TW507501B - Soldering method and apparatus of printed board and cooling device thereof - Google Patents

Description

五、發明說明（1) 本發明係有關印製基板之焊接方法，及印製基板之 2裝置，以及裝設於焊接裝置以冷卻印製基板之冷卻裝 《先行技術》 一般，作為焊接印製基板用之焊接合金，被多用 Pb 63 Sn之共晶焊料。此種共晶焊料 上的；溫之故，使用於焊接】置== ‘印製A板：：度為約21°C，而可減少對電子構件 ϊΐί影響。又’ λ種共晶焊料，因比其他之烊 ::金，“接性為良好之故，亦具有焊接不良甚少之特 ㈣於印製基板之電子構件 或尚電壓線圈’則在電子機器之使以隹：：：：： ’但此等電子構件係被曝出於高溫之故，以：ΐ焊、 烊接部會熔融掉，或不熔融也； 因此，焊接部會爆出於高溫之處，則使用高 -般，所謂之高溫焊減弱其強度。 鍚、銀、銻等者，或在鍚主成中添加少量之 等者，而如其名稱所示，熔點，量之鉛、銀、銻 ，而其溫度為220 °c以上。因并、液，線溫度為相當高 度成為250 t以上之高、、w，&，使用高溫焊料之焊接溫 熱影響的電子構件基：無法使用於焊接登載容易受 又，最近逐漸被檢討由錯公害之問題，而使用完全不 507501

含鉛之無鉛焊料。其背寻你^ ^ ±1 rt tw 1»1 '、係考慮以共日日知料加以焊接之雷 子機器’會由酸性雨而溶屮私 /奋出鉛之故。亦即，電視機、錄影 機、電腦。複寫機等之電早撬哭 ^ ^ ^ 例t €子機器，若發生故障或性能惡化 時，由於經修理也不會挺古甘 耗同其性旎，且修理費亦高昂之故 :2購買較為性能上及經濟上寧有利。因此 現：：疋P章者’或仍可使用之電子機器，也被廢棄為 被廢棄 框架或托架 多被埋於海 然而， 料，而大氣 硫黃氧化物 氧化物會成 性雨，則潤 料中之鉛。 下水，而將 而會引起鉛 『無鉛焊接 然而， 鎳等之高熔 南之故，再 之您點。在 實會降低， 之電子 配線等 岸或山 近年逐 中被放 之大氣 為酸性 溼被埋 然後， 該地下 中毒。 合金』 無鉛焊 點之金 添加Μ 無鉛焊 但液相 為金屬 間之掩 漸被使 出大量 中，若 雨，而 入地中 溶解鉛 水作為 因此， 之出現 料則以 屬者， 或銦等 料中添 線溫度 由於箱子 之故，無 埋場。 用多量之 之硫黃氧 發生下雨 渗入於地 的電子機 之酸性雨 飲料所利 電子機器 及印製基板為樹脂，又 法加以焚化處分，而大 汽油及重油等之化石燃 化物。如此具有多量之 其雨則由大氣中之硫黃 中。被渗入於地中之酸 器之焊接部，以溶解焊 ’在浸透於地中成為地 用時，錯侵入於人體内 業則強求不含鉛的所謂 鍚作為主成份，再添加銀、銅 但僅添加高熔點之金屬則熔點 之低熔點金屬，以降低無鉛焊 加鉍或銦等時，其固相線溫度 不太會降低，而也有2〇〇 °c 以

