CN100536639C

CN100536639C - 焊接基板处理用夹具以及对电子电路基板附着焊料粉末的方法

Info

Publication number: CN100536639C
Application number: CNB2006101467878A
Authority: CN
Inventors: 庄司孝志; 堺丈和; 久保田哲夫
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2005-11-25
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2026-11-24
Also published as: TW200746961A; KR100849060B1; CN1972567A; TWI311453B; JP4751185B2; KR20070055396A; JP2007149818A

Abstract

用于将焊料粉末仅精细附着在电子电路基板露出的细微金属面上的焊接基板处理用夹具及对该基板附着焊料粉末的方法。一种焊接基板处理用夹具，用于对该基板的露出的金属表面赋予粘性，在该粘接部上附着焊料粉末，将多余地附着的焊料粉末除去，包括：基板保持板，其与载置的多片电子电路基板部分对应的部分被冲掉；基板插入用具，其可在设在该基板保持板上的电子电路基板的两侧缘方向或两侧缘方向和下方缘方向插入基板；和基板限制件，其以免插入的基板从该基板插入用具脱离的方式设置；以及一种对电子电路基板附着焊料粉末的方法，其通过将该基板插入该焊接基板处理用夹具并浸渍在赋予了振动的液体中来除去多余附着的焊料粉末。

Description

焊接基板处理用夹具以及对电子电路基板附着焊料粉末的方法

技术领域

本发明涉及用于将焊料粉末精细地仅附着在电子电路基板(也包括印刷布线板)的露出来的细微的金属面上的焊接基板处理用夹具以及对电子电路基板附着焊料粉末的方法。

背景技术

近年来，正在对电子电路基板，例如在塑料基板(也包括薄膜)、陶瓷基板或涂布了塑料等的金属基板等绝缘性基板上形成电子电路图案的电子电路基板进行开发，广泛采用的方法是在其布线面上焊接IC元件、半导体芯片、电阻、电容等电子部件从而构成电子电路。

这种情况下，为了将电子部件的管脚接合在电路图案的规定的导电性电路电极表面部分上，一般预先在电子电路基板上的露出来的导电性电路电极表面上形成焊料薄层，印刷焊膏或助熔剂，在定位并载置规定的电子部件之后，使焊料薄层或焊料薄层以及焊膏回流，进行焊接。

另外，最近由于电子产品的小型化，所以电子电路要求细间距化，在很小的面积内搭载有很多细间距的部件，例如0.3mm间距的QFP(QuadFlat Package：小型方块平面封装)类型的LSI、CSP(Chip Size Package：芯片级封装)、0.15mm间距的FC(Flip Chip：倒装芯片)等。因此，在电子电路基板上，要求有与细间距相对应的精细的焊接电路图案。

为了在电子电路基板上形成由焊料膜构成的焊接电路，一般进行电镀法、HAL(热空气均涂)法、或者印刷焊膏并使其回流的方法。但是，通过电镀法进行的焊接电路的制造方法，难以将焊料层制成所需要的厚度；通过HAL法或者印刷焊膏进行的方法，难以应对细间距图案。

因此，作为不需要电路图案的对位等麻烦的操作地形成焊接电路的方法，公开有下述方法：在电子电路基板的导电性电路电极表面上，通过使粘性赋予化合物反应而赋予粘性，在该粘接部上附着焊料粉末，接着加热该电子电路基板，使焊料熔化从而形成焊接电路(例如，参照专利文献1)。

通过专利文献1所公开的方法，可以以简单的操作形成细微的焊接电路图案，提供信赖性高的电路电子电路基板，但在该方法中，在通过干法将焊料粉末附着在电路电子电路基板上时，难以避免焊料粉末由于静电等原因而附着在所需要的部位以外的多余的部分上，另外有时也会在电子电路基板的金属露出面上附着超过所需的过多的量，所以需要开发出在附着焊料粉末之后高效地除去这样的多余的焊料粉末的技术。

