CN1231952A - 金属表面软熔的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在软熔焊接工序之前、期间或之后干洗或干式助熔金属表面的方法。所述干洗或干式助熔的金属表面包括(1)金属基板,在其上欲安装至少局部为金属的电子元件,(2)焊膏和(3)电子元件的金属部分。此方法包括应用一种包含不稳定或已激励气态物、且基本不含带电物的气态处理气氛对金属表面进行处理。

Description

金属表面软熔的方法和设备
本发明涉及一种对金属表面进行软熔焊接的方法和设备。此方法包括一种工序，而设备则包括一种装置，该装置在接近大气压的压力下，以一种包括已激励或不稳定产物、且基本不含带电产物的气体对金属表面进行干式助熔或干洗。
本发明涉及助熔或清洁金属表面的工序，它通常存在于电子仪器的焊接或镀锡工序之前、期间或之后。因而这特别用于在下述工序之前的助熔：
-将一些元件焊接在一个电路上(在已插入元件和表面已安装元件这两种情况下均可)，
-将接触带焊接在电子支承上，使所述支承可能啮合在另一支承上(此处可提出的实例有混合电路或印刷电路，可采用这些接触将其插入至一种印刷电路中，或者是一种能采用其连接边缘插入至连接器中的混合或印刷电路)，
-将电路焊接至组件的底部中(这些电路封装期间涉及的)，
-封闭工序包装期间涉及的焊接，将裸露芯片焊接至诸如印刷电路、混合电路或诸如通常称为MCM(多芯片模块)底板的多层互联底板的支承上，
-电子元件终端的镀锡。
因而助熔的作用就是对欲进行焊接或镀锡的金属表面进行清洁(吸附层的去油、脱氧、去污等)，其目的是加速这些表面在其后被焊料所湿润。
助熔工序通常采用化学助熔剂加以实施，这些化学助熔剂常常由树脂基质获得，尤其要添加酸性化合物。焊接后，助熔剂残余留在物体上，常常要求生产者以最经常使用的氯化溶剂对其进行清洁，此清洁工序在裸露芯片情况特别成为问题，因为这些芯片十分易碎，而且还高度受到争议，因为根据“蒙特利尔协议”内容，它严格控制使用这些溶剂，而在某些国家则完全禁止使用这些溶剂。
为实施焊接工序，最通常采用的两种方法称为“波峰焊接”和“软熔焊接”。
在第一种情况(波峰焊接机械)，这些机械的结构是这样的，即欲焊接或欲镀锡的物品被置于与液态焊料的一个或多个波峰的接触中，这些波峰则由包含于一个容器中的焊料池的循环通过一个喷嘴而获得。
物品(例如在其上已连接有元件的电路，或欲镀锡的元件)通常已在机械的上游区域采用助熔喷射液或助熔泡沫剂预先加以助熔，追随助熔工序之后的是一种所谓的预热工序，进行这一工序是为了活化事先已放置在电路上的助熔剂，对电路或元件在它们到达热焊接区域之前进行预热。设置了一种传送机系统以便将物品从机械的一个区域传送至另一区域。
这些机械通常是向周围大气气氛开口的。
在第二类方法(软熔焊接)的情况下，此项目还包含着若干项技术，它不再应用液态焊料池，而是应用一种包含焊料合金的焊膏(助熔剂包含于其中的油膏配方)，焊膏被放置在支承(放置元件之前的电路、需封闭的组件的边缘，或组件底部)上，并对其施加一定的热量，使其可能熔化金属合金。这种热量传送最常见的情况是在连续炉中进行。
在任一种情况(波峰或软熔)，都会出现上述焊接后的清洁工序问题，因为它最通常是采用氯化溶剂的，这些氯化溶剂则受蒙特利尔协议及其后续修改条款的严格控制。
因而此问题促使全世界在过去几年中进行大量研究，试图提出一种替代应用这些化合物的解决方案。
在拟议的解决方案中，需提出的是在焊接前进行表面的等离子体清洁，从而避免了应用化学助熔剂，因而也就避免了对下游清洁工序的实际要求。特别是拟议应用的混合物为氢。
在此领域中，需提出的是文件EP-A-0427020，它提议采用一种工艺气体的等离子体来处理欲焊接的组合件零件，建议对此处理采用低压“以避免对组合件零件造成热损害”。在连同附图给出的所有实例中，所涉及的压力都在30-100Pa的范围内进行变化。
