sn-Pb-Bi的隔離,由於實際只測得極少量的βί,所 以較佳Bi含量範圍是少於3wt %以抑制以―pb_Bi的隔離。 」而,如表1所不,當Bi含量較少,Sn-Zn-Bi焊料有 一較小的液化與固化間的溫差。
舉例來 接,其中兩 開始溶化, 張力的拉力 以’液化和 是初期的焊 基於此 3 % 的Sn-Zn 兩種以上的 特別是 入的兩種焊 表1 L!1! —包括兩電極的電子元件以回流來焊 ^極之一上的一焊料因PCB上的溫差而第一次 電子疋件將因另一電極受被熔化 而被抬高,導致所媢的曰κ、、隹很士幻录面 固m卜 片準備時的缺陷。所 料溶化較少而降低了焊料的表面張广原因 R·在ΛΤ較佳實施例中,當在製作以含量少於 βι錫β以增加液化和固化間溫 、 焊料粉末。 左于將加入 ,在製作Bi含量為2%的Sn-ζ卜Bi錫膏, 料粉末例如是以下的組成: °
551018 發明說明(13) ^.Sn-8Zn-3Bi : 67 wt% ;以及 2.Sn-9Ζπ ·33 wt % 。 另一方面,制β 1· / ^入工仏u 、下1含量為於1 %的Sn-Zn-Bi錫膏,所 加入的兩種焊料耠古么 ^ ^里纤竹杨末例如是以下的組成: l.Sn-8Zn-3Bi : 33 wt% ;以及 2.Sn-9Zn :67 wt%。 細目Ϊ ^以上述例子所製得錫膏的Bi含量為1 %或2 %,但 被=、〃Sn 8Zn〜3Bl相同的液化和固化間的溫差,因此能 、二Γ期熔化時的焊料量,$而降低焊料的表面張力,所 ::口P ,晶片準備時的缺陷。需了解的是,上述組成及重 :二:疋舉例而非限制,其它組成或重量比能達成類似效 果亦為本發明所含括。 如上。所述’第一實施例設定回流裝置1的冷卻單元1 3 具有1.5t/second或更高的冷卻速度,以在Sn-Zn —扑 1點為177 C )與Sn-Pb-Bi (其熔點為98 °C )隔離前快速 地冷卻並固化一熔化的錫膏。 因此’第一實施例能抑制島塊與焊料介面上因 Sn Zr^Pb與Sn-Pb-Bi隔離所導致的低強度/低熔點合金声 的形成’所以能確保電子元件裝置在pcB 3上的焊 又 品質和可靠性。 汁了叶操合 當採用Bi含量少於3討%的以_211 —Bi焊料作為锡春 時’更進一步能抑制Sn-Pb-Bi的隔離。另一方面,月
Sn-Zn-Bi焊料的Bi含量較高時,所得的焊料會變硬 失去彈性,導致對環境變化的容忍度變差。然而,=而 汗料的
551018 五、發明說明(14) 彈性在B i含量少於3 w t %時能被改善,所以就能改善對例 如周圍溫度的環境變化的容忍度。 當兩種以上的焊料粉末推入Bi含量少於的 Sn-Zn-Bi锡膏時’所仔的錫嘗呈現有一較大的液化和固化 間溫差,藉此使得能抑制晶片準備的缺陷。 上述貫施例不只應用在雙面回流製程_經由回流將電 子元件安置在一PCB的兩表面上,本發明同樣適用於應用 在一早面回流製程中經由回流只將電子元件安置在一 p C b 的一表面的情況。 並且,上述實施例不只應用在接合一電子元件具有覆 蓋含例如Sn-Pb的一含鉛包覆膜之導線,本發明同樣適用 於應用在接合其他電子元件具有施加一錫膏的位置含外成 份的情況。 身二實施例 •第二實施例中的一安裝結構係以一回流/熱流組合製 程製得,藉由回流焊接PCB 3 —側的電子元件接著再二埶 流焊接PCB 3另一側的電子元件。 …、 根據第二實施例的熱流製程,所應用的一熱济 對PCB上以導線***PCb穿孔所安置的各種電子元件L ^ >執 流程序。以使用不含鉛的觀點來看,使用的烊料較佳了二 Sn-Ag合金、一Sn — Cll合金,一Sn —Zn合金或類似者又疋 地,安置在PCB上的電子元件之一為具有導線 二斜 包覆膜的一電子元件。 设盍含鉛 如第7圖所示,根據第二實施例的熱流製程所使用的