专利文献1：日本特开平7-7244号公报

发明内容

本发明的目的在于，开发：一种夹具，其有利于在通过用粘性赋予化合物对电子电路基板上的露出来的金属表面(导电性电路电极表面)进行处理而对该金属表面赋予粘性、并在该粘接部附着焊料粉末的方法中，高效地除去所多余地附着的焊料粉末；一种可通过使用了该夹具的焊料粉末的附着方法实现更细微的电路图案的焊料粉末的附着方法；以及一种使通过该方法所附着的焊料粉末回流的带焊料电子电路基板的制造方法；并且，提供一种具有细微的电路图案并且信赖性高的电子电路基板，和可以实现高信赖性、高安装密度的电子部件。

本发明者，为了解决上述问题而锐意努力研究，结果完成了本发明。即本发明通过开发出下述的技术方案来解决上述的问题：

(1)一种焊接基板处理用夹具，该焊接基板处理用夹具是在通过用粘性赋予化合物对电子电路基板上的露出来的金属表面进行处理而对其赋予粘性，并用干法或湿法使焊料粉末附着在该粘接部上，接着在液体中将多余地附着的焊料粉末除去的时候所使用的，其特征在于，包括：冲切掉了与所载置的多片电子电路基板的部分相对应的部分的基板保持板；被设置在该基板保持板上的基板插入用具和基板限制件，该基板插入用具可在电子电路基板的两侧缘方向、或者两侧缘方向和下方缘方向仅仅是夹着基板，并且可将该基板插入；该基板限制件被设置在基板插入用具的上方缘和下方缘、或者上方缘上，以免所插入的基板从该基板插入用具脱离。

(2)如上述(1)所述的焊接基板处理用夹具，其特征在于，基板保持板是由金属板、合成树脂板或陶瓷工业类材料构成的。

(3)如上述(1)或(2)所述的焊接基板处理用夹具，其特征在于，夹持电子电路基板的基板插入用具，是金属丝、U字形金属零件或销钉，或者在它们之上覆盖合成树脂、橡胶而形成的用具。

(4)如上述(1)～(3)中的任意一项所述的焊接基板处理用夹具，其特征在于，基板限制件是为了防止基板插入用具所夹持的电子电路基板的脱离而在基板保持用板上设置的突起或销钉。

(5)一种对电子电路基板附着焊料粉末的方法，其特征在于，将通过用粘性赋予化合物对电子电路基板上的露出来的金属表面进行处理而对其赋予粘性、并用干法或湿法在该粘接部附着了焊料粉末的电子电路基板，插入、固定在上述(1)～(4)中的任意一项所述的基板保持用板的基板插入用具上，接着使其浸渍在赋予了振动的液体中，由此来除去多余地附着的焊料粉末。

(6)如上述(5)所述的焊料粉末的附着方法，其特征在于，除去焊料粉末时所使用的液体，是脱氧水或者添加了防锈剂的水。

(7)如上述(5)或(6)所述的焊料粉末的附着方法，其特征在于，振动的液体，是被赋予了超声波振动的液体。

(8)一种带焊料电子电路基板的制造方法，其特征在于，通过上述(5)～(7)中的任意一项所述的方法，将焊料粉末附着在电子电路基板上，然后将其加热熔化形成电路。

通过本发明的焊接基板处理用夹具、使用了该夹具的对电子电路基板附着焊料粉末的方法以及使用该方法的电子电路基板制造方法，可以以简单的操作形成细微的焊接电路图案。特别是，即使在细微的电路图案中，也可以高效地除去附着在不需要的部位的焊料粉末、所附着的所需要量以上的多余的焊料粉末，所以可以得到由相邻接的电路图案之间的熔化焊料所引起的短路减少的效果，电子电路基板的信赖性显著提高。另外通过本发明的电子电路基板的制造方法，可以实现安装有电子部件的电路基板的小型化和高信赖性化，可以提供具有优异的特性的电子设备。

附图说明

图1是焊接基板处理夹具的基板保持板(处理3片电子电路基板用)的1例。

图2是基板装入用具(没有基板限制件)的一例的放大图。

图3是在焊接基板处理夹具上载置了电子电路基板的1例。

图4是基板装入用具和具有基板限制件的焊接基板处理用夹具的一例的放大图。

标号说明

1 焊接基板处理用夹具 2 基板保持板

3 孔 4 基板插入用具

5 基板限制件 6 电子电路基板

具体实施方式

作为本发明的对象的电子电路基板，是在塑料基板、塑料薄膜基板、玻璃布基板、纸基环氧树脂基板、在陶瓷基板等上层叠有金属板的基板、或者在金属基体上覆盖有塑料或陶瓷等的绝缘基板上，利用金属等导电性物质形成了电路图案的单面电子电路基板、双面电子电路基板、多层电子电路基板或柔性电子电路基板等。