III.. 五、發明說明（3) 者。一般’烊接溫度 降低固相線溫度之無 ^皿J+20〜5〇t ::早：此種高溫之谭2度進3接ί為2對2〇於C ^上， 之電子構件，則起機能劣化。丁知接時，對於熱較為弱 對於熱較為弱之雷早 被曝出於高溫為長時間之故，但被能劣化，則起因於 ，則不會引起機能劣化。因此盈若為短時間 部為宜。 知接後應儘量快速冷卻其焊接 《本發明所欲解決之問題》 以在之焊接裝置，传侬 蟬料槽、冷卻裝置等之劑器、預熱器、溶融 扇迸風以冷卻焊接後之美、 而冷部裝置則以風 板之冷卻裝置，則任何降低^之溫度^在=風冷卻印製基 Μ/秒以下，而風扇型之冷卻；冷卻速度為 構件以高溫焊接時，則會引起機能劣化。為弱之電子 又’使用液相線溫度相當為离夕古 以進杆揑槌水 〇 又祁田為同之阿溫焊料或無鉛焊料 循環時Ξΐ接ϊϊίϊϊίΓί曝出於高溫及低溫之熱 此則因装:ί 屬疲勞而產生龜裂或剝離等。 電子槿杜々有焊接過的印製基板之電子機器，在使用時由 高溫：ί=等：生熱量之故’電子機器之箱内會成為 。如& τ子機器之使用時則箱内會回復於室溫所致 ^由反覆電子機器之使用、不使用，箱内亦反覆成 耻低溫，而焊接部則會受到熱循環。然而，金屬製 第6頁 / JU丄 熱膨脹率不 受應力，若 成為龜裂或 料或錫主成 之所謂凝固 焊料進行焊 化則需要較 時，凝固途 焊接部。因 要以快速之 同之故 此種現 剝離。 份之無 範圍， 接時， 長時間 中之烊 此，以 冷卻速 五、發明說明（4) 焊料與樹脂製印製基板，其 高溫之不同熱膨脹而焊料承 ，焊料遂引起金屬疲勞，而 又，鉛主成份之高溫焊 固相線溫度與液相線溫度間 。因此，以凝固範圍較廣之 於焊接部之焊料，至完全固 於印製基板被加振動或衝擊 裂或剝離，而成為不完全之 無鉛焊料進行焊接時，有需 卻。 一般，無鉛蟬料係比共 理由，乃焊料本身之特性外 進行焊接時，焊料會容易被 此，使用無鉛焊料進行焊接 在惰性雰氣境中進行。但是 ，無法將外部之冷風取進於 冷卻裝置，則無法充分冷卻 由冷卻不足之龜裂或剝離。 為提高焊料之機械性強 成為快。其理由，乃在焊接 加以急冷時，在焊料凝固中 性強度。因此，在以往之焊 械性強度，則被努力提高其 ’由低溫、 象被反覆時 錯烊料，其 較廣者為多 焊接後黏著 ’而在其間 料會產生龜 1¾溫焊料或 度加以冷 晶焊料，其焊接性為較劣。其 ’錫主成份之焊料則在大氣中 氧化致使焊接性惡化之故。因 時，宜在無氧之狀態，亦即， ’在惰性雾氣境中進行焊接時 室内之故，僅以送風之風扇式 印製基板’而引起如上所述的 度’則宜使焯接後之冷卻速度 中將以熔融狀態所黏附之焊料 其組織會變精細而可提高機械 接裝置’為了提高焊接部之機 冷卻速度，但如上述的以風扇

507501 五、發明說明（5) 實無法獲得提而桿料的 仍不會使電子構件之機 成…'釔烊料進行焊接， 強度弱化之焊接方法、焊b接裝置：：：：：接：之機械性 《本發明概要》 置以及其冷部裝置。 本發明人荨’乃注目鋼鐵之漆 / 溫之鋼鐵放人於水中以急冷時， 加熱於高 ，亦於冷卻焊接後之印製基板時 丌了出現與鋼鐵之同樣效果，遂完成本發明。 接方inf印製基板接觸於熔融焊料後加以冷卻之焊 金加以焊接ΐρί基板以液相線溫度2〇〇t以上之焊接合 各使該印製基板接觸於流動中之冷卻液，以 心冷其知接部為特徵的印製基板之焊接方法。 2，本發明係設有預熱器及熔融焊料槽之 使；：板的進行方向退出侧之炼融焊料槽裝ΐ 使7部，喷流之冷卻裝置為特徵的印製基板之焊接裝置。 ★ 再著，本發明係在母體内設有喷流口且在母體内設有 及流出口，而流入口則連接於噴流口之同時，連接 ; 母體外部之冷激用件，流出口亦連接 =内之冷卻液自喷流口喷流後，自流；口：：：：冷 徵之焊用^Γΐ…流於母體内做以構造為特 《本發明之實施形態》 在本發明之焊接方法，其焊料合金係液相線溫度為 第8頁 507501