551018 五、發明說明(15)
熱$裝置20包括在PCB 3上執行熱流程序的熔爐21。熔爐 21提供具有在一端側的一入口部22以導入pcB 3進入重流 程序’以及在另一端側的一出口部23以移出熱流過的pCB 熱流裝置20更包括運送機制24以在炫爐21内運送pcb 3 纟干料槽2 5用以儲存噴灑在p c B 3的一熔化焊料;以及 一冷卻單元26以冷卻並固化PCB 3上的熔化錫膏。
運送機制24具有其上運送有PCB 3的輸送帶27,及一 驅動機構(未繪示)以驅動輸送帶2 7在一預定運送速度 下,沿第7圖中所示的一箭頭b方向的一運送路徑行進。運 送路住係|^供輸送帶27自溶爐21内的入口部22移向出口部 23。此運送PCB 3的運送機制24,舉例來說,具有一運送 速度約1.0 m/min。 焊料槽2 5被安排在熔爐2 1内的運送路徑下方,其包括 兩喷嘴28,29使得一熔化的焊料能以一雙波模式噴^pCB 3,由喷嘴28提供一焊料噴流(主噴流)以及由噴嘴29提 供另一焊料喷流(次喷流)。 冷卻單元2 6係沿熔爐2 1内靠近出口部2 3的運送路徑安 置’此冷卻單元可例如採用冷卻風扇,但也可採用其它能 送入冷卻空氣至PCB 3的任何方式。 第二實施例中回流製程所使用的回流裝置與錫膏類似 於前述第一實施例中所使用者。 底下將敘述使用第3圖所示的回流裝置丨及第7圖所示 的熱流裝置所進行的回流/熱流組合製程。
551018 五、發明說明(16)
3被導首入先如二圖:亡印刷有一錫膏以安置電子元件的PCB 被導入& 不的回流裝置1中的熔爐6。 送,3將沿著運送機制11的運送路徑運 ^,, 锡嘗被加熱單元丨2加熱至熔點或更高而 爆化。 冷卻和固化,以在PCB3:置 如此制PCB 3 一側Sn_pb_Bi (其炼點為98。〇
與 bn-Ζη-Pb (其炫點為〗77V、AArrs 士a· ^馮W『C )的隔離。同時,當採用B 土 1 於3 wt%的Sn —2^丨錫膏時,Snpb_Bi的隔離可违 =^抑制。此外,當兩種以上的谭料粉末摻入Sn_Zn_Bi 錫賞時,便能抑制晶片準備的缺陷。 接著,第7圖所示回流裝置2〇的熔爐將接收pCB 3,荒 一側上有先前回流步驟所安置的電子元件,其另一側上則 放置有其它的電子元件,此些電子元件的導線都由一側插 入PCB 3的穿孔。 V入熔爐21内的PCB 3將由沿熔爐2 1内運送路徑的焊 料槽25上的運送機制24加以運送。
接著’炼化的焊料自焊料槽2 5的喷嘴2 8,2 9喷灑向 PCB 3,此時PCB 3 —側藉由回流而焊接的電子元件所連接 的部位’其溫度係維持在等於或低於丨7 〇 t。 、,PCB 3另一側以回流所安置的電子元件,藉由前述回 流製程調整了冷卻的速率,使得Sn —Zn —pb (其熔點為177
2138-4888-PF(N).ptd 第20頁 551018 五、發明說明(17) f )的隔離能被抑制了,但並無完全消除,所以存在有微 =的Sn-Zn-Pb。為此原因,維持熱流程序期間pCB 3 一側 藉由回流而焊接的電子元件所連接的部位的溫度在等於或 低於170°C,可避免PCB 3 一側所存留非常少量的以―Zn —扑 再次熔化。此能確保PCB 3 —側焊接的電子元件所連接的 部位的品質及可靠度。如上所述,使用B i含量少於3 wt % 的Sn-Zn-Bi錫膏可抑制Sn —Pb —Bi (其熔點為98)的 離。 