本发明涉及：用于在液体中高效地除去多余的焊料粉末的焊接基板处理用夹具的开发，其中所述多余的焊料粉末是在例如通过用粘性赋予化合物处理上述电子电路基板上的导电性电路电极表面从而在该电极表面上赋予粘性、并在该粘接部上附着焊料粉末时，由于静电等而在作为目标的导线性电路电极表面以外所附着的多余的焊料粉末，或者在导线性电路电极表面上所附着的超过所需量的多余的焊料粉末；本发明还涉及使用该夹具除去附着在电子电路基板上的多余的焊料粉末，接着加热电子电路基板，将所附着的焊料粉末熔化从而形成焊接电路的带焊料电子电路基板的制造方法。

作为形成电子电路基板的电路的导电性物质，在大多数的情况下使用的是铜，但在本发明中并不局限于此，只要是可以通过后述的粘性赋予物质在表面上得到粘性的导电性物质，都可以作为本发明的对象。作为这些金属，例如可以举例表示包含Ni、Sn、Ni-Al、焊料合金等的物质。

作为本发明中优选使用的粘性赋予化合物，可以列举专利文献1所记载的萘并三唑类衍生物、苯并三唑类衍生物、咪唑类衍生物、苯并咪唑类衍生物、巯基苯并噻唑类衍生物以及苯并噻唑硫代脂肪酸等。这些粘性赋予化合物对铜的效果特别强，但对其他的导电性物质也可以赋予粘性。

在本发明中，当对电子电路基板上的导电性电路电极表面赋予粘性时，将上述的粘性赋予化合物的至少一种溶解在水或者酸性水中来使用，优选调整为pH3～4左右的微酸性。作为pH值的调整所使用的物质，在导电性物质为金属时可以列举盐酸、硫酸、硝酸、磷酸等无机酸。另外作为有机酸，可以使用甲酸、醋酸、丙酸、苹果酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、酒石酸等。该粘性赋予化合物的浓度没有严格限定，根据溶解性、使用状况适当调整来使用，但优选为整体0.05质量％～20质量％的范围内的浓度，比较容易使用。如果浓度比该范围低，则粘性膜的生成就会不充分，在性能上不理想。

在使处理温度比室温稍高时，粘性膜的生成速度、生成量较好。其根据粘性赋予化合物浓度、金属的种类等而变化，虽然不是限定但一般优选为30℃～60℃左右的范围。处理时间没有限定，但从作业效率方面，优选对其他条件进行调整，以使其处于5秒～5分钟左右的范围。

另外此时，如果在溶液中共存有100～1000ppm的铜离子(1价或2价)，则粘性膜的生成速度、生成量等生成效率有所提高，所以优选。

用于处理的电子电路基板，优选预先制成用抗蚀剂等覆盖电子电路基板上的除了应该附着焊料的导电性电路电极表面部分以外的不需要焊料的导电性电路部分、仅使电路图案的导电性电路电极部分(基板上露出来的金属表面)露出的状态，并通过粘性赋予化合物溶液进行处理。

在这里，将用抗蚀剂等覆盖后的电子电路基板浸渍在上述的粘性赋予化合物溶液中，或者将该溶液涂布或喷涂在该电子电路基板上，就可以在导电性电路电极表面上赋予粘性。

作为在本发明的电子电路基板的制造方法中所使用的焊料粉末的金属组成，可以列举例如Sn-Pb类、Sn-Pb-Ag类、Sn-Pb-Bi类、Sn-Pb-Bi-Ag类、Sn-Pb-Cd类。另外，从最近的排除工业废弃物中的Pb的观点出发，优选为不含Pb的Sn-In类、Sn-Bi类、In-Ag类、In-Bi类、Sn-Zn类、Sn-Ag类、Sn-Cu类、Sn-Sb类、Sn-Au类、Sn-Bi-Ag-Cu类、Sn-Ge类、Sn-Bi-Cu类、Sn-Cu-Sb-Ag类、Sn-Ag-Zn类、Sn-Cu-Ag类、Sn-Bi-Sb类、Sn-Bi-Sb-Zn类、Sn-Bi-Cu-Zn类、Sn-Ag-Sb类、Sn-Ag-Sb-Zn类、Sn-Ag-Cu-Zn类、Sn-Zn-Bi类。另外也可以将2种或以上的不同组成的焊料粉末混合起来。

