CN111246679A - 一种基于温度敏感性基材的电子线路制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于温度敏感性基材的电子线路制备方法，电子线路包括聚苯醚绝缘基材、金属线路、表贴元件，该方法包括以下步骤：首先在绝缘基材表面利用LDS工艺制备出金属线路和相应的焊盘，利用点胶或丝网印刷工艺在焊盘处涂覆锡膏，贴装表贴元件于相应的焊盘，利用红外激光束控制加热表贴原件、锡膏以及焊盘，使锡膏充分熔融固化，获得结合良好的焊点。本发明提供的电子线路制备方法避免使用常规的SMT回流焊工艺，通过精确控制红外激光束对需要进行焊接表贴元件的区域短暂加热，即可实现结合良好的焊点，而且避免了如基于聚苯醚等温度敏感性材料的基板受热分解产生缺陷，本发明具有制备能耗低、加热效率高、基材不易产生缺陷的技术特点。
Description
技术领域
本发明属于电子线路技术领域，尤其涉及一种基于温度敏感性基材的电子线路制备方法。
背景技术
随着电子线路的发展，绝缘基材的介电损耗对电子线路性能的影响越来越重要。其中，聚苯醚(或改性聚苯醚)作为一种介电损耗极低(介电损耗低于0.003甚至低于0.001)的新型绝缘基材获得越来越多的重视。但聚苯醚绝缘基材存在一个严重的缺陷是，它的耐温性能极差，导致聚苯醚无法应用于无铅回流焊接工艺。常规的无铅回流焊接的回流温度高达260℃左右，即使采用了特殊的低温焊接锡膏，无铅回流焊接的回流温度也高达180-190℃左右。在该温度下，聚苯醚高分子将受热分解，产生鼓泡、变形坍塌等宏观缺陷。因此，如何成功实现在聚苯醚绝缘基材表面上贴附一些常见的表贴元件，从而来制备所需要的电子线路，成为一个瓶颈。
有一种解决方案是，利用一些耐温性能更高的塑料材质对聚苯醚进行改性，但无一例外将增加改性之后的材料的介电损耗，这就抵消聚苯醚基材介电损耗极低的优势，失去了对聚苯醚材料改性的最大意义。
发明内容
本发明的技术目的是提供一种基于温度敏感性基材的电子线路制备方法，具有制备能耗低、加热效率高、基材不易产生缺陷的技术特点。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种基于温度敏感性基材的电子线路制备方法，包括以下步骤：
S1：在聚苯醚的绝缘基材上制备金属线路及焊盘；
S2：在焊盘表面涂覆锡膏；
S3：将表贴元件贴附于相应的焊盘上；
S4：通过红外激光的激光束加热表贴元件、锡膏和焊盘，以将表贴元件焊接于焊盘上。
根据本发明一实施例，步骤S1具体为：通过LDS工艺在绝缘基材上制备金属线路及焊盘。
根据本发明一实施例，步骤S2具体为：通过点胶工艺或丝网印刷工艺在焊盘表面涂覆锡膏。
根据本发明一实施例，步骤S1之前包括步骤S0：通过注塑工艺制备绝缘基材。
根据本发明一实施例，步骤S4具体为：通过控制红外激光的波长、激光功率、光斑直径、激光照射时间对表贴元件、锡膏和焊盘进行激光束加热，以将表贴元件焊接于焊盘上。
根据本发明一实施例，步骤S4中，根据表贴元件、锡膏、焊盘、绝缘基材对红外激光的吸收率控制红外激光的波长，其中，红外激光的波长为808nm或915nm或980nm或1064nm。
根据本发明一实施例，步骤S4中，根据表贴元件和焊盘的尺寸控制红外激光的光斑直径，其中，红外激光的光斑直径为0.4mm至2mm。
根据本发明一实施例，步骤S4中，根据焊盘的尺寸、锡膏的种类和数量控制红外激光的激光功率、激光照射时间，其中，红外激光的激光功率为30W至100W，红外激光的激光照射时间为10ms至5s。
本发明与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
1)本发明通过利用红外激光束照射加热聚苯醚基材表面的锡膏、焊盘以及表贴元件，实现焊接，具体通过精确控制红外激光束的功率、光斑尺寸以及加热时间等参数，实现仅仅局部加热相应的焊点位置，而不需要像常规的SMT回流焊接工艺那样，必须将整个绝缘基材放入回流炉中长时间的整体加热，从而很好的避免了聚苯醚因回流温度过高而受热分解产生鼓泡、变形坍塌等宏观缺陷，提高了表贴元件焊接的良率，同时，不需要对聚苯醚进行改性，可直接在具有极低介电损耗的聚苯醚基材上贴装表贴元件，以制备所需的电子线路，实现了聚苯醚基材在电子线路中可行性应用，提高了制备的电子线路的性能；
2)本发明利用聚焦红外激光束可以实现只局部加热需要进行焊接的焊点位置，大大降低了能耗，提高了加热效率，缩短了加热时间，与利用常规的SMT回流焊工艺来贴装表贴元件相比，具有显著的成本优势。
附图说明
图1为本发明的一种基于温度敏感性基材的电子线路制备方法的流程示意图；
图2-7为应用本发明的一种基于温度敏感性基材的电子线路制备方法的实际焊接效果图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种基于温度敏感性基材的电子线路制备方法作进一步详细说明。
