CN101925261A - 电路板的电子元件焊接方法及其电路板结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电路板的电子元件焊接方法及其电路板结构，其焊接方法的步骤首先是提供一电路板，并于电路板上开设至少一焊接孔及至少一集热孔，集热孔开设在焊接孔的周围位置并且形成一集热区域，再将电子元件的接脚穿设于焊接孔内。接着，以一焊接工艺将一焊锡填入焊接孔内，通过集热孔保持焊锡的热量在集热区域中，确保焊接孔内的电子元件的接脚与焊锡顺利的相结合。

Description

电路板的电子元件焊接方法及其电路板结构

技术领域

本发明涉及一种电子元件的焊接手段，尤其涉及一种电路板的电子元件焊接方法及其电路板结构。

背景技术

目前波焊工艺(wave solder process)主要是将高温液态的焊锡(solder)填充于印刷电路板上的电镀穿孔(plated through hole，PTH)之中，使得穿设在电镀穿孔(PTH)内的电子元件的接脚(pin)与印刷电路板相互结合，而达到将电子元件固设在电路板并且电性导通的目的。

一般波焊工艺大致是利用一扰流波(turbulent wave)将一高温液态焊锡从印刷电路板下表面朝上射入至电镀穿孔内，使得焊锡将电镀穿孔填满，并包覆电子元件的接脚后形成焊点。之后，再利用一平流波(laminar wave)将印刷电路板下表面处的多余焊锡洗除，以此避免电子元件的各接脚间的短路，进而将电子元件固接在电路板上。

再者，一般波焊工艺所采用的焊锡，可分为含铅焊锡及无铅焊锡。其中，含铅焊锡具有较低熔点(约183℃)及较高表面张力的特性，故，以扰流波来将焊锡射入印刷电路板的电镀穿孔中时，使得含铅焊锡在印刷电路板的下表面较不易凝结，也会轻易地填充于整个电镀穿孔中。

然而，为适应环保需求，目前的焊锡通常都不含有铅的成份。在焊锡中不含铅的情形下，其无铅焊锡的熔点会较高(约217～219℃)，因而，会在波焊工艺中造成一些问题。

举例来说，一般的波焊装置主要是由一传送带、一锡槽、一第一加热器以及一第二加热器所构成。传送带是用来传送印刷电路板。锡槽是设置于传送带的下方，并且锡槽内填有已熔融的高温液态的无铅焊锡。此外，锡槽包括有一扰流喷嘴(turbulent nozzle)以及一平流喷嘴(laminar nozzle)。第一加热器及第二加热器是设置于锡槽的旁侧，并且是分别设置于传送带的上方及下方。

当印刷电路板由传送带朝向锡槽传送时，印刷电路板会先受到第一加热器及第二加热器的加热而预先在其上表面及下表面处分别具有一预定温度。当印刷电路板被传送至锡槽的上方时，扰流喷嘴会将锡槽中的液态无铅焊锡向上射入含有电子元件接脚的电镀穿孔中。接着，平流喷嘴会将锡槽中的液态无铅焊锡射至印刷电路板的下表面，以将印刷电路板的下表面上多余的无铅焊锡洗除。

然而，由于无铅焊锡的熔点(凝固点)较高，故在扰流喷嘴将高温液态的无铅焊锡向上射入印刷电路板的电镀穿孔后，容易因为印刷电路板进行预热处理时的受热无法获得平均，或是印刷电路板的厚度影响，而导致印刷电路板的电镀穿孔靠近其上表面的位置未能达到焊接温度，造成电镀穿孔的上、下表面的温度分布不均匀。

如此一来，使得液态无铅焊锡容易在未完全向上填满整个电镀穿孔前就已经凝固，造成电子元件的接脚与电镀穿孔之间产生焊接缺陷，因而，不符合IPC国际检验规范中透孔焊锡填充率(through hole solder fill)的规定(即焊锡需填充电镀穿孔75％以上)。

同时，多余的无铅焊锡会大量凝结在电子元件接脚的下方。当电镀穿孔被传送至平流喷嘴上方时，因为扰流喷嘴与平流喷嘴之间的移动距离过大，使得印刷电路板下表面的温度早已降得很低，再加上无铅焊锡的熔点(凝固点)较高及表面张力较小等因素，故，经由平流喷嘴所射出的液态无铅焊锡不但无法将多余的无铅焊锡洗除，而且还会因为印刷电路板的下表面的低温而再次凝固在印刷电路板的下表面，进而造成电子元件的各接脚间的短路现象。

此外，在上述填入无铅焊锡的过程中，很容易使得无铅焊锡的热量自电镀穿孔朝电路板的外侧方向逸散，使得热能无法集中在电镀穿孔内，而容易导致焊锡凝固太快，造成焊锡无法完全填满于电镀穿孔之中，进而产生电性接触不良的情况发生。