当在上述的焊料粉末中也使用无铅焊料，特别优选为从含有Sn和Zn、或者Sn、Zn和Bi的焊料中选择的合金组成，来制造本发明的电子电路基板时，回流温度下降到与Sn-Pb类的焊料同等水平，所以实现了安装部件的长寿命化，另外也可以应对部件材料的多样化。

在本发明中，其特征在于，在通过干法或湿法将焊料粉末附着在赋予了粘性的电子电路基板上，并在液体中进行所附着的多余的焊料粉末的除去时，使用设置有基板插入用具以及基板限制件的基板保持板(焊接基板处理用夹具)来进行。通过使用该夹具在液体中进行附着在电子电路基板上的多余的焊料粉末的除去，由此可以防止在除去作业中焊料粉末因为静电而附着在没有粘性的部分上，或者焊料粉末因为静电而凝集的情况，可以使用细间距的电路基板或者细微的焊料粉末。

本发明开发出了一种焊接基板处理用夹具，其可以高效地进行由于静电而附着在非粘接部上的多余的焊料粉末和附着在粘接部上的超过所需量以外的焊料粉末的除去，通过将附着有焊料粉末的电子基板载置在该夹具上，并在赋予了振动的液体中进行多余的焊料粉末的除去，由此解决由静电等所引起的问题。

下面，参照附图更加具体地说明。

在图1中表示焊接基板处理用夹具1。

本发明的焊接基板处理用夹具的厚度，根据作为处理对象的电子电路基板6而改变，但通常使用与电子电路基板6的厚度相差-1mm～+0.5mm左右的具有刚性的金属板、合成树脂板、陶瓷板或在这些板的表面上覆盖较薄的合成树脂或橡胶等的基板保持板2。尺寸是与一次处理的电子电路基板6的数目相一致的任意的尺寸。该基板保持板2，设置有与用于处理的电子电路基板6的数目相一致的数目的、至少比电子电路基板6的被处理面稍大的孔。优选设置比电子电路基板6稍大的孔。

基板插入用具4，设置在上述基板保持板2的孔3的周围。该基板插入用具4，必须具有至少比所插入的电子电路基板6的两侧缘大的宽度，电子电路基板6必须可以容易地插入、脱离。另外，该基板插入用具4并不是如弹簧那样挤压所插入的电子电路基板6，而优选为具有很小的余量(间隙)。作为形状，可以列举如图1所示的能够用2个“コ”字形的金属丝(限制件的个数是任意的)来支撑电子电路基板6的双面(很小的余量)的形状，或者采用在基板保持板2的孔3(比电子电路基板大)的侧面上埋入U字形金属零件(图未示出)的方案，所述U字形金属零件被配列为可以在“U”字之间插入电子电路基板6，或者列举将多个销钉(图未示出)植设为2列、使得可以在其间插入电子电路基板6的基板插入用具4等。

这些金属丝、U字形金属零件或者销钉等，优选为与电子电路基板6接触的面尽可能地窄，最好是截面圆形的。接触面越窄，越能够在赋予了振动的液体中将附着在这些基板插入用具4上的焊料粉末减少。上述的基板插入用具4不但可以设置在电子电路基板6的两侧缘上，也可以设置在下方缘上。

基板插入用具4被设置在电子电路基板6的两侧缘上，在使电子电路基板6进出的上方缘(在进行上方缘、下方缘双方向进出时也包括下方缘)上设置有基板限制件5，以免电子电路基板6在焊料粉末除去作业中从焊接基板处理用夹具脱离。