有关文件EP-A-0371693也可提出相同的评论，它涉及一种在焊接之前采用含氢的微波等离子体清洁金属表面的方法。文中再一次建议(并展示于所有实例中)应用低压，“以便仅可能地限制等离子体中残余氧的水平”。
赞同采用低压条件以实施这些等离子体清洁工序的一致意见无疑与这样的技术和工艺问题有关，即在大气压力下获得的等离子体，其性能难于与通常在低压下获得的等离子体的性能相比，尽管低压条件有一些缺陷，如为获取这些低压费用甚高，或在生产线中移植相应基础设施出现的困难。
由于这一原因，申请人公司最近在文件FR-A-2697456(该文件内容已通过参考而包含于此)中提出一种在大气压力下于焊接之前应用等离子体助熔金属表面的方法，而为了产生这种等离子体，则采用一种微波源或电晕放电，通过适当放置在欲处理物品上方的电介质层中的狭缝来传送等离子体。虽然此申请对所述问题提出了有益的解决方案，但申请人公司仍提出了所建议方法可加以改进的事实，特别在以下方面：
-其效率(用于产生等离子体的输入功率与所产生的、与欲处理支承实际进行相互作用的产物密度之比)或所获的功率密度(在电晕放电情况，它只达到介电质表面每单位面积几瓦(W))，如果它们得以提高，就能缩短处理时间，
-还有限制性的“几何形状”因素这一事实：在电晕放电情况，电极/样品的距离是至关重要的，必须保持于十分小，这在基板情况会引发问题，因为其表面结构是相对回旋状的；在微波放电情况，它引发等离子体生成斑点的形成，此斑点具有由等离子体源限制的确定尺寸，
-更有甚者，按定义，在此文件中产生的等离子体包含离子产物和电子(因而也就是带电产物)，它们更难于应用在电子元件上。
与此同时，申请人公司最近已在文件FR-A-2692730(此文件内容已假定通过参考而包含于此)中提出一种形成已激励或不稳定气体分子的装置，这种装置基本在大气气压下运行，并能提供提高的能量密度。
因此，本发明的目的是提出一种在焊接或镀锡之前、期间或之后，对金属表面进行干式助熔或干洗的改进方法，使其可能：
-基本在大气气压下进行运行，
-为欲处理目标与用于进行此项处理的装置之间提供具有高度灵活性的距离，
-避免物品与带电产物进行接触，
-提供经改进的功率密度，使其能获得增高的处理速度。
本发明的另一目的是在电子元件被焊接安装的整个工艺过程中对金属表面进行助熔或清洁。有关这方面，可在下述各情况进行发明的清洁或助熔方法：
(1)在施用焊料之前对金属基板进行助熔；
(2)在丝网印刷焊膏之后(助熔油膏)；
(3)电子元件安装在电路上之后；
(4)在所有或部分焊料软熔工序期间(例如，在物品承受为引起焊料软熔的任一部分的温度剖面期间)；或
(5)软熔焊接工序之后。
为此，按本发明提出的、在应用一种合金进行焊接或镀锡之前、期间、或之后对金属表面进行干式助熔或清洁的方法的特征在于，对欲清洁或助熔的表面在接近大气压的压力下，以一种包括已激励或不稳定产物、且基本不含带电产物的气态处理气氛加以处理。
按照本发明，名词“干式助熔”、“助熔”、“清洁”和“干洗”在文中可互换使用以表示发明的处理方法。这些名词可用于区别进行处理时焊接或镀锡中的阶段。例如，助熔通常与焊接或镀锡之前的表面处理有关。因而“干式助熔”和“助熔”指镀锡或焊接之前的处理。相反，“清洁”和“干洗”指焊接期间或之后的处理。
按照本发明，名词“金属表面”用于指示在焊接或镀锡这类工序中涉及的任何一种金属表面，不论它是，例如，钢、铜、铝、锡、铅、锡/铅、锡/铅/银、或诸如柯伐(Kovar)的其它合金，当然，此名单只是指示性的，而非限制性的。因而，金属表面可以是金属基板表面、焊料表面(软熔之前、期间、或之后)、以及被安装的电子元件的金属表面。
虽然本发明的方法和设备涉及金属表面的处理，但根据发明的处理所进行的时间，应用发明的处理也可清洁其它类型的表面。例如，假如本发明的清洁过程是在焊料软熔之后进行，则清洁工序能有效地清洁印刷电路板的金属和非金属表面(如聚合物表面)。假如助熔是在丝网印刷焊膏之前进行，则助熔工序能有效地清洁印刷电路板的金属表面(诸如印刷电路板的金属径迹)和其它表面。这样，油脂印迹和指印就能从印刷电路板上去除。
