CN109937110A - 焊接接合方法和焊接接合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种接合时间短、能够容易地确保接合精度的接合技术。在电磁感应加热中，当交流电流流过线圈导线时仅金属发热。由于容易进行电源输出控制，因而能够以更高地精度容易地进行分阶段控制等复杂控制。例如，进行加热控制，使得对于包含有热固性树脂和焊料粒的焊料膏，在焊料粒熔融之前热固性树脂软化，对于包含有焊料粒、溶剂和助焊剂的焊料膏，在焊料粒熔融之前溶剂蒸发，助焊剂液化。

Description

焊接接合方法和焊接接合装置

技术领域

本发明涉及一种电类产品的焊接接合技术。

背景技术

在电类产品中，接线端子与接线端子之间通过焊接接合。当将半导体安装到电路基板时，也通过焊接接合。焊接接合通过在接合对象之间配置焊料，然后加热焊料使其熔融而进行。在加热时，一般使用回流炉(加热炉)。

目前，大多数电类产品中使用树脂。若将树脂制品放入回流炉(加热炉)中加热，则树脂部分可能受到热损伤。为此，除了使用耐热性高的树脂以外，也使用熔点相对低的焊料(低温焊料)。

此外，在图像传感器等耐热性弱的部件的安装过程中也使用低温焊料。

但是，低温焊料(例如SnBi类焊料)的强度和韧性不足。对此，提出了以热固性树脂进行补强的技术(例如专利文献1)。

另一方面，通过使用激光照射焊接接合相关技术，能够进行点焊。因为仅对接合处进行瞬时加热，周边的树脂部分所受到的热损伤减少。因此，能够使用熔点相对高的焊料(高温焊料)，能够确保充分的强度和韧性。

专利文献1：日本特开2010-232388号公报

发明内容

如果使用以热固性树脂进行补强的技术，虽然能够解决低温焊料相关问题，但由于使用回流炉，因而接合时间长，生产性差。通常，一系列的接合操作所需的时间为5分钟左右。此外，回流炉的温度控制难。其结果是，难以维持接合精度。而且，回流炉使得装置大型化。

另一方面，虽然通过使用激光照射焊接接合的技术，能够瞬间完成一个接合，但是，由于依次接合多个地方，因而总的接合时间长，生产性差。此外，近年来，接合对象倾向于极小型化，难以更精确地进行照射。其结果是，难以维持接合精度。而且，也有助焊剂飞散或焊料粒飞散的问题。

本发明是为了解决上述问题而作出的，其目的在于提供一种接合时间短、能够容易地确保精度的技术。

为了解决上述问题，本发明的接合方法包括：在第一被接合构件与第二被接合构件之间配置焊料膏的工序；以及通过电磁感应加热使所述焊料膏所含的焊料熔融的工序。在所述电磁感应加热中，控制加热温度和加热时间。

在上述发明中，较佳地，在所述电磁感应加热中分多阶段控制电磁感应加热装置的电源输出量和输出时间。

在电磁感应加热中，容易对输出进行控制。因此，能够容易地进行复杂的加热控制。

在上述发明中，较佳地，在所述焊料膏中包含有焊料粒和热固性树脂，在所述电磁感应加热的工序中，在以不超过焊料熔融温度的方式进行加热使热固性树脂软化之后，加热至焊料熔融温度以上使焊料粒熔融。

在上述发明中，较佳地，在所述焊料膏中包含有焊料粒、溶剂和助焊剂，在所述电磁感应加热的工序中，进行加热使溶剂蒸发，维持温度使助焊剂液化，除去氧化膜，进一步进行加热使焊料粒熔融。

为了解决上述问题，本发明的焊接接合装置包括：通过电磁感应加热使配置在第一被接合构件与第二被接合构件之间的焊料膏熔融，从而使第一被接合构件与第二被接合构件接合，能够控制所述电磁感应加热的电源输出量和输出时间。

根据本发明的接合技术，接合时间短，能够容易地确保精度。

附图说明

图1是电磁感应的基本原理。

图2是关于FPC的端子接合的说明图(第一实施方式)。

图3是关于接合工序的概略说明图(第一实施方式)。

图4是关于加热控制的概念图(第一实施方式)。

图5是实证实验控制例。

图6是关于薄膜基板的芯片安装的说明图(第二实施方式)。

图7是关于加热控制的概念图(第二实施方式)。

具体实施方式

<装置和原理>

基于图1来说明电磁感应加热的基本原理。电磁感应加热装置由线圈导线和电源构成。

当交流电流流过线圈导线时，产生强度变化的磁力线。放在它附近的导电物质(通常为金属，更具体而言为接合对象)受到该变化的磁力线的影响，在金属中流过涡电流。由于金属通常具有电阻，因而当金属中有电流流过时，产生焦耳热，使金属自己发热。这种现象称为感应加热。

