CN102695372A - 一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新的印制线路板喷锡技术，首先，在印制线路板表面涂上助焊剂；之后，将高温液态焊料微颗粒喷射到印制线路板表面上，同时用高温气体对印制线路板进行加热，使焊料将印制线路板的焊盘润湿；最后采用高温高压气体整平焊盘上的焊料。传统的喷锡方法是在将涂有助焊剂的印制线路板浸入到高温液态金属焊料中，使印制线路板的焊盘被焊料浸润，之后用高温气体吹平。采用传统方法，较小的焊盘无法被锡浸润而导致无法进行。采用本发明，即使是很小的焊盘也可以被锡浸润，使得制造技术得以大大提高。
Description
技术领域
印制线路板的表面处理是指在印制线路板表面涂上一层利于焊接的、可保护印制线路板的焊盘而不被氧化不被破坏的涂层。表面处理的类型很多，喷锡是其中一种最常用的方法，其成本较低，流程简单稳定且易控制而被广泛应用。
背景技术
传统的喷锡方法是将涂有助焊剂的印制线路板浸入高温的液态锡中进行浸润，再用高温气体进行整平。此方法存在一些缺点，当印制线路板的焊盘较小(如小于0.35mm)时，焊盘很难被液态浸润，导致焊盘不上锡而失效。本发明专门为解决超小焊盘喷锡不上锡的问题而提出的解决方案。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术，其采用喷射的方法将处于熔融状态的高温金属焊料微颗粒喷向印制线路板表面。
本发明的进一步技术方案是：提供一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术，该喷锡技术包含如下步骤：先在印制线路板表面涂上助焊剂，之后向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒并加热印制线路板，最后用高温高压的气体吹平印制线路板表面的焊料。
本发明的进一步技术方案是：提供一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术，其在向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒时，喷向印制线路板表面的焊料的温度在190℃～300℃之间。
本发明的进一步技术方案是：提供一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术，其在向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒时，吹喷焊料的气体的温度控制在190℃～340℃之间，加热印制线路板的高温气体的温度控制在190℃～340℃之间。
本发明的进一步技术方案是：提供一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术，其在向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒时，喷射的液态焊料颗粒的直径控制在5um～200um(um即：微米)之间。
本发明的进一步技术方案是：提供一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术，其在向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒时，吹喷焊料所用的气体采用氮气。
本发明的进一步技术方案是：提供一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术，其在液态焊料颗粒被喷出到飞至印制线路板表面上的过程中，以及被喷到印制线路板表面的焊料在加热的过程中，直至用高温高压的气体吹平印制线路板表面的焊料之前，焊料和印制线路板始终处于氮气的环境中。
本发明的进一步技术方案是：提供一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术，其在向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒时，所喷射出的高温气体的行走方向与印制线路板的行走方向一致；在用高温高压的气体吹平印制线路板表面的焊料时，所喷射出的高温气体的行走方向与印制线路板的行走方向相反。
本发明的进一步技术方案是：提供一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术，其在向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒时，先将液态高温的焊料引至一个超声波激荡腔中，采用超声波激荡液态焊料使其成为细微的液态颗粒，之后用高温的气体将颗粒吹出至印线路板表面，从而完成喷射焊料颗粒的过程。
本发明的进一步技术方案是：提供一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术，其在向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒时，先将液态高温的焊料引至喷枪中，之后采用高温高压气体吹喷焊料，使得焊料被气体吹散成微小的液态颗粒同时飞向印制线路板表面，从而完成喷射焊料颗粒的过程。