本发明提出的焊接或镀锡“合金”将由可设想用于这些工序(例如软熔焊接或用于波峰焊接机械；或波峰镀锡)中的任何成分，诸如Sn-Pb、Sn-Pb-Ag、Pb-In等组成。
按照本发明，名词“接近大气压的压力”指主要位于〔0.1×105Pa,3×105Pa〕范围内的压力。
按照本发明，名词“带电产物”指离子或电子。因而，本发明提出的处理气氛与经典等离子体气氛的差别在于，它是基本不含带电产物，即离子或电子的。
处理气氛最好由一种主要气体混合物，以及由一种按选择的相邻气体混合物获取，主要气体混合物至少在一台已激励或不稳定气态产物形成装置的气体出口获取，在此装置中，一种包括一种惰性气体和/或一种还原气体和/或一种氧化气体的初始气体混合物被转化，相邻气体混合物则未曾通过装置。
此结构可称为“放电后的”，因为包括已激励或不稳定气态产物的，处理气氛的主要成分是在装置的出口获取的，此装置保证在此主要成分中不存在任何带电产物。未曾通过装置的处理气氛的相邻成分则更加不含这些产物了。
此外，此结构使其可能清楚地将气氛主要成分的产生地与其使用地分开，这对于装置的污染而言，其优点并非微不足道(防止由于表面助熔工序产生的各种释放物污染装置)。最后，在装置内未处理的物品(例如在电极之间的放电内部)则得益于上述“距离”方面的较好灵活性。
惰性气体可例如由氮、氩、氦或这些惰性气体的混合物构成。还原气体可例如由氢、CH4、或氨，或这些还原气体的混合物构成。氧化气体就其成分而言，可例如由氧，或CO2、H2O、或这些氧化气体的混合物构成。当然，给出的每类气体的名单只是为了说明，而不意味限制。
根据发明的一个方面，至少在一台装置内转化的初始气体混合物包含水蒸汽。较好的是初始气体混合物包含从约50ppm至约6％体积的水蒸汽。更好一些是初始气体混合物包含从约100ppm至约1％体积的水蒸汽。而最好是初始气体混合物包含从约500ppm至5000ppm体积的水蒸汽。
根据发明的另一方面，至少在一台装置内转化的初始气体混合物包含氧，或一种能产生氧的气体。较好的是，初始气体混合物包含的氧的量为从约50至约5000ppm体积的氧，或者初始气体混合物包含一种气体，其生产氧的总量的能力，能使氧含量达到体积的约50至约5000ppm。
按照发明的一个方面，在不稳定或已激励产物形成装置出口处获得的全部或部分处理气体可进行再循环以形成全部或部分初始气体混合物。例如可应用风扇或温都利效应以便对全部或部分处理气体进行再循环。
本发明提出的装置可由任一种器械构成，只要这种器械能“激励”初始气体混合物，以便在所述装置的出口获得另一种包含不稳定或已激励的产物的气体混合物，且后一种气体混合物是基本不合带电产物的。这样的激励例如可通过如电晕放电型的放电来获取。
本技术领域的普通技术人员将十分清楚地看到，本发明提出的助熔或清洁方法使其能应用主要混合物进行处理，这种主要混合物是在一台单独装置的气体出口，或在欲处理物品的宽度上平行放置的若干台装置的气体出口获取的，不然可顺序应用在串联放置的若干台装置的气体出口获取主要混合物。
同样，本技术领域的普通技术人员还将十分清楚地看到，本发明提出的方法可按照用户表示的要求既可应用于对欲处理物品表面中单独一个表面进行处理，也可应用于必须对物品的双面进行助熔或清洁的情况。在后一情况，适合将要求的装置布置于物品的每一表面之前。
本发明提出的相邻混合物可由任一种气体或气体混合物构成，而这种气体或气体混合物则可例如由一种惰性气体或能使其可能保存的惰性气体混合物形成。如需要，可在样品周围设置一种保护性气氛，或一种还原气体，或一种氧化气体，或甚至属于这三类气体之一的气体的混合物。
按照本发明的一个方面，相邻混合物包含硅烷SiH4。这种包含硅烷的相邻混合物由于其还原作用最好应用于欲处理物品表面存在某些金属氧化物的情况，或者还可根据所用的初始气体混合物，用作一种氧“清除剂”(或收集器)，也即，目的在于，使其与存在于欲处理物品之上的气氛中的残留氧相互作用，将残留氧的水平降至最低。
