CN1394112A - 焊料膏印刷方法和印刷焊料膏于布线图案板上的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的焊料膏印刷方法是将其中含有Sn－Zn体系焊料作为焊接材料的焊料膏安置在掩模上，用涂刷器促使其在掩模上从一端向另一端滚动，以此将焊料膏填入在掩模中所形成的孔口中。此时保持焊料膏周围大气中的水分，使其等于或低于预定值，在焊料膏印刷过程中通过与周围大气中水分反应而引起的焊料膏粘度的增加受到抑制，因此可保持焊料膏在印刷过程中的滚动能力并可防止焊料膏粘附于涂刷器上。

Description

焊料膏印刷方法和印刷焊料膏于布线图案板上的设备
技术领域
本发明涉及焊料膏印刷方法和印刷焊料膏于有布线图案的电路板上的设备。
背景技术
至今，软焊剂通常用于固定安装电子元器件于印刷电路板上(印刷电路板下文中称为PCB)。利用软焊剂固定电子元器件的方法例子，参照图1描述如下。下面所描述的情况是利用已知回流技术分别在PCB的两个表面上进行焊接。
首先，在相应于PCB焊接区部分的位置上使用一个有孔口的金属掩模来将焊料膏印刷在焊接区部分上(步骤101)。随后将电子元器件如芯片、QFP(四列扁平组件)、SOP(小型组件)等安装在PCB上，使这些这些电子元器件的电接头和引线安置在印刷焊料膏上(步骤102)。此后，促使其上安置有电子元器件的PCB通过一个高温回流熔炉，以熔化焊料膏，以此将电子元器件的电极焊接在PCB的焊接区部位上(步骤103)。
上述步骤可实现将各电子元器件安装在PCB的两表面中的一个表面上。因此，随后将PCB颠倒过来，使其没有安装电子元器件的另一表面保持向上(步骤104)。
随后，类似于上述步骤101和102，进行焊料膏的印刷(步骤105)和各电子元器件的安装(步骤106)。此后，将具有电引线的各元器件插入各通孔中(步骤107)。然后，类似于步骤103，促使PCB通过熔炉以完成各元器件的焊接(步骤108)。
最后，需要对某些不能耐受回流熔炉中高温的电子元器件进行这样的操作：手工焊接这些元器件，以此将这些电子元器件安装在PCB上(步骤109)。
在按照已知技术的上述电子元器件的安装方法中，通常是使用其中含有锡和铅焊料(Sn-Pb)体系的焊料膏。然而，由于Sn-Pb体系焊料中含有有毒的重金属铅(Pb)，除非这些电子器具在使用之后适当地废弃，否则会存在对地球大气有副作用的问题。考虑到这种情况，近年来，为了解决上述问题，以此预防环境污染，长期以来就希望使用其中不含铅组份的无铅焊料。
作为无铅焊料，锡和银(Sn-Ag)体系焊料是典型已知的。由于银(Ag)的性能是稳定的，当Sn-Ag体系焊料代替Sn-Pb体系焊料用于安装电子元器件时，用普通安装方法可保证有相同程度的可靠性。然而，Sn-Pb体系焊料的熔点为约183℃，而Sn-Ag体系焊料的熔点为约220℃，这是相当高的。因此，使用Sn-Pb体系焊料的普通安装设备和方法，不能直接用于Sn-Ag体系焊料。
如果具有熔点高至220℃的Sn-Ag体系焊料在回流熔炉中熔化以实施焊接电子元器件，则元器件的温度会偶而高于240℃。由于一般电子元器件的耐热温度大约是在230℃，因此，当Sn-Ag体系焊料用于安装电子元器件时，必然会遇到这样的问题，即各种电子元器件的耐热温度需要提高。
有一种不同于上述高熔点Sn-Ag焊料的另一种无铅焊料，亦即锡—锌(Sn-Zn)体系焊料。由于Sn-Zn体系焊料的熔点约为197℃，所以当Sn-Zn体系焊料用于安装电子元器件时，传统设备和电子元器件可直接使用而无需作任何改变。
然而，当Sn-Zn体系焊料与传统所使用的Sn-Pb体系相比较时，还有某些问题，即锌(Zn)容易被氧化并且Sn-Zn体系焊料的湿润性很差。因此，当电子元器件的安装是直接使用传统设备和传统安装方法时，则不能保证安装的可靠性等同于传统设备和方法的可靠性。
现在参照图2A至2C来说明上述焊料膏的印刷过程。