本发明获得的效果是：因为本发明采用喷射的方法将微小的焊料颗粒喷向印制线路板表面后再加温使得焊盘被焊料润湿，而不象传统的喷锡工艺那样将印制线路板直接浸入到高温液态焊料中进行浸润焊盘，避免焊盘被润湿时存在润湿角度的问题而不上焊料；同时，采用将印制线路板和焊料放置在氮气的环境中，既起到保护焊料和印制线路板不被氧化的作用，又起到进一步降低焊料的润湿角度的作用，使得印制线路板中的焊盘上焊料的效果更佳，即使是很小的焊盘也可以被焊料浸润，避免了不上焊料的缺陷，使得喷锡表面处理的制造技术得以大大提高，而且制造成本也没有大幅上升。
附图说明
图1为“喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术”发明的流程图。
图2为“焊盘上的焊料存在润湿角度”的侧面剖视示意图。
图3为“喷锡装置中各种流体的流动方向”的侧面示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施事例，对本发明技术方案进一步说明。
在传统的喷锡工艺中，通常是将涂有助焊剂的印制线路板整体浸入到液态焊料中，有助焊剂的作用下以及在高温的条件中，焊盘会被焊料浸润。但有许多因素而导致焊盘不能被焊料浸润，如焊盘表面有污染物、焊料的润湿角度过大、阻焊层的厚度过厚等等...，当印制线路板的焊盘较小时(如：0.35mm以下时)，润湿角度的问题就会相当突出，从而成为传统喷锡工艺无法跨越的瓶颈而导致失效。下面用图示说明润湿角度的问题：
在图2中的1表示印制线路板的焊盘，它通常是由铜金属构成，可以被焊料浸润。图2中的2表示印制线路板的基材部份，它是印制线路板的介质层，起到绝缘的作用以及作为整个印制线路板支撑的骨架而将各个部份联结在一起。图2中的3表示印制线路板上的阻焊层，这可以起到保护印制线路板中的线路不受腐蚀的作用，同时可以阻止不需要焊接的部位不被焊料浸润而焊接上焊料。图2中的4表示焊料，传统的喷锡工艺因为是将印制线路板整体浸入到焊料中，焊料是整体将焊盘包围起来的。在焊料浸润焊盘的过程中，因为有阻焊层的存在(特别是当阻焊层的高度高于焊盘时)，焊料会存在一个润湿角度的问题(如图2中的a所示)而无法进入到焊盘表面，导致不能被焊料润湿。此润湿角度是因为焊料本身存表面张力的缘故而导致的，它是焊料的一种物理性质，不同的焊料的润湿角度会有差别，润湿角度越大，表示焊料的可焊性越不好；润湿角度越小，表示焊料的的可焊性越好。通常含37％铅的锡合金焊料的润湿角度最小，但因为欧盟国家率先执行了无铅标准，目前许多国家相继跟进执行，目前无铅的喷锡工艺得以渐渐盛行起来，而无铅的焊料，其润湿角度比有铅的焊料大大升高，故其可焊性也大大降低。为解决这样的问题，故提出以下的解决方案。
本发明的具体实施方式是：提供一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术，其采用喷射的方法将处于熔融状态的高温金属焊料微颗粒喷向印制线路板表面，该方法包含如下步骤：先在印制线路板表面涂上助焊剂，之后向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒并加热印制线路板，最后用高温高压的气体吹平印制线路板表面的焊料。具体如图1所示：
步骤100：在印制线路板表面涂上助焊剂：先对印制线路板表面进行清洁，使得新鲜的焊盘露出来，使得后续流程步骤得以可靠进行。此清洁工作可采用打磨加水洗的方法，也可以采用微蚀剂进行微蚀后用水清洗的方法，也可以采用打磨后加微蚀及水洗清洗的方法。在完成印制线路板表面的清洁工作后，将印制线路板表面涂上助焊剂，此助焊剂是一种具有还原性质的有机物质，包含有松香的成份，当遇到高温时，此助焊剂会将印制线路板表面的氧化物还原掉，同时利于焊盘与焊料很好地结合，保证后续步骤的可靠。所以涂助焊剂是一个十分重要的步骤。
步骤200：向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒并加热印制线路板：用高温的气体将液态焊料颗粒吹出至印线路板表面，在助焊剂的共同作用下，焊料会粘在印制线路板的表面上，布满整个表面，焊盘上也不例外。之后，对印制线路板进行加热，加热的方式，可以采用红外线辐射加热的方式，也可以采用高温气体吹喷的方式加热，等等...，使得焊料在助焊剂的作用下与印制线路板的焊盘结合在一起，即焊盘被液态的焊料浸润(如同将水放置在可被水润 湿的物体表面上，物体表面被水浸润的道理是一样的)。从而完成一步十分重要的步骤。
步骤300：用高温高压的气体吹平印制线路板表面的焊料：完成了上一步的步骤后，印制线路板表面上(包括印制线路板的焊盘上以及其其它位置)均分布有焊料。其中分布在印制线路板的焊盘上的焊料可能会高低凹凸不平，需要将其整平才可以完成表面处理的过程，否则表面会十分难看，而且焊盘的焊接可靠性也会存在问题；另一方面，布在印制线路板的其它位置的焊料并不是我们所需要的，需将其清除掉，否则会导致电子产品短路的问题发生。所以，需用高温高压的气体吹平印制线路板表面的焊料并赶走多余的焊料，在这个过程中，焊盘上的焊料会被整平，从而外观变得好看；分布在印制线路板的其它位置的焊料也会被吹赶走，从而避免电子产品短路的问题发生。