接下來’ PCB 3再被運送機制24所運送,且PCB 3上熔 化的焊料被冷卻單元26冷卻至熔點或更低並固化, 置電子元件在PCB 3上。 請參照第8和第9圖,將針對在回流/熱流組合製程 中’於熱流程序期間,調整PCB 3 一側焊接的電子元件所 連接部位的溫度於前述溫度的方法加以描述。 第8圖所示的熱流裝置30不同 =供有冷卻單元31自上方冷卻PGB3。此/置 例如採用冷卻風扇,但也可採用其它能送入冷卻空 至PCB 3的任何方式。第8圖中類 ’、 份便不再加以敘述。s中類似於第7圖的相同編號部 ^圖所示的例子中’當實施熱流程序時,冷 31係自上方將冷卻空氣吹向先前 ,^ 而安置的電子元件所連接的一側错由回流焊接 會因為焊料槽25喷出焊料所產^的;所連接部位 形。熱流裝置的溶爐内的氣而2度升高的情 礼在性不似回流裝置的熔爐,因 第21頁 2i38-4888-PF(N).ptd 551018
此較佳是使用n2做為冷卻的氣體 存的焊料被冷卻空氣所氧化。 以防止焊料槽2 5内所儲 在圖9A和9B所示的例子中,熱流程序 θ 、 緣的物質應用在PCB 3另一側上,以自另_、,仃疋以”、、絕 安置在PCB 3 —側上的表面安置元件7〇。以:,在先刖 Π:的喷嘴喷出焊料的熱能被避免傳導至以^
舉例來說,圖9Α所示的例子令,罩幕層72黏附在⑽ 3另一側做為覆蓋安置元件70的熱絕緣物質,且在此狀 下執行熱流程序。適合做罩幕層72的物質為具有一大執^ 或-低熱導的性質,例如可為一紙帶、一鋁帶或類似 圖9B所示的例子中,熱流程序的執行是將pcB 3放 做為熱絕緣物質的盤7 3上。適合做盤7 2的物質為具有一 > 熱容或一低熱導的性質,盤73上形成有對應pCB” 3、穿孔^ 件Ή的導線所***之穿孔的開口,熱絕緣物質可選擇任一 上述的罩幕層與盤,只要能限制自焊料槽2 5噴出焊 傳導即可。 …
其它替代上述的方式可包括由運送機制24來增加pcB 3的運送速度(例如相較於ι·〇 m/sec〇nd的標準運送速
度’增加至約1· 5 m/second的速度),或使用噴嘴28 2g 1修改雙波模式,典型的熱流程序只有使用第二喷流’(喷 嘴29的噴流)的一單波模式。前述方式可單獨使用或加以 組合來使用。 如上所述,第二實施例在PCB 3 一側進行回流製程
551018 五、發明說明(19) ' "一^ 時’設定回流裝置1的冷卻單元丨3的冷卻速度至丨.5 /second或更高,藉以抑制因Sn — Zn-Pb (其熔點為177) 與Sn-Pb-Bi (其熔點為98°C)的隔離而形成低強度/低溶 點合金層。此能確保先前安置在pcB 3 一側上所焊接接合 的電子元件的品質及可靠度。 >並且’當使用Bi含量少於3 wt %的Sn-Zn-Bi焊料做為 錫貧,可進一步抑制Sn-Pb-Bi的隔離,再者,當兩種以上 的焊料粉末摻入Sn-Zn-Bi錫膏時,便能抑制晶片準備的缺 陷。 、 此外,第二實施例中維持熱流程序期間pcB 3 一側 $回流而先前焊接的電子元件所連接的部位的溫度在等^ 或,於::0 C ’使得能避免pcB 3 一側所存留非常少量的、 所Υ接的此能確保先前安置在PCB 3-側焊接 凡件’即使在pCB 3另一
