CN112775509A

CN112775509A - 一种焊接to封装元器件时降低空洞率的方法

Info

Publication number: CN112775509A
Application number: CN202011197218.2A
Authority: CN
Inventors: 韩潇; 许瑞丰; 郑杰; 廉志宏; 侯志鹏; 刘销斌
Original assignee: Tianjin Aviation Mechanical and Electrical Co Ltd
Current assignee: Tianjin Aviation Mechanical and Electrical Co Ltd
Priority date: 2020-10-30
Filing date: 2020-10-30
Publication date: 2021-05-11
Anticipated expiration: 2040-10-30
Also published as: CN112775509B

Abstract

本发明涉及一种焊接TO封装元器件时降低空洞率的方法，包括设计高导热材质线路板焊盘；设计钢网板；设计TO封装元器件锡膏涂覆焊接一体化工装；高导热材质线路板涂覆锡膏；TO封装元器件涂覆锡膏；高导热材质线路板焊接；TO封装元器件焊接；清洁和TO封装元器件在高导热材质线路板上焊接的步骤。通过上述方法，将高导热材质线路板上焊接TO封装元器件焊接空洞率降低到10％以内，减少了功率芯片工作过程中的内阻，提高了焊接品质及产品可靠性，可用于大规模生产。

Description

一种焊接TO封装元器件时降低空洞率的方法

技术领域

本发明涉及SMT组装工艺技术领域，特别是一种在高导热材质线路板上焊接TO封装元器件时降低空洞率的方法。

背景技术

在电子产品生产中，TO封装元器件在进行焊接时，无论是回流焊接还是波峰焊接，无论是有铅制程还是无铅制程，最常见的焊接质量隐患就是冷却之后出现一些空洞(气泡)现象。空洞是一种较为常见的焊接质量隐患，它的存在不仅会使焊点的机械强度大大降低，还会产生各种阻抗，导致接地状况不佳，造成电路串扰、插入损耗以及带来附加的电容与震荡，对于一些对导热性作出要求的大功率芯片，芯片与焊盘的连接更需要好的接地能力和散热能力。随着服役时间的延长，焊接空洞极易诱发多种致命的失效模式。

在高导热材质线路板上焊接TO封装元器件时，一般采用回流焊形式，但在高导热材质线路板上TO封装元器件的焊盘、钢网板、焊接方法都会影响到焊接后空洞率过大，在产品工作中结温升高时，其结电流就会进一步加大，从而将造成恶性循环使结温超过最高限制值而烧毁芯片。

在降低高导热材质线路板上焊接TO封装元器件时出现空洞率的同时，需要兼顾批产产品质量一致性和生产效率问题，无工装保证则会对产品质量带来极大波动并降低生产效率。

发明内容

本发明的目的是，提供一种在高导热材质线路板上焊接TO封装元器件时降低空洞率的方法，保证产品可靠性的同时提高产品生产效率。

本发明技术方案：

一种焊接TO封装元器件时降低空洞率的方法，包括的步骤如下：

1)设计高导热材质线路板焊盘：

在高导热材质线路板上需要焊接TO封装元器件的焊盘上增加导通孔，增加气体排放路径；

2)设计钢网板：

制作阶梯型钢网板，并在阶梯型钢网板上预留井字形状的排气通道；

3)设计TO封装元器件锡膏涂覆焊接一体化工装：

TO封装元器件锡膏涂覆焊接一体化工装由器件级钢网板、固定架、合成石托盘、胶木底座组成，工装上部为固定架，下部为胶木底座，器件级钢网板嵌入固定架内，合成石托盘放置于固定架和胶木底座之间，合成石托盘上具有多个TO封装元器件卡槽；