电磁感应所致的发热量Q使用下式表示：Q＝(V²/R)×t，其中，V是施加电压，R是阻抗，t是时间。

在电磁感应加热中，由于仅金属发热，因而周边的树脂部分受到的热损伤少。

在电磁感应加热中，由于仅金属发热，因而能够以较少的能量以较短的时间进行接合。一次接合所需的时间为数秒至数十秒。

在电磁感应加热中，如果在同样的磁场内，则能够得到预定的焦耳热，因而接合精度高。此外，如果在同样的磁场内，则能够一次进行多个接合。

在电磁感应加热中，容易由控制装置对电源输出量和输出时间进行控制。其结果是，也容易控制加热温度和加热时间。由此，能够容易地进行下述复杂操作(分阶段固化)。控制装置也可以预先存储有加热配置文件(profile)。

<第一实施方式>

以非耐热FPC(柔性印刷电路基板)的端子接合为例进行说明。例如，如图2所示，将如下两者进行接合：透明树脂片材的连接端子2，其中，透明树脂片材在表面和背面形成有预定图案的电极和接线；柔性片材(FPC)4的连接端子5。透明树脂片材通过热成型而形成为例如壳状的成型体3。形成在透明树脂片材的电极和接线由于极细因而肉眼难以看到，因而省略它们的图示。

图3是关于接合工序的概略说明图。图的上侧是剖视图，图的下侧是俯视图。

将连接端子2与连接端子5配置为彼此面对，并且在连接端子2与连接端子5之间涂布焊料膏。此时，在连接端子2、2之间也可以配置焊料膏。例如，在连接端子2对应位置全部印刷焊料膏之后，配置连接端子5。

而且，由喷嘴施加载荷，使连接端子2与连接端子5彼此紧靠。需要注意，此时的喷嘴载荷不使FPC弯曲，并且不压碎焊料膏所含的焊料粒。

在焊料膏中，包含有焊料粒和热固性树脂。也可以包含适当的助焊剂。虽然焊料粒也可以是高温焊料，但以低温焊料(例如SnBi焊料)进行说明。SnBi类焊料的熔点为138℃左右。热固性树脂没有特别限定，以环氧树脂进行说明。

在上述状态下，通过加热控制来熔融焊料，实现焊接接合。图4是关于加热控制的概念图。

首先，约1秒，加热至焊料熔点附近，然后，约1秒，维持该温度(图中的A区)。热固性树脂不会因为加热而立即固化，而是暂时软化，并且流动化。连接端子2与连接端子5之间的热固性树脂流动到连接端子2、2之间(图案之间)。此时，由于未达到焊料熔点，因而焊料粒没有变化。

接着，约2秒，加热至超过焊料熔点的预定温度(例如220℃)，然后，约1秒，维持该预定温度范围(图中的B区)。连接端子2与连接端子5之间的焊料粒熔融，形成焊料块。该热量的一部分传递到连接端子2、2之间的焊料粒，连接端子2、2之间的焊料粒因为软化的固化树脂而流动，在连接端子2与连接端子5之间的焊料块处凝聚。即，连接端子2、2之间变得没有焊料粒。

接着，约3秒，一边抑制输出一边加热。接合处的温度缓缓降至焊料熔点附近(图中的C区)。热固性树脂凝胶化，半固化。

通过结束加热，接合处的温度快速下降(图中的D区)。热固性树脂以覆盖接合处周围的方式完全固化。由此，对接合处进行补强。

连接端子2与连接端子5之间没有热固性树脂，能够通过焊接接合而确实通电。

连接端子2、2之间没有焊料粒，通过热固性树脂而补强，并且确实绝缘。

上述一系列接合操作在约10秒左右完成。

图4所示的加热控制是一个例子，其具体数值是例子，旨在帮助理解。可以与焊料的熔融特性和树脂的固化特性相对应地来适当设定温度配置文件。

本发明者进行了下述实证实验。图5是实证实验控制例。对实证实验进行较简单的控制。图中的“15％”、“35％”是电源输出设定的指标，数值越大则加热程度越大。

输出“15％”持续约3秒，使接合处的温度为140℃左右，然后，输出“35％”持续约2秒，使接合处的温度为230℃左右，然后结束输出。接合处的温度通过自然冷却而下降。记录约10秒的温度变化过程。

本发明者通过放大照片(图未示)确认了实证实验的结果。在加热前，通过涂覆焊料膏，焊料粒均匀地配置在连接端子上以及图案之间。

接着，确认了加热后的图案之间的状态。在焊接接合后，剥离接合处以进行观察。在连接端子上焊料块确实扩散分布，并且在图案之间树脂确实固化。而且，放大了图案之间进行详细观察。虽然图案之间的树脂中稍有焊料粒残留，但是，在覆盖有树脂的状态下，维持没有熔融的粒状而互相独立。由此，即使图案之间的树脂中稍有焊料粒残留，图案之间也维持绝缘状态。