首先，如图2A所示，将印刷掩模250定位于印刷电路板204上，并进行这样的安置，即将印刷掩模250的各孔口250a分别与焊接区203相对应。然后，将预定量的焊料膏251放置于安置在电路板204上的印刷掩模250上，并且如图2B所示，涂刷器252被用来促使焊料膏251在印刷掩模250的表面上从一端向另一端滚动。
当焊料膏251在印刷掩模250的表面上滚动时，涂刷器252便将焊料膏压入各孔口250a中，以此填充到各孔口250a中。然后，如图2C所示，当将印刷掩模250从电路板204上取去时，预定量的焊料膏251便被印刷在电路板204的每个焊接区203上，并因而结束了焊料膏的印刷过程。
当使用其中含有传统的Sn-Pb体系焊料的焊料膏时，用于焊料膏的上述印刷过程是在这样的大气下进行的，即温度和湿度分别为27℃和60％。因而，大气中存在相当浓厚的水份，相应地，如果在某种情况下焊料膏容易受潮而使焊剂(flux)成分变质，而铅(Pb)本身是一种稳定的金属，因此Pb不会增加其粘度，因为水分与焊剂成分反应时间较短。因此焊料膏的印刷可得到保证而不会引起任何问题。
另一方面，在焊料膏中含有Sn-Zn体系焊料的情况下，由于受潮而变质的焊剂组分与活性金属锌(Zn)进行短时间反应，因而焊料膏的粘度增加并且焊料膏退化变质。从焊料膏印刷过程开始，焊料膏的退化变质会在大约3小时内发生。
当焊料膏增加其粘度而变粘稠时，它在印刷掩模上的滚动性能下降，并且焊料膏易于粘附在涂刷器上。这样，在用涂刷器将焊料膏压入印刷掩模的孔口中时，焊料膏不能充分地填入孔口中，结果便有可能引起印刷失败。因而，在焊料膏的印刷过程开始后经过大约3小时，焊料膏便需用新的来更换。
而且，在焊料膏印刷过程中，当焊料，特别是锌(Zn)通过与大气中所含的氧反应被氧化时，焊料的湿润性便降低恶化。结果，在电子元器件安装过程中便产生许多焊球。
发明内容
本发明的目的是提供焊料膏的印刷方法和设备，它们能够在焊料膏印刷过程中抑制焊料膏粘度的增加，还能抑制在焊料膏印刷过程中由于其氧化而造成的焊料湿润性恶化。
根据本发明的一实施例，本发明的焊料膏印刷方法，是将其中含有Sn-Zn体系焊料的焊料膏作为焊接材料安置在掩模上，利用一个涂刷器使焊料膏在掩模上从一端向相对的另一端滚动，以此将焊料膏填充在掩模的孔口中，在焊料膏周围大气中的水分保持在等于或低于平行中的预定值。
根据本发明的另一实施例，本发明的焊料膏印刷设备装设有湿度调节器用来保持在焊料膏周围大气中的水分，含有Sn-Zn体系焊料的焊料膏作为焊接材料被放置在掩模上，掩模被放置在印刷电路板的适当位点上，焊料膏的湿度水平等于或低于预定值。
按照本发明，由于焊料膏周围大气中所含水份被调节以保持湿度水平等于或低于预定水分值，在焊料膏印刷过程中通过与周围大气中水分反应而引起的焊料膏中的焊剂粘度的增加能很好地受到抑制，并且因此在印刷过程中焊料膏的滚动能力能够保持适当水平。而且，可防止焊料膏粘附在涂刷器上，因而可防止出现任何有缺陷的印刷。
水分可以等于或低于10g/m3。
而且，通过氮气(N2)可以调节在焊料膏周围的大气。因此，在大气中所含的氧气(O2)量，与空气大气情况相比，能够明显地降低，并因而可防止氧化造成的焊接材料湿润性的变质恶化。
参照说明本发明各实施例的附图，可从下文描述中对本发明的上述和其它目的、特征、及优点得到清楚地了解。
附图说明
图1是说明电子元器件安装方法实例的流程简图，其中电子元器件是使用焊料安装的；
图2A至图2C是说明焊料膏印刷过程的简图；以及
图3是说明按照本发明焊料膏印刷设备的一实施例的简图。
具体实施方案
如图3所说明，根据本实施例的焊料膏印刷设备1提供印刷空腔1a，该空腔中能够容纳从前面步骤转移的并对大气环境密闭的电路板5，该设备提供在印刷空腔1a中的具有掩模10的焊料膏印刷单元，以及提供孔口10a和涂刷器12。在该实施例中，印刷空腔1a的内部是空气氛围。
而且，该实施例的焊料膏印刷设备1提供有水分调节设备2，用于将印刷空腔1a中的大气湿度保持在一恒定值。该湿度调节设备2是由例如除湿器和湿度传感器所组成，并且使印刷空腔1a内大气中所含水分(g/m3)保持恒定不变，即保持湿度值为等于或低于预定值。