该基板限制件5，只要在载置了电子电路基板6的焊接基板处理用夹具1在例如电子电路基板6处于大致水平的状态下进行焊料粉末除去作业(这并不是对作业条件的限定)时，能够防止在将电子电路基板6载置在基板插入用具4上之后电子电路基板6脱离即可，只要设置在插入电子电路基板6时不会产生较大的障碍的突起、销钉等即可。

当在焊接基板处理用夹具1上载置了电子电路基板6时，由于电子电路基板6与基板插入用具4的接触面积减小，因此焊料粉末的除去性良好，焊料粉末的附着量也较少，另外也可以减少液体残留，还不易损伤电子电路基板6。进而由于处理用夹具1在与基板相对应的部分上设置有孔3，所以可以一举地除去电子电路基板6的两面上的焊料粉末，而且当在干燥工序中保持原样地使用时，焊接基板处理用夹具1的热容量减小，电子电路基板6的温度变为一定，干燥变得均匀。

另外，载置电子电路基板6也比较容易，并且由于载置后的多个电子电路基板6可以在该状态下一起进行处理，所以可以高效地进行处理。在以往的焊料粉末除去作业中，每1片电子电路基板6进行一次处理，但在使用焊接基板处理用夹具1时，可以与1片电子电路基板6同样地对多片电子电路基板6进行处理。

作为在除去通过干法或湿法附着的多余的焊料粉末的工序中所使用的液体，可以使用水或者水与水溶性的低沸点的有机溶剂的混合溶剂。如果考虑环境污染等问题，优选为水。

在考虑焊料粉末的循环再利用时，为了防止焊料粉末被液体中的溶存氧气所氧化，优选为脱氧水及/或添加了防锈剂的水。作为脱氧水，可以使用加热脱气的水，或者通入二氧化碳、氮气等惰性气体后的水。另外，也可以是添加了防锈剂的水或在脱氧水中添加了防锈剂的水。在使用这样的脱氧水及/或添加了防锈剂的水时，可以防止所除去的焊料粉末表面氧化，所以在回收再利用上有利。使用防锈剂时必须在后面进行水洗，所以优选使用脱氧水。

在本发明中，可以通过将载置了电子电路基板的焊接基板处理用夹具浸入液体中或进行喷涂，来进行在液体中进行的多余的焊料粉末的除去。多余的焊料粉末的除去也可以通过刷毛等轻轻地刷拭电子电路基板表面，但优选在液体中施加振动或超声波，其中振动优选为0.1Hz～数百Hz的振动。在液体中除去焊料粉末时，液体中的焊料粉末很容易沉淀，所以不会飞散，可以很容易地回收。

为了防止在本发明中所使用的焊料粉末氧化，优选在焊料粉末的表面上进行涂层。作为焊料粉末的涂层剂，优选使用苯并噻唑衍生物、在侧链中具有碳原子数为4～10的烷基的胺类、硫脲、有机硅烷偶合剂、铅、锡、金、无机酸盐以及有机酸盐中的至少一种，作为有机酸盐，优选使用从月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸以及硬脂酸中选择的至少一种。

本发明的处理方法，不仅可以有效地用于上述的焊料预涂层电路基板，也可以有效地用于BGA焊接等时候所使用的凸起的形成，这些当然也包括在本发明的电子电路基板中。

对于除去了多余的焊料粉末、并且在粘接部上附着了所需量的焊料粉末的电子电路基板，接下来进行干燥，接下来通过回流工序将附着的焊料粉末加热、熔化，从而制成带焊料电子电路基板。该加热只要使附着在粘接部上的焊料粉末熔化即可，所以可以考虑焊料粉末的熔点等，从而简单地对处理温度、处理时间等进行确定。

在本发明中所制造的带焊料电子电路基板，可适于用于包括载置电子部件的工序和将焊料回流从而焊接电子部件的工序的电子部件的安装方法。例如可以在由本发明所制造的带焊料电子电路基板的要焊接电子部件的部分上，通过印刷法等涂布焊膏，并载置电子部件，然后加热从而使焊膏中的焊料粉末熔化并凝固，由此将电子部件焊接在电路基板上。

(实施例)