五、發明說明（6) 2〇〇 t以上者。焊料合金之液相線溫度為2〇〇它以上時， 焊接溫度，亦即，烊接裝置之焊料槽内之熔融焊料之μ产 ，必須提高於22(TC以上，但熔融焊料之溫度成為22^又 時，電子構件則會開始引起機能劣化。然而，焊接溫度雖 為馬溫且使冷卻速度變成快速時，則可減少對電子構 熱影響。 液相線溫度為2 0 0 C以上之焊料合金，則有高溫焊料 或無鉛焊料。 在本發明中由冷卻液所進行之冷卻速度，則需1 〇 ^/

秒以上右知接後之冷卻速度比1 0 °c /秒較慢時，焊接卷 之焊料組織不但無法使之精細以提高機械性強度，而且焉 接後右在印製基板上被施加稱些振動時，在焊接部則發逢 龜裂或剝離。為獲得此種冷卻速度，冷卻液之溫度宜使之 成60 °C以下。 在本發明中所使用之冷卻液，須在焊接後不使焊料腐 戈不降低印製基板之絕緣阻力者。適用於該冷卻液， :可舉：代弗龍”由、高沸點溶劑、水等。尤其，替代弗 (商w名：Ακ 一 225 )乃在焊接後會瞬時間氣化之 會黏附於印_ I ,

.^ t 表基板上而被輸送，且完全不產生由滴下所產 生之》可物。又 ++ 之焊入 替代弗龍係具有將焊接後黏附於印製基板 ?凌加以洗淨除去之效果，因此亦可提高其可靠 在本發日曰 於冷卻液之之~接裝置，裝設使焊接後之印製基板接觸 ' 冷卻裴置，當然於焊料槽而言為印製基板之進

第9頁 507501 五、發明說明（7) 行方向退出側，而裝設於儘接近於熔融焊料槽為宜。將冷 卻裝置接近於熔融焊料槽，係使由焊料槽所黏附之烙融焊 料’自高溫狀態急速冷卻至低溫，使焊料組織變成精細之 同時，由凝固中途之振動或衝擊也不使其產生龜裂或剝離 之故。 在本發明的冷卻裝置所使用之冷激用件，係被浸潰於 液狀冷媒内為捲著於線圈狀之管子，而將自冷卻裝置所流 出於該管子内之冷卻液使之流動，而由冷媒加以冷卻該冷 部液者。因此，由控制冷媒之溫度即可控制冷卻液之溫度 ’結果，可調整於任何冷卻速度。 《圖面簡說》 第1圖係本發明的焊接裝置之剖面圖。 第2圖係本發明的冷卻裝置之平面圖。 第3圖係第2圖之D — D線剖面圖。 第4圖係焊接裝置的實施例及比較例中的印製基板之 溫度輪廓圖。 蔚號說aq I焊接裝置 2.預熱器 3 ·熔融焊料槽 4 ·冷卻裝置 5·輪送裝置 6.室 1 2 ·噴流口