使用上述构造的焊料膏印刷设备1的印刷方法可按照如下说明来实施。
首先，将从前步骤转移过来的印刷电路板5容放在印刷空腔1a中。随后，参照图3的说明，将掩模10放置在电路板5的适当位置上(第一步骤)，并将其中含有Sn-Zn体系焊料的焊料膏11安置在掩模10上。然后，借助于涂刷器12将焊料膏11在掩模10上从一端向相反的另一端滚动，以使焊料膏11填入孔口10a中(第二步骤)。此后，将掩模10从电路板5上取掉(第三步骤)，从而焊料膏11便被印刷到电路板5的焊接区上。
第一至第三的这些步骤形成了焊料膏的印刷过程。在此过程阶段，至少在这些步骤的第二步骤过程中，湿度调节设备2便将印刷空腔1a内部的湿度保持在预定值内。
如此，完成了印刷过程的电路板5被转移到随后的一些步骤，亦即安装电子元器件的安装步骤和回流熔炉熔化步骤。
在本实施例中，在上述印刷过程中印刷空腔1a内的大气水分通过湿度调节设备2保持在等于或低于10g/m3的水平。如果通过温度与湿度之间关系标明水分等于或低于10g/m3，这便相当于这样的条件，例如，在温度为19℃下湿度等于或低于60％，在23℃下湿度等于或低于50％，在温度为27℃下等于或低于40％，在温度为32℃下湿度等于或低于30％。
如上所述，当在印刷过程中在印刷空腔内部的大气水分，通过水分调节设备2调节至等于或低于10g/m3时，则焊料膏11的焊剂与周围大气中的水分反应在焊料膏印刷过程中会变得不活泼，以此可抑制焊剂粘度的增加，结果，在印刷过程中焊料膏11的滚动能力便可适当保持。而且，可防止焊料膏11粘附于涂刷器12上，这样便可防止产生有缺陷的印刷。
而且，在传统印刷过程中，虽然焊料膏质量的恶化是发生于印刷过程开始后大约3小时内，而按照本实施例，焊料膏质量的恶化出现时间可推迟至大约24小时，因而焊料膏的寿命被延长了。
而且，在本实施例的印刷设备1中，印刷空腔1a的内部可以氮气(N2)气氛占优势，在此气氛中所含有的水分值可保持在等于或低于10g/m3。这样，可以防止引起印刷缺陷的在焊料膏11中所含焊剂粘度的增加；以及另外与在印刷空腔1a内部空气气氛占优势的情况相比较，在印刷空腔1a内部的氧气(O2)量能够确保降低，因而，能够防止焊接材料特别是锌(Zn)的湿润性恶化变质，焊接材料湿润性的恶化会由焊接材料的氧化而引起。
现在已用专业术语描述了本发明的各优选实施例，然而这种描述只是为了说明目的，可以理解的是，还可进行内容的改变和变换，但所有改变和变换都不脱离后附权利要求的精神和范围。

Claims (6)

1.一种焊料膏印刷方法，它包括：
第一步骤，用来将掩模安置在印刷电路板上的预定位置上，使其处于该位置状态，所述掩模具有相应于印刷电路板焊接区部分的孔口；
第二步骤，用来将其中含有作为焊接材料的一种锡—锌(Sn-Zn)体系焊料的焊料膏安置在所述掩模上，并用于以涂刷器使所述焊料膏从所述掩模的一端向相反的另一端滚动，同时保持在所述焊料膏周围大气中所含水分值等于或低于预定值，其中所述涂刷器促使所述焊料膏滚动，以此将所述焊料膏填入所述的孔口中；以及
第三步骤，用来将所述掩模从所述印刷电路板上剥离去。
2.如权利要求1所述的焊料膏印刷方法，其中所述水分值等于或低于10g/m3。
3.如权利要求2所述的焊料膏印刷方法，其中所述大气主要含有氮气。
4.一种焊料膏印刷设备，它包括：
一种掩模，该掩模具有相应于印刷电路板的焊接区部分的孔口；
一种涂刷器，该涂刷器用来促使其中含有作为焊接材料的锡—锌(Sn-Zn)体系焊料的焊料膏从所述掩模的一端向其相对的另一端滚动，该涂刷器是安置在掩模上，而掩模是放置在所述印刷电路板上的一预定位置上；以及
一种水分调节器，用来将所述焊料膏周围大气中所含有的水分值保持为等于或低于预定值。
5.如权利要求4所述的焊料膏印刷设备，其中所述水分值等于或低于10g/m3。
6.如权利要求5所述的焊料膏印刷设备，其中所述大气主要含有氮气。
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