参看图1，本申请提供了一种基于温度敏感性基材的电子线路制备方法，包括以下步骤：
S1：在聚苯醚的绝缘基材上制备金属线路及焊盘；
S2：在焊盘表面涂覆锡膏；
S3：将表贴元件贴附于相应的焊盘上；
S4：通过红外激光的激光束加热表贴元件、锡膏和焊盘，以将表贴元件焊接于焊盘上。
现对本实施例进行详细说明：
本实施例的温度敏感性基材可以为聚苯醚或改性聚苯醚，本实施例具体用于解决聚苯醚作为电子线路基材进行电子线路制备中，聚苯醚基材由于耐热温度不高，易受热分解产生鼓泡、变形坍塌等宏观缺陷，而导致聚苯醚无法应用于表贴元件焊接的电子线路的技术问题。
本实施例的温度敏感性绝缘基材可通过注塑工艺制备。
本实施例的步骤S1中，具体可通过LDS(激光直接成型)工艺在绝缘基材上制备金属线路及焊盘，利用数控激光直接将电路图案转移到基材表面上，利用立体工件的三维表面形成电路互通结构。
本实施例的步骤S2中，具体可通过点胶工艺或丝网印刷工艺在焊盘表面涂覆锡膏，利用点胶设备或丝网印刷设备在基材表面的设定区域进行涂覆锡膏。
本实施例的步骤S3中，利用合适的装载设备和定位工具将表贴元件贴附于相应的焊盘位置，如通过CCD扫描识别或激光定位等等定位工具识别不同表贴元件的贴附位置，即对应的焊盘位置，并通过表贴元件的夹具进行夹取对应表贴元件贴附于贴附位置。
本实施例的步骤S4中，红外激光的波长可以为808nm、915nm、980nm、1064nm，光斑直径0.4mm至2mm，激光功率30W至100W，激光照射时间为10ms至5s。具体地，所述步骤S4包括以下步骤：设定红外激光的波长、光斑直径、激光功率、激光照射时间，并根据上述工艺参数精准控制高能激光束进行表贴元件、锡膏和焊盘加热，以将表贴元件焊接于焊盘上。
本实施例的红外激光的波长具体根据各个单元对激光吸收率的不同来优选，选择的具体原则是，优先选择聚苯硫醚基材的激光吸收率相对低而金属焊盘及锡膏的激光吸收率相对高的波长。例如，当焊盘为经OSP(抗氧化)表面处理的铜焊盘时，不宜选择1064nm的红外激光，原因在于，金属铜对1064nm波长的红外激光吸收率偏低，极易造成焊盘尚未受热充分而基材已受热过量造成损伤的问题，此时，可优先选择915nm或808nm波长的激光。
本实施例的红外激光的光斑直径具体根据焊盘和表贴元件的种类及尺寸来优选合适的直径，选择的具体原则是，对于具有对称结构的表贴元件，优先选择将激光光斑的中心设定于表贴元件的中心，同时保证光斑直径尽量覆盖整个表贴元件，从而确保整个元件被均匀且同时的加热，但光斑直径又不能过大以免能量过于分散降低效率，还容易造成对临近聚苯硫醚基材的损伤。当元件没有被整体而均匀的加热时，容易造成立碑、偏移、缺失等焊接缺陷。
本实施例的激光功率和照射时间具体需根据焊盘尺寸和涂覆的锡膏种类和数量来调整，具体原则是，必须使锡膏充分受热熔融并与焊盘及元件充分浸润，最终形成良好的焊点。当激光功率过低或照射时间过短时，会造成冷焊、虚焊等缺陷，而激光功率过高或照射时间过长，又会造成锡珠，甚至损伤元件和基材的问题。
现举一具体的应用对本实施例的技术效果进行说明：
本实施例需要制备的电子线路由绝缘基材及位于其表面的三个0402元件、一个封装芯片和相应的三维铜金属线路构成。由于该电子线路的工作频率高达5GHz，为了获得良好的电性能，工程设计上要求基材的介电损耗不得高于0.0015，否则将严重影响到线路性能，无法正常工作。
因此，本实施例优选聚苯醚材料作为线路的绝缘基材，该聚苯醚材料的介电损耗仅为0.001@5GHz,在高频领域有巨大的潜在应用。但不幸的是，与此同时，该基材的热变形温度(HDT，0.45MPa)仅为170℃,无法耐受常规的SMT回流温度，无法利用常规的SMT工艺在基材上表面贴装元件来制备线路，大大限制了该材料的应用范围。为了解决该技术问题，本实施例利用图1示意的方法制备该电子线路。其中，本实施例选择OSP表面处理铜焊盘，选择锡铋合金的低温锡膏作为焊接锡膏。对于0402元件的焊接，选择波长为915nm的红外激光，光斑直径设定为0.3mm，激光功率80W，激光照射时间为0.2s。对于封装芯片的焊接，同样选择波长为915nm的红外激光,光斑直径设定为1mm，激光功率100W，激光照射时间为0.3s。
对于上述通过本实施制备的电子线路，利用万能试验机测试了0402表贴元件的焊接强度(推力测试)，测试结果如下表1所示，测试结果表明焊接强度符合IPC-TM-650所涉测试标准。
表1 0402表贴元件的焊接强度测试结果
| 推力测试值(N) | 推力测试值(N) | ||
| 1 | 15.104 | 6 | 10.711 |
| 2 | 11.721 | 7 | 13.291 |
| 3 | 11.947 | 8 | 14.751 |
| 4 | 12.829 | 9 | 10.338 |