因此，导致印刷电路板在生产制造上必须对这些存在焊接缺陷的电路板再次进行重工作业，相对的，会大幅增加电路板整体的生产制作成本以及耗费不必要的重工时间。故，要如何确保焊锡可以完全地填充在印刷电路板的电镀穿孔中，以提升印刷电路板与电子元件的焊接良率，即为从事此行业者所亟欲改善的课题。

现有技术的无铅焊锡因熔点高，再加上电路板在预热处理时的受热无法获得平均，或是电路板的厚度影响，而导致电路板的电镀穿孔靠近其上表面的位置未能达到焊接温度，造成在未填满电镀穿孔之前就已经凝固的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电路板的电子元件焊接方法及其电路板结构，以解决现有技术无铅焊锡在未填满电镀穿孔之前就已经凝固的问题。

为实现上述目的，本发明所揭露电路板的电子元件焊接方法，包括以下的步骤：提供一电路板，其电路板具有多数线路层，并且电路板上开设有至少一焊接孔及至少一集热孔，焊接孔与线路层构成电性导通，而集热孔则开设在焊接孔的周围位置并且形成一集热区域，且集热孔与多数线路层构成非电性导通。接着，设置至少一电子元件在电路板上，并且电子元件的接脚穿设在电路板的焊接孔内。对电路板执行一焊接工艺，令一焊锡进入焊接孔内，并通过集热孔保持焊锡的热量在集热区域之中，以使位于焊接孔内的电子元件的接脚与焊锡相结合。

而且，为实现上述目的，本发明所揭露的电路板结构，通过一焊锡与至少一电子元件的至少一接脚相互焊接。电路板结构包括有一板体、至少一焊接孔及至少一集热孔。其中，板体具有相互堆栈的多数个线路层，焊接孔贯穿于板体，并与多数线路层构成电性导通的关系，而电子元件的接脚穿设在焊接孔内。集热孔设置在焊接孔周围并形成一集热区域，且集热孔与多数线路层构成非电性导通的关系。于焊锡设置在焊接孔内时，可通过集热孔将焊锡的热量保持在集热区域之中，以使电子元件的接脚与焊锡相结合。

本发明的功效在于，在焊接孔的周围位置开设有至少一贯穿或非贯穿的集热孔，并且通过这些集热孔环绕在焊接孔处而形成一集热区域，于焊锡填入焊接孔时，可通过集热孔将焊锡的热量保持在集热区域之中，使得焊接孔内保持在稳定的热量，以确保焊接孔填满焊锡并与电子元件的接脚相结合。

有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图示作最佳实施例详细说明如下。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的制作流程示意图；

图2A至图2C为根据本发明一实施例的步骤流程示意图；

图3为根据本发明一实施例的俯视示意图；

图4为根据本发明另一实施例的剖面示意图；以及

图5为根据本发明再一实施例的剖面示意图。

其中，附图标记：

10：板体

11：上表面

12：下表面

13：线路层

14：接地层

15：焊接孔

16：集热孔

20：焊锡

30：接脚

具体实施方式

请参阅图1及图2A至图2C所示的示意图，分别为本发明一实施例的制作流程示意图及步骤流程示意图。

如图1及图2A所示，首先提供一电路板，并于电路板上开设有至少一焊接孔15及至少一集热孔16，并使集热孔16开设在焊接孔15的周围位置而形成一集热区域A(步骤100)。

其电路板具有一板体10，并于板体10的相对二侧分别设有一上表面11及一下表面12，在板体10上、下表面11、12之间的结构中分别设有相互堆栈的多数个线路层13及至少一接地层14。而前述的线路层13由多数电源线路所构成，此为现有技术，故不再赘述。

再者，将至少一焊接孔15贯穿于板体10的上、下表面11、12，并且在焊接孔15周围开设有至少一集热孔16。此外，更可以在板体10上形成有多数个集热孔16，并使多数个集热孔16以几何排列的方式，将这些集热孔16分别环绕在焊接孔15周围，通过集热孔16在焊接孔15处周围形成一集热区域A(如图3所标示的编号A)。

再者，焊接孔15分别与线路层13及接地层14构成一电性导通结构。另外，集热孔16仅与接地层14构成电性导通的关系，而与线路层13则构成非电性导通的关系。

此外，在本发明的实施例中，集热孔16为一贯穿孔，但并不以此为限。另外，所指的焊接孔15可以是一电镀穿孔(plated through hole，PTH)。是在焊接孔15的内表面设置有一金属镀层(图未示)，并使金属镀层与线路层13及接地层14构成电性导通，此仅为一较佳实施例的说明，并不以此为限。