程序之後的品質及可靠度。 设貝扪熱々丨L 上述實施例不只應用在接合一電 如Sn-Pb的—鍍Pb薄膜之導線 件適、有覆盍含例 捲人JL仙雪工- μ 千私711』像通用於應用在 況,、 兀件具有施加-錫膏的位置含Pb成份的情 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,妒 限定本發明,任何熟習此技藝者, 並非用以 和範圍内,當可作此 不脫離本發明之精神 範圍合葙氆蚪夕Γ — 更動與潤飾’因此本發明之伴嗜 靶圍田視相之巾料㈣ ^之保蠖 第23頁 2138-4888-PF(N).ptd 551018 圖式簡單說明 第1A圖為解釋一雙面回流製程概廓的圖示 第1 B圖為解釋一雙面回流製程概廓的圖示 第1 C圖為解釋一雙面回流製程概廓的圖示 第1 D圖為解釋一雙面回流製程概廓的圖示 第1 E圖為解釋一雙面回流製程概廓的圖示 第1 F圖為解釋一雙面回流製程概廓的圖示 第2 A圖為解釋一回流/熱流組合製程概廓的圖示 第2B圖為解釋一回流/熱流組合製程概廓的圖示 第2C圖為解釋一回流//熱流組合製程概廓的圖示 第2D圖為解釋一回流/熱流組合製程概廓的圖示 第2E圖為解釋一回流/熱流組合製程概廓的圖 第3圖緣示使用於本發明之一第一與第二實施例、 回流裝置的示意圖; 的, 第4.圖繪示第3圖中所示的回流裝置中一溫 的圖不, 部 第5圖為解釋藉由焊接連接一 份組成的圖示; 卞#、艰的 第6圖為第5圖中藉由焊接 放大圖; 心银电于凡件導線部份 第7圖為使用於本發明第-每 意圖; 啜乃第一貝施例的一熱流裝置的示 第8圖為解釋藉由焊拉 調節方法的圖示,Λ電子;電子元件-部份的溫度 合製程的熱流製程期間,::ϊ係事前在-回流/熱流組 肩間精由回流安置在一PCB之一側上;
2138-4888-PF(N).ptd 第24頁 551018 圖式簡單說明 第9A圖為解釋另一藉由焊接連接一電子元件一部份的 溫度調節方法的圖示,其中電子元件係事前在一回流/熱 流組合製程的熱流製程期間藉由回流安置在一PCB之一側 上;以及 第9B圖為解釋再一藉由焊接連接一電子元件一部份的 溫度調節方法的圖示,其中電子元件係事前在一回流/熱 流組合製程的熱流製程期間藉由回流安置在一PCB之一側 符號說明 1 · · · 回 流 裝 置 3 · · · PCB 6 · · · 溶 爐 7 · · · 入 σ 部 8 · · · 出 σ 部 11 · · 運 送 機 制 12 · · 加 熱 單 元 13 · · 冷 卻 單 元 15 · · 送 帶 16 · · 預 熱 器 17 · · 加 熱 器 18 · · 冷 卻 風 扇 80 · · PCB 81 · · 錫 膏
II
2138-4888-PF(N).ptd 第25頁 551018
2138-4888-PF(N).ptd 第26頁
Claims (1)
- 551018 六、申請專利範圍 ""— - 1 · 一種安裝結構之製造方法,該安裝結構具有一印刷 板與經由焊接在該印刷板上安置一電子元件,該方法包括 下列步驟: (a) 使用一錫貧在該印刷板上’並經由該錫膏將該電 路元件放置在該印刷板; (b) 加熱並熔化使用在該印刷板上的該錫膏;以及 (c) 強制以一1.5 °c/ second或更高的冷卻速率來冷 卻該熔化的錫膏至固化該熔化的錫膏。2 ·如申請專利範圍第1項所述之製造方法,其中該步 驟(b)包括加熱該錫膏至21〇它或更高。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之製造方法,其中該步 驟(c)包括冷卻該錫膏至19〇。(:或更高。 4 ·如申請專利範圍第1項所述之製造方法,其中該錫 貧包括一Sn-Zn焊料。 5 ·如申請專利範圍第1項所述之製造方法,其中該錫 膏包括一Sn-Zn-Bi焊料。 6 ·如申請專利範圍第5項所述之製造方法,其中該 Sn-Zn-Bi錫膏的Bi含量少於3 wt%。7 ·如申請專利範圍第6項所述之製造方法,其中該錫 貧包括將兩種或更多的焊料粉末摻入。 