制作FC安装部的最小电极间隔为50μm(导电性电路为铜)的印刷布线板(尺寸50×180×0.4mmt)。将该印刷布线板载置在可以横着载置3片该印刷布线板的夹具(尺寸250×230mm：图1的形状)上。

作为粘性赋予化合物溶液，用醋酸将用下述通式(1)所表示的咪唑类化合物的2质量％水溶液的pH大约调整为4来使用。将该水溶液加热到40℃，并将通过盐酸水溶液进行了前处理的上述印刷布线板浸渍在其中3分钟的时间，在铜电路表面上生成粘性物质。

接下来，使平均粒径约为15μm的96.5Sn/3.5Ag焊料粉末接触并附着在该印刷布线板的电极上。接下来，在脱氧水中轻轻摆动，之后将附着焊料粉末的印刷布线板干燥。

在该状态下确认粉末的附着性，并将结果表示在表1中。

通过喷涂向该印刷布线板供给助熔剂，并送入240℃的炉子，将焊料粉末熔化，在铜电路露出部上形成厚度大约15μm的96.5Sn/3.5Ag焊料薄层。观察基板的状况，并将结果表示在表1中。

表1

本发明，在对电子电路基板上的露出来的金属表面(导电性电路电极表面)赋予粘性、并附着焊料粉末的方法中，开发出了：有利于高效地除去多余地附着的焊料粉末的夹具，可以实现更细微的电路图案的焊料粉末的附着方法，使通过该方法附着的焊料粉末回流的带焊料电子电路基板的制造方法。其结果，可以提供具有细微的电路图案并且信赖性高的电子电路基板、高信赖性高安装密度的电子部件，所以容易小型化，可以在很小的面积内使用细间距的部件，例如0.3mm间距的QFP(Quad Flat Package)类型的LSI、CSP(Chip Size Package)，0.15mm间距的FC(Flip Chip)等。

Claims

1.一种焊接基板处理用夹具，该焊接基板处理用夹具是在通过用粘性赋予化合物对电子电路基板上的露出来的金属表面进行处理而在该金属表面上形成被赋予了粘性的粘接部，并用干法或湿法使焊料粉末附着在该粘接部上，接着在液体中将多余地附着的焊料粉末除去的时候所使用的，其特征在于，包括：冲切掉了与所载置的多片电子电路基板的部分相对应的部分的基板保持板；被设置在该基板保持板上的基板插入用具和基板限制件，该基板插入用具可在电子电路基板的两侧缘方向、或者两侧缘方向和下方缘方向仅仅是夹着基板，并且可将该基板插入；该基板限制件被设置在基板插入用具的上方缘和下方缘、或者上方缘上，以免所插入的基板从该基板插入用具脱离。

2.如权利要求1所述的焊接基板处理用夹具，其特征在于，基板保持板是由金属板、合成树脂板或陶瓷工业类材料构成的。

3.如权利要求1或2所述的焊接基板处理用夹具，其特征在于，夹持电子电路基板的基板插入用具，是金属丝、U字形金属零件或销钉，或者在它们之上覆盖合成树脂、橡胶而形成的用具。

4.如权利要求1或2所述的焊接基板处理用夹具，其特征在于，基板限制件是为了防止基板插入用具所夹持的电子电路基板的脱离而在基板保持用板上设置的突起或销钉。

5.一种对电子电路基板附着焊料粉末的方法，其特征在于，将通过用粘性赋予化合物对电子电路基板上的露出来的金属表面进行处理而在该金属表面上形成被赋予了粘性的粘接部、并用干法或湿法在该粘接部附着了焊料粉末的电子电路基板，插入、固定在权利要求1～4中的任意一项所述的基板保持用板的基板插入用具上，接着使其浸渍在赋予了振动的液体中，由此来除去多余地附着的焊料粉末。

6.如权利要求5所述的焊料粉末的附着方法，其特征在于，除去焊料粉末时所使用的液体，是脱氧水或者添加了防锈剂的水。

7.如权利要求5或6所述的焊料粉末的附着方法，其特征在于，振动的液体，是被赋予了超声波振动的液体。

8.一种带焊料电子电路基板的制造方法，其特征在于，通过权利要求5～7中的任意一项所述的方法，将焊料粉末附着在电子电路基板上，然后将其加热熔化形成电路。