再者，板体10开设集热孔16时，是将集热孔16排列在焊接孔15周围。详言之，上述集热孔16是以几何排列的形状环绕在焊接孔15周围，而所指的几何形状可为圆形排列、三角形排列、矩形排列或是多边形排列。而在本发明的实施例中，是将多数个集热孔16以圆形排列的方式环绕在焊接孔15周围(如图3所示)，并且集热孔16的圆形排列方式仅为一较佳实施例说明，并不以此为限。

而集热孔16环绕在焊接孔15周围的结构设计，主要使得高温液态的焊锡(图未示)所产生的热量(热气)分别集中在多数集热孔16处，并且通过多数集热孔16的环绕形状，而在板体10上形成一集热区域A。

如图1及图2B所示，设置至少一电子元件在电路板上，电子元件具有至少一接脚30，且接脚30穿设于电路板的焊接孔15内(步骤110)。对电路板执行一焊接工艺，使得一焊锡20进入焊接孔15内，通过集热孔16保持焊锡20的热量在集热区域A中，以使焊接孔15透过焊锡20与接脚30相结合(步骤120)。

是以，先对电路板进行一预热处理，使得热气流通过焊接孔15及环设于焊接孔15周围的多数个集热孔16，并且使焊接孔15及集热孔16受热平均，进而让每一个焊接孔15与集热孔16都能达到足以使焊锡填充的温度，例如为230℃(摄氏温度)、260℃或280℃等，但上述电路板的预热处理温度并不以此为限。

接着，再以一波焊工艺(wave solder process)将熔融的焊锡20在马达帮浦驱动下，向上扬起一扰流波(turbulent wave)，并由下向上的压迫使焊锡20进入板体10下表面的焊接孔15内。

此外，更进一步将集热孔16的孔径设计成比焊接孔15的孔径还要小，如此一来，可使得集热孔16通过虹吸作用(siphon action)，让高温液态的焊锡20进入集热孔16内部，或是焊锡20所夹带的热气进入集热孔16内部。换句话说，在本实施例中，其多数个集热孔16可分别提供焊锡20进入，或者是将焊锡20所夹带的热气进入集热孔16内。而集热孔16的孔径设计成小于焊接孔15的孔径，即可使得集热孔16内的焊锡20上升流动速度比焊接孔15内的焊锡20上升流动速度还要快，以确保焊锡20的热量预先进入各个集热孔16内，通过这些集热孔16将焊锡20的热量维持在集热区域A中。

是以，通过高温液态的焊锡20同时填入焊接孔15及集热孔16内，让孔径较小的集热孔16驱动焊锡20快速上升，相较于孔径较大的焊接孔15而言，焊锡20在焊接孔15的上升速度则较为缓慢。

举例来说，板体10的焊接孔15的孔径较大，而容易使得焊锡20在焊接孔15内爬升缓慢。再加上一般无铅焊锡的熔点大约在220℃左右，容易受到板体10上表面11的低温影响(可能是电路板进行预热处理时的受热无法获得平均，或者是电路板因厚度影响而导致焊接孔的上表面位置未能达到焊接温度等因素)，而导致焊锡20在焊接孔15内爬升到中途时，遇低温而凝固，造成焊锡20在焊接孔15内的填充率无法达到标准(即焊锡需在焊接孔内填充75％以上)，进而导致电子元件的接脚30在焊接孔15内产生焊接缺陷或焊锡较少等不良现象。

是以，根据本发明电子元件焊接方法及其电路板结构，可以通过孔径较小的集热孔16让焊锡20快速爬升，并以焊锡20所产生的热量预先填满集热孔16。在此同时，集热孔16内的焊锡20在爬升时，可以先对焊接孔15提供一预热温度，使得焊接孔15内的温度继续保持与焊锡20相接近的温度，尤其是可以解决焊接孔15靠近于板体10上表面11的低温问题。使得焊接孔15内的焊锡20可以通过此预热温度继续向上爬升，以确保焊锡20填满在焊接孔15内部，并将焊接孔15内的电子元件的接脚30包覆。

特别值得注意的是，焊接孔15周围环绕设置有多数集热孔16，可以通过多数集热孔16而将焊锡20的热量保持在集热区域A中。通过此集热区域A可使得焊接孔15处于在一直处于稳定的高温焊接状态中，以避免焊接孔15内的焊锡20于中途爬升时凝固。

待焊锡20冷却固化后，电子元件的接脚30即可通过焊锡20与焊接孔15相互接合固定，而使电子元件固着于板体10上，以完成电子元件的接脚30焊接作业。

此外，当焊锡20填满焊接孔15后，其板体10的多数线路层13及接地层14与凝固的焊锡20构成一电性导通状态，并通过焊锡20再与电子元件的接脚30形成电性连接，使得电子元件通过接脚30将信号传输至线路层13或接地层14。而集热孔16内所凝固的焊锡20则是与接地层14构成一电性接触状态，且集热孔16远离线路层13的线路，所以集热孔16并不会与线路层13的线路构成电性导通，以避免集热孔16的设置而造成板体10内部的线路层13短路。