接着，评价可靠性。首先，评价连接阻抗值的可靠性。在多个条件下进行了高温、低温循环试验。在任何条件下，都没有随时间劣化。此外，评价剥离接合强度的可靠性。在多个条件下进行了高温、低温循环试验。在任何条件下，都没有随时间劣化。此外，上述可靠性评价结果与现有技术相当。

此外，由于不含溶剂，因而也不会产生助焊剂飞散的问题。

此外，由于间接地加热焊料粒，因而也不会产生焊料粒飞散的问题。

如上所述，通过简单的加热控制，能够以短时间进行精度佳的焊接接合。

在端子的接合中，也可以使用第二实施方式的包含高温焊料的焊料膏。在接合对应处印刷焊料膏。

<第二实施方式>

如图6所示，以将LED芯片等安装到PET等薄膜基板上的焊接接合为例进行说明。

在薄膜基板8上的预定位置印刷焊料膏，安装LED芯片9。

在焊料膏中，包含有焊料粒、溶剂和助焊剂。虽然焊料粒也可以使用低温焊料，但是，由于在电磁感应加热中仅金属发热因而周边的热损伤少，因此，能够使用高温焊料(例如SnAgCu系焊料)。SnAgCu类焊料的熔点为220℃左右。

在上述状态下，通过加热控制来熔融焊料，实现焊接接合。图7是关于加热控制的概念图。

首先，约4秒，以大致一定的升温速度加热至150℃(图中的A区)。由此，溶剂蒸发。此外，助焊剂不飞散。

接着，约3秒加热，以将接合处的温度维持在150℃左右(图中的B区)。由此，助焊剂液化，除去接合处的氧化膜。

然后，约2秒加热，以使峰值温度(例如240℃)超过焊料熔点(图中的C区)。由此，焊料粒熔融。

通过结束加热，接合处的温度快速下降(图中的D区)。

上述一系列接合操作在约10秒左右完成。通过使用高温焊料，不会产生强度和韧性的问题。

此外，由于芯片侧从磁场离开，难以发热，因而芯片不会热损伤。

此外，在芯片的安装中，也可以使用第一实施方式的包含低温焊料的焊料膏。在接合对应处印刷焊料膏。

<总结>

电磁感应加热对于材料等的限制少，并且适用范围广。

与使用回流炉的加热和激光加热相比，电磁感应加热具有节能的优点。

与使用回流炉的加热和激光加热相比，电磁感应加热的接合时间极短，生产性好。

与使用回流炉的加热和激光加热相比，电磁感应加热极容易进行加热控制，其结果是，接合精度高。

<焊接接合以外的应用>

本发明虽然涉及焊接接合，但也可以应用于焊接接合以外的领域。举例而言，在热固性粘接剂固化中，可以使用本发明的电磁感应加热和加热控制。

具体而言，对于塑料壳体与金属部件呈一体的成型体，在金属部件上涂覆热固性粘接剂，通过电磁感应加热使金属部件发热，使得热固性粘接剂进行反应。

此外，在IC(Integrated Circuit，集成电路)等使用铝接线的天线电路的部件安装过程中，作为连接垫的铝垫通过电磁感应加热而发热，使得导电性材料、异向性导电薄膜(ACE)、异向性导电膏(ACP)等高分子粘接剂进行反应。

由此，能够容易地实现节能、时间短、生产性好、精度高的接合。

附图标记说明

2：连接端子

3：成型体

4：柔性片材

5：连接端子

8：薄膜基板

9：芯片

Claims (5)

1.一种焊接接合方法，包括：

在第一被接合构件与第二被接合构件之间配置焊料膏的工序；以及

通过电磁感应加热使所述焊料膏所含的焊料熔融的工序，

在所述电磁感应加热中，控制加热温度和加热时间。

2.根据权利要求1所述的焊接接合方法，其特征在于，在所述电磁感应加热中，分多阶段控制电磁感应加热装置的电源输出量和输出时间。

3.根据权利要求1或2所述的焊接接合方法，其特征在于，在所述焊料膏中，包含有焊料粒和热固性树脂，

在所述电磁感应加热的工序中，在以不超过焊料熔融温度的方式进行加热使热固性树脂软化之后，加热至焊料熔融温度以上使焊料粒熔融。

4.根据权利要求1或2所述的焊接接合方法，其特征在于，在所述焊料膏中，包含有焊料粒、溶剂和助焊剂，

在所述电磁感应加热的工序中，进行加热使溶剂蒸发，

维持温度使助焊剂液化，除去氧化膜，

进一步进行加热使焊料粒熔融。

5.一种焊接接合装置，包括：

通过电磁感应加热使配置在第一被接合构件与第二被接合构件之间的焊料膏熔融，从而使第一被接合构件与第二被接合构件接合，

能够控制所述电磁感应加热的电源输出量和输出时间。