因为本发明是将直径比焊盘更小的液态焊料微细颗粒直接喷向焊盘表面，焊料本身到达焊盘前就已经被分割成小颗粒，直接粘在焊盘上，一个焊盘上会粘上很多个微小的焊料颗粒，所以就不存在所谓的润湿角度的问题。在加热的过程中，焊料即与焊盘结合在一起而完成浸润的过程。这是本发明解决焊料润湿角度问题的核心思想。
在向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒时，喷向印制线路板表面的焊料的温度在190℃～300℃之间，吹喷焊料的气体的温度控制在190℃～340℃之间，加热印制线路板的高温气体的温度控制在190℃～340℃之间。焊料的液化温度通常在180℃～240℃之间，采用这样的控制温度，可确保焊料处于液化状态下，从而保证后续工艺的进行。这里的温度均设定在一个范围之间，其原理是：如温度控制得高一些，印制线路板的行走速度可以快一些，产量可以高一些，但对印制线路板来说，其需承受更高的温度，易产生质量问题，如印制线路板所采用的材料不好或存在缺陷，或者印制线路板本身的设计比较复杂，则出现问题的几率会大大上升；如温度控制得低一些，印制线路板的行走速度需慢一些，产量会低一些，但对印制线路板来说，其不需承受较高的温度，不易产生质量问题，在设备产能不足的情况下，采用这样的方式就不太妥当。另外，它还与所采用的焊料的种类有关系，有的焊料需较高的温度才能熔融，有的焊料需较低温度就可以进入熔融状态，所以还需根据焊料的物理性质来决定采用温度的高低。本发明提供了这些温度的控制范围，从而向从业者在生产过程中提供了这样的思路和控制方法。
在向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒时，吹喷焊料所用的气体采用氮气。在液态焊料颗粒被喷出到飞至印制线路板表面上的过程中，以及被喷到印制线路板表面的焊料在加热的过程中，直至用高温高压的气体吹平印制线路板表面的焊料之前，焊料和印制线路板始终处于氮气的环境中。在氮气的环境下，可以降低焊料的润湿角度(如图2中的a所示)。所以在本发明中，采用氮气降低焊料的润湿角度而进一步提高喷锡工艺的能力水平。当然如不采用氮气，只是采用空气吹喷焊料，也是可以的，只是工艺能力水平会比采用氮气时稍低一些。同时，采用无氧的环境，焊料在高温条件下就不会有被氧化的问题，焊接的可焊性会更高。
在向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒时，喷射的液态焊料颗粒的直径控制在5um～200um(um即：微米)之间。其过程为：先将液态高温的焊料引至一个超声波激荡腔中，采用超声波激荡液态焊料使其成为细微的液态颗粒，之后用高温的气体将颗粒吹出至印线路板表面，从而完成喷射焊料颗粒的过程。采用超声波激荡，可以使液态的焊料被激荡成直径较小的液态颗粒，而且不需耗费较大的能量即可达成。所喷出的液态焊料颗粒直径的大小选择需根据所生产的印制线路板上的焊盘大小、焊料的种类、所用吹喷的气体的种类、吹喷气体的气压大小等因素综合考虑而定出，如：当焊盘较小时，选择喷出的液态焊料颗粒直径需相对小些；当焊盘较大时，选择喷出的液态焊料颗粒直径可相对控制大些。吹喷气体的气压较大的时候，焊料的飞行速度会较快，可快速打击到印制线路板的表面，利于焊盘的润湿；吹喷气体的气压较小的时候，焊料的飞行速度会慢些，打击到印制线路板表面的速度就慢些，相对不利于焊盘的润湿，需相应调整液态焊料颗粒的直径大小。
在向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒时，喷射的液态焊料颗粒的直径控制在5um～200um(um即：微米)之间，也可以采用这样的方法控制：先将液态高温的焊料引至喷枪中，之后采用高温高压气体吹喷焊料，使得焊料被气体吹散成微小的液态颗粒同时飞向印制线路板表面，从而完成喷射焊料颗粒的过程。此方法与上述采用超声波激荡并喷气的方法类似，都是为了将焊料分割成微小的液态颗粒并喷向印制线路板表面，所不同的是，如只用高温高压气体吹喷焊料，所需的气体压力会需要更大，如果采用氮气喷射，则需耗费更多的氮气，氮气的成本会是一个很大的问题。
如图3所示，在向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒时，喷枪(如图 3中的5所示)所喷射出的高温气体的行走方向(如图3中的6所示)与印制线路板(如图3中的7所示)的行走方向(如图3中的8所示)一致。在使用风刀(如图3中的10所示)用高温高压的气体吹平印制线路板表面的焊料时，风刀所喷射出的高温气体的行走方向(如图3中的9所示)与印制线路板的行走方向相反。如图3中所示的11表示是装置中的传输装置，它起到传输印制线路板的作用。为达到这样的效果，一方面可以通过调整喷枪和风刀角度，使得所喷出的气体的方向沿着所需的方向行走；另一方面，通过增加挡流块或导流条的设计，将所喷出的热风引向所需的方向行走，可以二者相结合，以达到最佳的效果。这样设计的好处在于，可以将更多的热量保存在装置中，从而起到节约能源的作用。