8 ·如申請專利範圍第6項所述之製造方法,更包括下 列步驟: 在經過該步驟(a)、該步雜(b)與該步驟(c)將一第一 電子元件安置在該印刷板_側後,於該印刷板另一側上以2138-4888-PF(N).ptd 第27貢 551018 六、申請專利範圍 電子元 該步驟(a)、該步驟(b)與該步驟(c)安置一第 件, 其中用於該第二電子元件的該步驟(c)句把% .. ι #強制洽卻 該印刷板兩側經該步驟(b )而熔化的該焊料,w m 料。 寸M固化該焊 9·如申請專利範圍第6項所述之製造方法,更包 列步驟: i 在經過該步驟(a)、該步驟(b)與該步驟(c)將一第一 電子元件安置在該印刷板一側後,將一第二電子元件的導 線自該印刷板的一側***該印刷板的穿孔洞以放置該第二 電子元件;以及 當以熱流安置該第二電路元件時,維持施於該印刷板 一側的焊料在1 70 t或更低的溫度。 I 0 ·如申請專利範圍第9項所述之製造方法,其中該熱 流程序包括藉由送冷卻空氣至施於該印刷板一側的焊料以 調節該焊料的溫度。 II ·如申請專利範圍第1 〇項所述之製造方法,其中該 冷卻空氣包括一\氣體。 1 2 ·如申請專利範圍第9項所述之製造方法,其中該熱 流程序包括藉由自該印刷板另一側在其上配置/熱=緣物 質,覆蓋安置在該印刷板一側的電子元件以調節3焊料的 溫度。 1 3 ·如申請專利範圍第丨2項所述之製造方法’ /、邊 熱絕緣物質包括黏附在該印刷板上的一罩幕層 551018 六、申請專利範圍 的一熱絕緣盤 14·如申請專利範當第12所述之製造方法’其中該熱 絕緣物質包括放置在該印刷板上 1 5 · —種安裝結構,包括: 一印刷板;以及 一電子元件,藉由將一固化的錫貧自一炫化的狀態 以1 · 5 °C / s e c ο n d或更高的一冷卻速率接合到该印刷板。 1 6 ·如申請專利範圍第1 5項所述之安裝結構’其中該 該錫膏包括一Sn-Zn焊料。1 7 ·如申請專利範圍第1 5項所述之安裝結構,其中該 錫膏包括一Sn-Zn-Bi焊料。 1 8 ·如申請專利範圍第1 7項所述之安裝結構,其中該 Sn-Zn-Bi錫膏的Bi含量少於3 wt%。 1 9 ·如申請專利範圍第1 8項所述之安裝結構,其中該 錫膏包括將兩種或更多的焊料粉末摻入。 2 0 ·如申請專利範圍第1 8項所述之安裝結構,包括: 一第一電子元件,藉由該錫膏在該冷卻速率下自該熔 化的狀態冷卻與固化而接合在該印刷板的一側;以及 一第二電子元件,在該印刷板一側接合該第一電子元 件後,藉由該錫膏在該冷卻速率下自該熔化的狀態冷卻與 固化而接合在該印刷板的另一側, 其中在該印刷板一側上的焊料將一起隨著該印刷板另 一侧的該錫膏在該冷卻速率下被冷卻時同時以該冷卻速率 被冷卻。 2 1 ·如申請專利範圍第1 8項所述之安裝結構,包括551018 六、申請專利範圍 子元件,藉由該錫膏在該冷卻速率下自該熔 與固化而接合在該印刷板的一側;以及 子元件,安置在該印刷板的另一側’該第二 導線自該印刷板的一側***該印刷板的穿孔 印刷板另一側,在將該第一電子元件接合至 該印刷板一側後,當經由熱流將其接合至該印刷板另一側 於該印刷板一側的焊料在丨7〇。〇或更低的溫 印刷板一側上的焊組 .t在該冷卻速率下=將—起隨著該印刷板另 破冷部時同時以該冷卻速率 一第一電 化的狀態冷卻 一第二電 電子元件以其 洞以放置在該 時,係維持施 度, 其中在該 一側的該錫膏 被冷卻。 2138-4888-PF(N).ptd 第30頁
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