按照本发明的另一方面，欲处理的表面要进行加热，加热温度处于四周温度和金属表面或用于在其后进行焊接或镀锡工序的合金的熔融温度之间。这样，此上限依赖于所用的金属或合金，例如在通常应用的Sn63-Pb37或Sn62-Pb36-Ag2合金情况，它将位于180℃附近。
按照本发明中的一个方面，具有欲处理金属表面或一些金属表面的物品被放置在装置的气体出口之前，并可按选择放置在沿物品宽度平行设置的若干装置的气体出口之前，和/或顺序放置在串联设置的若干装置的气体出口之前，并由一个传送带系统运送通过由覆盖结构(如管道或一组个体通风管)限定的内部空间，并与周围气氛相隔绝，而所述结构则气密地与所述装置相连接，或将所述装置包含于其内。
对于双面处理(这里在物品的每一表面之前应用必需的装置台数和设置就又足够了)上述的相同说明也适用。
按照本发明的一个实施例，初始气体混合物在其中转化的装置即是在第一电极和第二电极之间产生放电的场所，一层介电质材料面向另一电极地至少设置在电极之一的表面上，而初始气体混合物横切电极通过放电。
而在装置中应用的，按介电质壁每单位表面积归一化的功率较好的是大于1W/cm2，最好是大于10W/cm2。
按本发明的一个实施例，由欲处理物品沿传送带依次与之相碰撞的处理气氛按如下方式加以划分：
a)用于形成已激励或不稳定气体产物的装置中至少有一台装置对位于所述结构中其前一台装置转化的不同初始气体混合物进行转化，和/或
b)在至少一台用于形成已激励或不稳定气体产物的装置的台面应用的相邻气体混合物不同于在所述结构中其前一台装置台面应用的相邻气体混合物。
按照本发明的一个实施例上述步骤a)和b)可结合至一个同一装置上。
从而，例如可应用具有功率降低的混合物，功率从一台装置至另一台装置会有所增加。
按发明中的一个方面，物品离开所述结构后，进入一台机械，在其中进行所述焊接或镀锡工序，如果需要，可在所述结构出口和所述机械入口之间，将物品保持于保护气氛之下。而焊接工序例如可通过将焊膏丝网印刷在基板上，并提供足够热量以熔融焊料合金而进行。这时名词保护性气体意指一种基本为惰性的气氛，其中残余氧的浓度不超过几百ppm，或甚至100ppm。
按发明的另一方面，〔所述〕焊接或镀锡工序是在实际覆盖结构(如一个管道)中的上游、下游、或在用于产生不稳定或已激励气态产物的装置的所谓近处进行的。
按发明的一个方面，电路的导电线路及焊接点在于其上丝网印刷焊膏之前加以助熔。
按发明的另一方面，可在基板上已镀敷焊料，并已安装电子元件之后，但在引起焊料软熔之前，将物品至少放置在一台用于形成不稳定或已激励气体产物的装置之前。助熔工序的作用是对暴露的金属表面进行清洁，这些金属表面包括焊料表面及欲安装的电子元件的端头或支脚。如果需要，在助熔处理之后可将物品保持于上述保护性气体之下，直至处理引起焊料软熔。
按发明的又一方面，发明的清洁方法可用于进行焊接后清洁。在软熔焊接时，物品被加热至产生焊料软熔后，或在波峰焊接时涂敷焊料后，可将软熔的组合件放置在一台或多台用于形成已激励或不稳定气体产物的装置之前。
按发明的另一方面，发明的清洁方法可在所有或部分焊料软熔步骤期间应用。这样，可至少设置一台用于形成已激励或不稳定气体产物的装置，以便使它在所有或部分焊料软熔步骤期间至少清洁物品的一个表面。虽然不希望受理论的约束，但相信，通过在焊料软熔期间使物品经受已激励或不稳定气体，加热期间可能形成于焊接合金表面上的氧化物能减少或消除。
这样，本发明的装置和方法一般涉及软熔焊接之前、期间或之后的金属表面的处理(即助熔或清洁)。但是，在欲镀或连接的全部或部分金属表面上应用化学助熔也是有好处的。例如，假如发明的处理是在丝网印刷之前或焊料软熔期间进行的一种助熔工序，则焊膏可含一种化学助熔试剂。同样，假如发明的处理是在焊料软熔之后进行的一种清洁，则焊膏可含一种活泼的化学助熔试剂。