4)高导热材质线路板涂覆锡膏：

将钢网板和在TO封装元器件上增加了导通孔的高导热材质线路板安装在锡膏印刷机上，通过锡膏印刷机，在高导热材质线路板上涂覆锡膏；

5)TO封装元器件涂覆锡膏：

将多个TO封装元器件放在TO封装元器件锡膏涂覆焊接一体化工装的合成石托盘上，使用刮刀进行锡膏涂覆；

6)高导热材质线路板焊接：

将步骤4)涂覆锡膏后的高导热材质线路板放入回流炉进行回流焊接；

7)TO封装元器件焊接：

将在步骤5)完成锡膏涂覆的合成石托盘整体拿出，放入回流炉进行回流焊接；

8)清洁：

将步骤6)和7)回流焊接完成后的高导热材质线路板和合成石托盘取出，使用酒精清洁回流焊接后溢出的助焊剂和杂质；

9)TO封装元器件在高导热材质线路板上焊接：

将多个TO封装元器件从合成石托盘取出，依次放置于高导热材质线路板上焊盘相应位置，并将放置TO封装元器件后的高导热材质线路板整体放入回流炉内，完成回流焊接。

其特征在于，所述步骤1)中，需要焊接TO封装元器件的焊盘上增加3×4规格，直径为0.4mm的导通孔。

其特征在于，所述步骤1)还包括：将高温胶带粘接在高导热材质线路板另一面，防止漏锡。

其特征在于，所述步骤2)中，按照0603封装和TO封装锡膏涂覆标准制作阶梯型钢网板。

其特征在于，所述步骤2)中，制作同时满足0603封装锡膏涂覆标准的0.12mm厚度和TO封装锡膏涂覆标准的0.2mm厚度的阶梯网板。

其特征在于，所述合成石托盘上具有30个TO封装元器件卡槽。

其特征在于，根据TO封装锡膏涂覆标准厚度制作0.2mm器件级钢网板。

其特征在于，根据元器件规格需求，对器件级钢网板和合成石托盘进行不同规格的设计，使用时进行更换。

发明的有益效果：

本发明的一种在高导热材质线路板上焊接TO封装元器件时降低空洞率的工艺方法，将高导热材质线路板上焊接TO封装元器件焊接空洞率降低到10％以内，减少了功率芯片工作过程中的内阻，提高了焊接品质及产品可靠性，可用于大规模生产。

附图说明

图1为本发明方法设计的焊盘示意图；

图2为本发明网板示意图；

图3为本发明TO封装元器件锡膏涂覆焊接一体化工装俯视图；

图4为本发明TO封装元器件锡膏涂覆焊接一体化工装实物图；

图5为本发明实施例提供的一种在高导热材质线路板上焊接TO封装元器件降低空洞率的工艺方法的流程示意图；

图6(a)(b)为本发明所用工艺与现有工艺焊接后效果对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的连接结构进行详细说明。

本发明提供了一种在高导热材质线路板上焊接TO封装元器件时降低空洞率的工艺方法，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

在原有线路板PCB设计基础上在TO封装线路板焊盘处增加直径为0.4mm 3×4的导通孔开孔设计，如图1所示，为焊接过程中形成的气体提供排放渠道，并用高温胶带对线路板另一面进行保护，防止漏锡。

设计同时满足0603封装锡膏0.12mm厚度和TO封装锡膏0.2mm厚度的阶梯网板，阶差可达到0.08mm，保证锡膏厚度符合标准要求，避免焊接过程中锡膏涂覆不均匀形成气体凹槽进而无法排出气体，并将钢网板设计为呈井字形状，为焊接过程中形成的气体提供释放的通道，如图2所示。

分别在TO封装元器件和高导热材质线路板上涂覆锡膏后，过回流炉进行焊接，之后清理焊接后溢出的助焊剂和杂质，再将TO封装元器件放在高导热材质线路板相对应的焊盘上一起过回流炉焊接。

设计制造可同时完成30个TO封装元器件锡膏涂覆和焊接的TO封装元器件锡膏涂覆焊接一体化工装，该工装可一次性放置30个TO封装元器件于合成石托盘内，根据不同封装尺寸，网板规格和合成石托盘可进行更换，使用刮刀对TO封装元器件进行上锡后，仅需整盘拿出合成石托盘，并将合成石托盘放置于回流炉链条上，整盘进行回流焊接即可完成TO封装元器件焊接。合成石可耐受300℃高温，是目前回流焊接中常用的材料，如图3、图4所示。