本发明获得的效果是：因为本发明采用喷射的方法将微小的焊料颗粒喷向印制线路板表面后再加温使得焊盘被焊料润湿，而不象传统的喷锡工艺那样将印制线路板直接浸入到高温液态焊料中进行浸润焊盘，避免焊盘被润湿时存在润湿角度的问题而不上焊料；同时，采用将印制线路板和焊料放置在氮气的环境中，既起到保护焊料和印制线路板不被氧化的作用，又起到进一步降低焊料的润湿角度的作用，使得印制线路板中的焊盘上焊料的效果更佳，即使是很小的焊盘也可以被焊料浸润，避免了不上焊料的缺陷，使得喷锡表面处理的制造技术得以大大提高，而且制造成本也没有大幅上升。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术，其特征在于，采用喷射的方法将处于熔融状态的高温金属焊料微颗粒喷向印制线路板表面。
2.一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术，其特征在于，该喷锡技术包含如下步骤：先在印制线路板表面涂上助焊剂，之后向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒并加热印制线路板，最后用高温高压的气体吹平印制线路板表面的焊料。
3.根据权利要求1和权利要求2所述的一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术，其特征在于，在向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒时，喷向印制线路板表面的焊料的温度控制在190℃～300℃之间。
4.根据权利要求1和权利要求2所述的一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术，其特征在于，在向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒时，吹喷焊料的气体的温度控制在190℃～340℃之间，加热印制线路板的高温气体的温度控制在190℃～340℃之间。
5.根据权利要求1和权利要求2所述的一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术，其特征在于，在向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒时，喷射的液态焊料颗粒的直径控制在5um～200um(um即：微米)之间。
6.根据权利要求1和权利要求2所述的一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术，其特征在于，在向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒时，吹喷焊料所用的气体采用氮气。
7.根据权利要求1和权利要求2所述的一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术，其特征在于，在液态焊料颗粒被喷出到飞至印制线路板表面上的过程中，以及被喷到印制线路板表面的焊料在加热的过程中，直至用高温高压的气体吹平印制线路板表面的焊料之前，焊料和印制线路板始终处于氮气的环境中。
8.根据权利要求1和权利要求2所述的一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术，其特征在于，在向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒时，所喷射出的高温气体的行走方向与印制线路板的行走方向一致。在用高温高压的气体吹平印制线路板表面的焊料时，所喷射出的高温气体的行走方向与印制线路板的行走方向相反。
9.根据权利要求1和权利要求5所述的一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术以及其液态焊料直径大小控制范围，其特征在于，在向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒时，先将液态高温的焊料引至一个超声波激荡腔中，采用超声波激荡液态焊料使其成为细微的液态颗粒，之后用高温的气体将颗粒吹出至印线路板表面，从而完成喷射焊料颗粒的过程。
10.根据权利要求1和权利要求5所述的一种喷液态金属焊料微颗粒的喷锡技术以及其液态焊料直径大小控制范围，其特征在于，在向印制线路板表面喷微小的液态焊料颗粒时，先将液态高温的焊料引至喷枪中，之后采用高温高压气体吹喷焊料，使得焊料被气体吹散成微小的液态颗粒同时飞向印制线路板表面，从而完成喷射焊料颗粒的过程。
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