本发明也涉及一种在焊接或镀锡之前、期间或之后对金属表面进行干式助熔或清洁的机构。该机构特别适于完成发明提出的方法，包括一个覆盖结构，它限定一个内部空间，具有欲助熔或清洁的金属表面或一些金属表面的物品被传送通过其中。该结构是与周围大气隔绝的，并包括或封装一台或多台用于形成已激励或不稳定气体产物的、串联或平行安装的装置，该装置至少包括一条具有轴线，并形成于内、外电极之间的管状气体通道。电极中至少有一个电极具有面向另一电极的、介电质镀层，电极与一个高压、高频源相连，外电极围绕着介电质，并具有一个所谓初始气体的入口和一个所谓主要气体的出口，这两个口是细长的，它们与轴线平行，并基本为径向相对，所述气体出口引出在所述覆盖结构中，该结构还可按选择至少安装有一台装置，用于入射未通过所述装置或若干所述装置的、所谓相邻气体。如需要，机构还可附加包括一台对欲处理物品进行加热的装置。加热装置可用以加热金属表面以帮助清洁，或用以加热物品以引起焊料软熔。
本发明的其它特征和优点将由下述对实施例结合附图所作的说明变得更为清晰，所给实施例只是为了展示，而不意味着任何限制，其中：
图1是适于完成本发明所提方法的设备示意图。
图2是一种用于形成已激励或不稳定气体产物的装置实例的示意剖面图，该装置适于完成本发明所提的方法。
图1表示存在一种物品1，该物品1具有需助熔或清洁的金属表面，并由传送带2将其送至一个用于形成已激励或不稳定气体的装置4的气体出口6的前方。
传送带系统2通过由管道3限定的内部空间31，该管道3最好以气密方式与装置4连接。
在8处示意地表示了在装置出口6处获得的主要气体混合物。主要气体混合物8由一种初始气体混合物7获取，该初始气体混合物7通过其气体入口5进入装置。
图1所示的实施例中还表示存在着相邻气体混合物的入口9、10。按照本发明，由相邻气体混合物9、10及由主要气体混合物获取的气态气氛构成处理气氛30。
在图1所示的实施例中的11和12处存在着用于形成已激励或不稳定气体产物的辅助装置(未表示)，它们与第一装置4串联，并被物品1顺序地遇到。
然后设备由诸如以13和29表示的其它相邻气体混合物入口加以完善。
如果需要，设备还可设置有一种对物品1加热的装置(在图1中未表示)。对此加热装置可例如设想为存在于管道中的红外灯，或对流加热，或者将物品放置在加热基板夹具上。
如图2中实施例所示，此实施例的装置具有圆筒形几何形状，并包括第一管状电极14，它例如由一个金属缸体15的内表面构成，在其中同心地放置了一个组合件，该组合件包括一个例如为陶瓷的介电质管道16，第二电极17由在介电质管道上进行金属喷镀沉积而成，其在图1中的厚度为清楚起见被加以夸大。
组合件包括介电质16和第二电极17，从而与第一电极14一起限定了一个管状气体通道18，并在内部限定了一个内部体积19，在其中循环着一种冷却剂，此冷却剂最好是氟里昂，因其具有负电性特性，或者是消电离水。内部气体通道18的轴向长度小于1米，较好为小于70cm，而最好为小于50cm，而其径向厚度e不超过3mm，通常小于2.5mm。
缸体15包括两个径向相对的纵向狭缝20和21，它们各自形成欲在通道18中激励的初始气体入口和包含已激励或不稳定气体产物的主要气体出口。
狭缝20和21伸展于空腔18的整个轴向长度上，在图2所示的实施例中，它们的高度不超过厚度，通常基本与后者相等。缸体15最好在第一电极14的周边包含若干管道22，用于作为冷却剂，如水的通道。气体入口20与形成于壳体24中的均匀化室或增压室23联通，壳体24连接至缸体15上，并包括一根管子25，用于在0.1×105pa和3×105pa之间的压力下供应来自初始气体源26的初始气体。电极14和17与一个高压、高频的发电机27相连接，此发电机27最好在大于15KHz的频率下运行，并输出量级例如为10KW的功率。此外，最好将发电机输出的这一功率通过将其按介电质单位表面面积进行归一化来表达。
在气体出口21可获得的包含已激励产物的气体被输送至使用台28，例如用于助熔或清洁金属表面。
诸如结合图1进行说明的设备包含一台单独的、如结合图2进行说明的装置4，该设备用于实现本发明、如下文详述的6个实例，并补充以两个比较性实例。实例1