一种在高导热材质线路板上焊接TO封装元器件降低空洞率的工艺方法的流程示意图如图5所示。包括的步骤如下：

1)设计高导热材质线路板焊盘：

在高导热材质线路板上需要焊接TO封装元器件的焊盘上增加导通孔，增加气体排放路径，并将高温胶带粘接在高导热材质线路板另一面，防止漏锡；

2)设计钢网板：

按照0603封装和TO封装锡膏涂覆标准制作阶梯型网板，并为TO封装网板预留井字形状的排气通道；

3)设计TO封装元器件锡膏涂覆焊接一体化工装：

TO封装元器件锡膏涂覆焊接一体化工装由器件级钢网板、固定架、合成石托盘、胶木底座组成，工装上部为固定架，下部为胶木底座，器件级钢网板嵌入固定架内，合成石托盘放置于固定架和胶木底座之间，合成石托盘上具有30个TO封装元器件卡槽；

4)高导热材质线路板涂覆锡膏：

5)TO封装元器件涂覆锡膏：

将30个TO封装元器件放在TO封装元器件锡膏涂覆焊接一体化工装的合成石托盘上，使用刮刀进行锡膏涂覆；

6)高导热材质线路板焊接：

7)TO封装元器件焊接：

8)清洁：

9)TO封装元器件在高导热材质线路板上焊接：

将30个TO封装元器件从合成石托盘取出，依次放置于高导热材质线路板上焊盘相应位置，并将放置TO封装元器件后的高导热材质线路板整体放入回流炉内，完成回流焊接。

图6(a)(b)为本发明所用工艺与现有工艺焊接后效果对比图，经验证，使用本发明涉及的工艺方法，在高导热材质线路板上焊接TO封装元器件空洞率均＜5％，相比之前的焊接后空洞率在30％左右有了较大幅度的质量提升。

Claims

1.一种焊接TO封装元器件时降低空洞率的方法，包括的步骤如下：

1)设计高导热材质线路板焊盘：

2)设计钢网板：

3)设计TO封装元器件锡膏涂覆焊接一体化工装：

4)高导热材质线路板涂覆锡膏：

5)TO封装元器件涂覆锡膏：

6)高导热材质线路板焊接：

7)TO封装元器件焊接：

8)清洁：

9)TO封装元器件在高导热材质线路板上焊接：

2.如权利要求1所述的一种焊接TO封装元器件时降低空洞率的方法，其特征在于，所述步骤1)中，需要焊接TO封装元器件的焊盘上增加3×4规格，直径为0.4mm的导通孔。

3.如权利要求2所述的一种焊接TO封装元器件时降低空洞率的方法，其特征在于，所述步骤1)还包括：将高温胶带粘接在高导热材质线路板另一面，防止漏锡。

4.如权利要求3所述的一种焊接TO封装元器件时降低空洞率的方法，其特征在于，所述步骤2)中，按照0603封装和TO封装锡膏涂覆标准制作阶梯型钢网板。

5.如权利要求4所述的一种焊接TO封装元器件时降低空洞率的方法，其特征在于，所述步骤2)中，制作同时满足0603封装锡膏涂覆标准的0.12mm厚度和TO封装锡膏涂覆标准的0.2mm厚度的阶梯网板。

6.如权利要求5所述的一种焊接TO封装元器件时降低空洞率的方法，其特征在于，所述合成石托盘上具有30个TO封装元器件卡槽。

7.如权利要求6所述的一种焊接TO封装元器件时降低空洞率的方法，其特征在于，根据TO封装锡膏涂覆标准厚度制作0.2mm器件级钢网板。

8.如权利要求7所述的一种焊接TO封装元器件时降低空洞率的方法，其特征在于，根据元器件规格需求，对器件级钢网板和合成石托盘进行不同规格的设计，使用时进行更换。