请参阅图4所示的示意图。为根据本发明另一实施例的剖面示意图，其具体实施方式与前述的实施例大致相同，以下仅就相异之处加以说明。在上述实施例之中，集热孔16是以通孔的方式贯穿板体10的上、下表面11、12。而在本实施例中，则是将集热孔16以盲孔结构设计，开设在板体10的下表面12，并使集热孔16不贯穿板体10的上表面11。如此一来，同样可通过具备盲孔结构的集热孔16在焊接孔15周围环绕，以此在焊接孔15处形成集热区域A(如图3所标示的编号A)。

请参阅图5所示的示意图。为根据本发明再一实施例的剖面示意图，其具体实施方式与前述的实施例大致相同，以下仅就相异之处加以说明。在本实施例中，集热孔16以埋孔的结构设置在板体10中间，换句话说，在板体10的中空部位构成有集热孔16，并使集热孔16分别不贯穿板体10的上、下表面11、12。如此一来，即可通过具埋孔结构的集热孔16在焊接孔15周围环绕，以此在焊接孔15处形成集热区域A(如图3所标示的编号A)。

另外，通过埋孔结构的集热孔16设计，当焊锡20进入焊接孔15时，可使得焊锡20所产生的热量(即热气)预先渗入具埋孔结构的集热孔16内部，并通过集热孔16将焊锡的热量(即热气)保持在集热区域A中，以确保焊接孔15在集热区域A中处于一稳定的高温焊接状态中，进而避免焊接孔15内的焊锡20于中途爬升时凝固。

根据本发明的电路板的电子元件焊接方法及其电路板结构，其功效在于将至少一集热孔以贯穿方式或非贯穿方式设置在电路板上，并且使这些集热孔分别环绕在焊接孔周围，通过这些环绕的集热孔可在焊接孔处形成集热区域。于焊锡填入焊接孔时，可通过这些集热孔将焊锡的热量保持在集热区域之中，以此通过集热区域而使得焊接孔内部可以保持在一稳定的热量，以确保焊锡填满焊接孔，并且使焊锡与焊接孔内的电子元件接脚相结合。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种电路板的电子元件焊接方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一电路板，该电路板具有多数个线路层，且该电路板开设有至少一焊接孔及至少一集热孔，该焊接孔与该些线路层构成电性导通，该集热孔开设在该焊接孔的周围位置并且形成一集热区域，且该集热孔与该些线路层构成非电性导通；

设置至少一电子元件在该电路板上，并令该电子元件的至少一接脚穿设于该电路板的该焊接孔内；以及

对该电路板执行一焊接工艺，以令一焊锡进入该焊接孔内，并且通过该集热孔保持该焊锡的热量于该集热区域中，以使位于该焊接孔内的该电子元件的该接脚与该焊锡相结合。

2.根据权利要求1所述的电路板的电子元件焊接方法，其特征在于，形成该集热孔在该焊接孔周围的步骤更包括：形成多数个该集热孔，该些集热孔以几何排列的方式环绕在该焊接孔周围。

3.根据权利要求1所述的电路板的电子元件焊接方法，其特征在于，提供该焊接工艺为一波焊工艺。

4.根据权利要求1所述的电路板的电子元件焊接方法，其特征在于，开设该集热孔在该电路板的步骤更包括：以贯穿方式或非贯穿方式在该电路板上形成该集热孔。

5.一种电路板结构，通过一焊锡与至少一电子元件的至少一接脚相互焊接，其特征在于，该电路板结构包括有：

一板体，该板体具有相互堆栈的多数个线路层；

至少一焊接孔，贯穿于该板体，并与该些线路层构成电性导通，该电子元件的该接脚穿设在该焊接孔内；以及

至少一集热孔，设置在该焊接孔周围并构成一集热区域，该集热孔与该些线路层构成非电性导通；

其中，该焊锡设置于该焊接孔内，且该焊锡的热量通过该集热孔而保持于该集热区域中，以使该电子元件的该接脚与该焊锡相结合。

6.根据权利要求5所述的电路板结构，其特征在于，该集热孔为一通孔，并贯穿该板体。

7.根据权利要求5所述的电路板结构，其特征在于，该集热孔为一盲孔，并开设在该板体的一侧面上。

8.根据权利要求5所述的电路板结构，其特征在于，该集热孔为一埋孔，并设置在该板体的内部。

9.根据权利要求5所述的电路板结构，其特征在于，该焊接孔还具有一金属镀层，该金属镀层设置在该焊接孔的内表面，与该些线路层构成电性导通。

10.根据权利要求5所述的电路板结构，其特征在于，还包括有多数个该集热孔，各该集热孔以几何排列方式环绕在该焊接孔周围。

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