为实施第一个实例，尺寸为0.3×50×50mm的电子仪器级铜的样品在承受热氧化(在空气中于200℃温度下加热5分钟)之前，首先应用20％的硝酸溶液进行酸洗。此氧化处理引起在铜样品表面上出现一层清晰的转变成紫红色的薄层，在氧化之前，基底原来是“鲑肉”色的。
接着样品在下述条件下，应用上述设备加以处理：
-运行功率(由发电机输出的)：1000W，相应每单位面积介电质的功率为15W/cm2，
-初始气体混合物在氮中包含65％的氢(通过采用氮流量为10m3/h和氢流量为18m3/h而获得)，
-相邻气体混合物：氮，它使管道内氧的分压保持于20ppm之下，
-将样品加热至150℃的温度，
-一次通过处理：应用传送带2在2mm/s的速度下移动样品，
-在基本为大气压的压力进行处理，
-欲处理的样品与装置的气体出口之间的距离：10mm。
样品经此工艺方法处理后，观察表明样品具有十分优异的表面状态，即样品回复至它们特征性的初始鲑肉色。实例2(比较例)
对于第二比较性实施例，应用了以申请人公司为名义的、上文已涉及的文件FR-A-2697456中描述的微波放电等离子体助熔装置。铜样品具有相同的等级，尺寸为0.3×20×20mm。经在硝酸中酸洗和热预氧化之后，在与实例No1相同的条件下、应用以10l/min射入的Ar-3％Hz混合物，由微波等离子体放电对样品进行处理，每一样品被加热至150℃温度，而用于产生等离子体的功率为200W。然后的酸洗每一样品所需的时间接近2分钟，因而处理时间对于较小的样品要长于实例No.1中的范围。还可进一步指出，此微波等离子体方法也具有应用等离子体(如其名称所蕴涵的)，因而应用带电产物的缺点，当存在敏感的电子元件时，这就会形成问题。实例3
为实施第三实例，除对样品进行预氧化的步骤外，采用与实例No.1中相同的工艺流程。此次，按照传统的电子仪器中电路的污染标准，采用所谓的“沸水”方法来实现氧化，按照此方法，在化学清洁(硝酸)之后，将基板在沸水中浸泡10分钟。这种氧化要比热方法平缓得多，且更能反映通常在焊接或镀锡之前在电子电路中遇到的氧化水平。
在处理后，观察再一次表明样品具有优异的表面状态，此处，样品重又获得它们的初始鲑肉色。实例4
为实施第四实例，将在第三实例中获得的铜样品(硝酸清洁、沸水预氧化、本发明提出的处理)在一台波峰镀锡型机械中用锡-铅焊料对它们进行浸润工艺，且加以评估，而通常出现在那些机械进口处的化学预助熔技术则被有意取消。
对在这些条件下进行的焊料沉积的观察表明，在铜上的沉积具有优异的浸润效果(由小接触角可知)、良好的沉积连续性及此沉积的良好表面质量(由其镜面外观可表明)。
这样，完成的第四实例表明不需应用通常的预助熔化学制剂就可实施这种焊料沉积(不管涉及是焊接抑或镀任务)，而应用通常的预助熔化学制剂将导至在焊接后，接着必须进行清洁工序。实例5(比较例)
对于第五比较性实例，第三实例的样品不再应用本发明提出的方法加以处理，而只是简单地应用20％的硝酸溶液加以酸洗，此工序进行于沸水预氧化步骤之后，而在对这些样品通过镀锡进行评估之前。
此处所获结果大大不能令人信服，锡-铅沉积是不连续的(出现岛状物)，且接触角要比前述情况的大得多，这些结果表明，由硝酸进行的酸洗效率要比在第四实例中按本发明提出而获得的差得多。实例6
在完成发明的第六实例中，应用了环氧印刷电路型的电路，这些电路的导电径迹已进行预镀锡，而电子元件(电阻型、电容型、SOT23和SO型的)则应用粘性滴剂被固定在电路的适当的导电径迹上。
如第一实例的内容所述的那样，首先对电路进行按本发明提出的助熔处理，电路与用于形成不稳定和已激励气体产物的装置的气体出口之间的距离为10mm量级。此按本发明进行的助熔工序然后借助使电路通过一台常规波峰焊接机械进行电子元件的焊接工序(因而形成电接触)加以评估，存在于机械入口的化学预助熔步骤已被故意取消。对机械输出处的焊料接触的观察表明它具有十分良好的湿润性，从而证实了可以实现本发明提出的干式助熔，避免应用由化学方法进行的常规助熔，这种助熔在焊接后为去除助熔残余，通常要求在下游进行电路的清洁工序。实例7