| 5 | 11.476 | 10 | 14.957 |
参看图2-7，为应用本实施例的方法在聚苯醚绝缘基板上焊接各种表贴元件的实际焊接效果图，通过焊接效果图可以表明：本实施例的基于温度敏感性基材的电子线路制备方法，可以很好地在聚苯醚绝缘基材上完成表贴元件焊接，并且未出现鼓泡、变形、坍塌等宏观缺陷。
本实施例具有以下技术优势：
本实施例能够通过利用红外激光束照射加热聚苯醚基材表面的锡膏、焊盘以及表贴元件，实现焊接，具体通过精确控制红外激光束的功率、光斑尺寸以及加热时间等参数，实现仅仅局部加热相应的焊点位置，而不需要像常规的SMT回流焊接工艺那样，必须将整个绝缘基材放入回流炉中长时间的整体加热，从而很好的避免了聚苯醚因回流温度而受热分解产生鼓泡、变形坍塌等宏观缺陷，提高了表贴元件焊接的良率，同时，不需要对聚苯醚进行改性，可直接在具有极低介电损耗的聚苯醚基材上贴装表贴元件，以制备所需的电子线路，实现了聚苯醚基材在电子线路中可行性应用，提高了制备的电子线路的性能；
本实施例利用聚焦红外激光束可以实现只局部加热需要进行焊接的焊点位置，大大降低了能耗，提高了加热效率，缩短了加热时间，与利用常规的SMT回流焊工艺来贴装表贴元件相比，具有显著的成本优势。
此外，利用本实施例提供的电子线路制备方法，不仅适用于在聚苯醚这一类具有极佳的介电损耗性能但同时又耐温性很差的材料上表贴电子元件，来制备电子线路，还适用于其他任何对温度极其敏感的材料。比如，还可以应用于聚碳酸酯材料。如本领域的技术人员所周知的，聚碳酸酯材料成本极其低廉，介电损耗性能较优，应用范围很广，但由于大部分聚碳酸酯材料(与其他高温工程塑料复合改性后的聚碳酸酯材料除外)的HDT偏低不足以耐受SMT回流温度，因此，目前无法在纯聚碳酸酯材料上表贴元件来制备较复杂的电子线路。如上述，如果利用本实施例提供的方法同样也可实现电子线路制备的应用。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种基于温度敏感性基材的电子线路制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：在聚苯醚的绝缘基材上制备金属线路及焊盘；
S2：在所述焊盘表面涂覆锡膏；
S3：将表贴元件贴附于相应的焊盘上；
S4：通过红外激光的激光束加热所述表贴元件、所述锡膏和所述焊盘，以将所述表贴元件焊接于所述焊盘上。
2.根据权利要求1所述的基于温度敏感性基材的电子线路制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：通过LDS工艺在所述绝缘基材上制备金属线路及焊盘。
3.根据权利要求1所述的基于温度敏感性基材的电子线路制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：通过点胶工艺或丝网印刷工艺在所述焊盘表面涂覆锡膏。
4.根据权利要求1所述的基于温度敏感性基材的电子线路制备方法，其特征在于，所述步骤S1之前包括步骤S0：通过注塑工艺制备所述绝缘基材。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的基于温度敏感性基材的电子线路制备方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：通过控制所述红外激光的波长、光斑直径、激光功率、激光照射时间对所述表贴元件、所述锡膏和所述焊盘进行激光束加热，以将所述表贴元件焊接于所述焊盘上。
6.根据权利要求5所述的基于温度敏感性基材的电子线路制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据所述表贴元件、所述锡膏、所述焊盘、所述绝缘基材对所述红外激光的吸收率控制所述红外激光的波长，其中，所述红外激光的波长为808nm或915nm或980nm或1064nm。
7.根据权利要求5所述的基于温度敏感性基材的电子线路制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据所述表贴元件和所述焊盘的尺寸控制所述红外激光的光斑直径，其中，所述红外激光的光斑直径为0.4mm至2mm。
8.根据权利要求5所述的基于温度敏感性基材的电子线路制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据所述焊盘的尺寸、所述锡膏的种类和数量控制所述红外激光的激光功率、激光照射时间，其中，所述红外激光的激光功率为30W至100W，所述红外激光的激光照射时间为10ms至5s。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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