此实例表明了在进行丝网印刷焊膏之前应用发明的干式助熔方法以清洁印刷电路板的有效性。通过对印刷电路板施用发明的干式助熔方法，由于电路板的金属表面被清洁，焊料的湿润得以改进。此外，任何存留在电路板上的沾污，如指印或油脂印迹都可去除。
预镀锡的印刷电路板由于使它们经受包含不稳定或已激励气态产物的气氛的作用，而得到清洁。由4％H2,1000ppmH2O，其余为氮构成的初始气体混合物通过图2的装置以形成主要气体混合物。印刷电路板应用图2所示的、只含一台形成已激励或不稳定气态产物装置的设备暴露于主要气体混合物中。电路板在下述条件下加以处理：
-运行功率：3KW；
-初始气体混合物的流量：18m3/h；
-相邻气体混合物：氮；
-电路板与装置气体出口之间的距离为10mm；而
-电路板不加热。
对经处理的电路板应用一台电离仪(MULTICORE CMIITM)进行离子沾污的测试。经处理的电路板的沾污水平可与应用溶剂或超声波进行液相处理所获的结果相比实例8
此实例展示了已激励或不稳定气态气氛清洁软熔后焊接物品的用途。
预镀锡的铜印刷电路板在氮或空气气氛中用两种市场上可买到的、标明“不需清洁”或“低残留”的焊膏(HERAEUS F372TM和MULTICORE NC73TM)加以软熔焊接。
接着，应用一种由一台单独装置发出的已激励或不稳定气体混合物对已焊接的印刷电路板进行清洁处理。电路板在以下条件下进行处理：
-初始气体混合物：见表1；
-运行功率：3KW；
-初始气体混合物的流量：18m3/h；
-相邻气体混合物：氮；
-电路板与装置气体出口之间的距离为10mm；而
-电路板不加热。
然后，对已经受发明的清洁处理的软熔后焊接电路应用一台电离仪IONOGRAPH ALPHA METALS 500TM进行离子沾污的测试。离子沾污测试是按照MILSTD-28809标准进行的。按此标准，对处理后的印刷电路板的合格沾污水平是3.1μg/cm2。为进行比较，对未清洁的软熔焊接电路也进行了离子沾污测试。
表1表明了软熔后清洁的效果。由这些结果很容易看到：
-清洁有效性由一个配方变化至另一配方；
-在两种情况下，未经受清洁的软熔电路板通不过，或仅能勉强通过MIL标准(3.1μg/cm2)；
-在Haraeus低残留配方的情况下(它在软熔期间，只允许氮气氛)，N2/H2/H2O初始气氛和N2/O2气氛形成的电路板包含低的沾污水平；
-在Multicore“不需清洁”焊膏情况下(它在软熔期间，允许氮或空气)，只有N2/H2/H2O初始气氛才能使沾染有足够的降低。
虽然结合具体实施例对本发明进行了说明，但并未对其加以任何限制，相反，对本技术普通技术人员来讲，根据下文的权利要求显然还可有很多修正和改变。
                           表1
焊膏 用于软熔焊接的气氛 用于干洗处理的初始气氛 离子沾染(μg/cm2)
Heraeus F372“低残留”型声称“不需清洁” N2 未处理 2.4(σ=0.7)
N2+3％H2+1000ppm H2O 0.6(σ=1.6)
N2+1000ppm O2 0.8(σ=0.7)
Multicore NC73“RMA”型声称“不需清洁” 空气 未处理 7.7(σ=1.2)
N2+3％H2+1000ppm H2O 1.7(σ=0.3)
N2+1000ppm O2 3.3(σ=0.7)
N2 未处理 5.0(σ=0.6)
N2+3％H2+1000ppm H2O 2.6(σ=1.2)
N2+1000ppm O2 5.2(σ=1.8)

Claims (29)

1．一种软熔焊接金属表面的方法，所述方法包括的步骤为：
在接近大气气压下，按照能有效干洗或干式助熔至少一面金属表面的条件，至少将一面金属表面暴露于一种包括已激励或不稳定气态物、且基本不合带电物的处理气体中。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于，所述至少一面金属表面是一块金属基板，而所述暴露步骤是在金属基板上进行丝网印刷焊膏之前进行的。
3．根据权利要求2的方法，其特征在于，所述金属基板是一块电路板。
4．根据权利要求2的方法，其特征在于，所述金属基板是一种印刷在环氧电路板上的导电径迹。
5．根据权利要求1的方法，其特征在于，所述至少一面金属表面是一种焊膏，所述暴露步骤是在金属基板上进行丝网印刷焊膏之后，但在将一件至少部分为金属的物品安装在焊膏上之前进行的。
6．根据权利要求1的方法，其特征在于，所述至少一面金属表面是欲用焊接安装在一块金属基板上的一件物品的一个金属表面，而所述暴露步骤是在将物品安装在金属基板上之后，但在加热焊料以便将物品软熔焊接至金属基板上之前进行的。
7．根据权利要求1的方法，其特征在于，所述暴露步骤是至少在引起焊接软熔的部分加热步骤期间内进行的。
8．根据权利要求1的方法，其特征在于，所述暴露步骤是在金属物品至少局部软熔焊接至金属基板上之后进行的。
9．根据权利要求1的方法，其特征在于，所述处理气体是由初始气体混合物至少通过一台用于形成已激励或不稳定气态产物的装置而获取的。
10．根据权利要求9的方法，其特征在于，初始气体混合物包括氢。
11．根据权利要求9的方法，其特征在于，初始气体混合物包括水蒸汽。
12．根据权利要求9的方法，其特征在于，初始气体混合物包括由约50ppm至约6％体积的水蒸汽。
13．根据权利要求9的方法，其特征在于，初始气体混合物包括由约100ppm至约一个百分点体积的水蒸汽。
14．根据权利要求9的方法，其特征在于，初始气体混合物包括由约500ppm至5000ppm体积的水蒸汽。
15．根据权利要求1的方法，其特征在于，所述处理气体由一种混合物获取，此混合物由(1)一种初始气体混合物，它通过一台用于形成已激励或不稳定气态产物的装置，和(2)一种不通过所述装置的相邻气体混合物构成。
16．根据权利要求15的方法，其特征在于，所述初始气体混合物包括氢。
17．根据权利要求15的方法，其特征在于，初始气体混合物包括水蒸汽。
18．一种软熔焊接金属表面的方法，所述方法包括的步骤为：
(a)在金属基板上丝网印刷焊膏；
(b)将至少局部为金属的物品安装在焊膏上；
(c)加热焊膏以便将至少局部为金属的物品软熔焊接至金属基板上；和
(d)在接近大气气压下，按照能有效干式助熔或干洗所述金属基板、焊膏或至少局部为金属的物品的条件，至少将金属基板、焊膏或至少局部为金属的物品在步骤(a)、(b)和(c)中的一个步骤之前、期间或之后暴露于一种包括已激励或不稳定气态物的、且基本不含带电物的气体中。
19．根据权利要求18的方法，其特征在于，所述气体是由初始气体混合物通过一台用于形成已激励或不稳定气态产物的装置而获取的。
20．根据权利要求18的方法，其特征在于，所述初始气体混合物包括氢。
21．根据权利要求19的方法，其特征在于，初始气体混合物包括水蒸汽。
22．根据权利要求19的方法，其特征在于，初始气体混合物包括由约50ppm至约6％体积的水蒸汽。
23．根据权利要求19的方法，其特征在于，初始气体混合物包括由约100ppm至一个百分点体积的水蒸汽。
24．根据权利要求19的方法，其特征在于，初始气体混合物包括由约500ppm至5000ppm体积的水蒸汽。
25．根据权利要求18的方法，其特征在于，所述处理气体由一种混合物获取，此混合物由(1)一种初始气体混合物，它通过一台用于形成已激励或不稳定气态产物的装置，和(2)一种不通过所述装置的相邻气体混合物构成。
26．根据权利要求25的方法，其特征在于，所述初始气体混合物包括氢。
27．根据权利要求25的方法，其特征在于，初始气体混合物包括水蒸汽。
28．根据权利要求18的方法，其特征在于，所述金属基板是一块电路板。
29．根据权利要求18的方法，其特征在于，所述金属基板是印刷在一块环氧电路板上的导电径迹。
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