第10頁 五'發明說明⑻ U·底面 1 4 ·流入口 1 5 ·流出口 1 6 ·冷卻液 《實施例》 行埠Ϊ以圖面說明本發明。在本發明則以惰性雾氣境中進 ~接之焊接裝置加以說明。 兄甲進 冷卻Ϊ接裝置1 ，則依次設有預熱器2 ，熔融焊料槽3 ， 輪送裝置5 ( -點鎖後裝置之上方則有行走 碩X方Γ。 吏 之印製基板輸送於箭 狀之if焊料槽3 ’冷卻裝置均被收容於隨道 ，而在直3印製ί:ΤΪ塗劑器則與焊接寒置被另途裝設 成為情性=斯室6:則使内部 在熔融焊料槽3 ，則設有喷故 ^應管7…。 及噴流穩波之第二次噴产嘴9 :粗f之弟-次喷流嘴8 熔融焊料中"嘴 又’在嫁融焊料槽3内之 痒料中，係使室：“t =二匕裾部浸潰於熔融 冷卻穿詈4伤士*時熔融知科使至内成氣密之故。 述熔融烊料槽3 母體U被開放之箱形，而被設於上 方向jn圖示之印製基板的進行 你々部裝置4之内部，則 該喷流〇,乃如圖示直交於㈣其“則-有喷流口 12。 交於印1基板之進行方向x而成於 507501 五、發明說明（9) 橫方較為廣，又喷流口 1 2係設於熔融焊料槽3之近傍。 在母體11之底面13則形成有流入口 η及流出口15，而 流入口14則與上述喷流口連接。流入口及流出口Η乃與未 圖示之冷激用件相連接。在冷卻裝置4之母體η中，則注 入有冷卻液1 6，而冷卻液係自噴流口丨2噴流後，留存於母 體11内而自成形於底面13之流出口15流出（箭頭a )且流 動於未圖示之冷激用件。進入於冷激用件之冷卻液，則由 冷激用件所冷卻，並流入於母體1;1之流入口14 (箭頭β ) ，再自喷流口 1 2喷流。 在本發明所使用之冷激用件，則在冷卻媒體中捲著管 子於線圈狀，以溫度調節該冷媒體者。因此，在線圈内通 過暖和冷卻液時，由溫度調節過之冷媒被熱交換，使冷卻 液加以冷卻。 、-人，對於以上述焊接裝置，將印製基板加以焊接見之 先，將熔融焊料槽3内 ，而自第一次喷流嘴8及第 。然後，自鼠瓦斯供應管7 内於所定之氧濃度。如此， 溫度及室6内之氧濃度成為 器塗敷未圖示之印製基板: ，運輸印製基板於箭頭乂方 先加熱’而以溶融焊料槽3 焊料。自此種第一次噴流嘴 之炼融焊料10加熱於所定溫度 二次喷流嘴9 ，喷流熔融焊料 供應氮氣於室6内，以降低室 使熔融焊料槽3的熔融焊料之 所定數值後’以未圖示之塗劑 然後以焊接裝置之運輪裝置5 向。印製基板係由預熱器被事 之第一次喷流嘴8 ，黏著熔融 所喷流之粗波’則侵入於熔融

第12頁 Z)U/DU 丄

五、發明說明（10) 接部以 焊渣。 波’由 成無不 有熔融 裝置4 運送之 時，與 態或凝 被急冷 焊料難侵入之焊 故可發生橋路或 流嘴9之較穩定 路或焊邊，以形 然後，黏著 所冷卻。在冷卻 由運輸裝置5所 1 6而被冷卻。此 焊接部之熔融狀 液相接觸之故， 減少未焊接者，但 $後，印製基板則 此修正由第一次喷 良之焊接部。 焊料之印製基板， ’貝自喷流口 1 2喷 印製基板，則接觸 冷卻液相接觸之印 固途中之焊料，與 由於波為較粗之 接觸於第二次喷 流嘴所發生之橋 則由冷卻裝置4 流冷卻液1 6，而 於噴流之冷卻液 製基板，黏著於 成為冷溫之冷卻 p -人，說明本發明之具體實施例及比較例。本發明之實 ::璧則在至内設有預熱器、熔融焊料槽、本發明之冷卻 辰置等之焊接處理裝置者。又，比較例則除冷卻裝置使用 以往之風扇式者外，使用與實施例相同之焊接處理裝置。 尽#在上述之實施例及比較例之焊接裝置中，保持室内之 氧^，度於50ppm ，在熔融焊料槽中注入Sn _Ag _Cu系之無 备焊料（液相線溫度220它）且使該焊料之溫度成為250 °c 女裝熱電偶於印製基板’使其通過實施例及比較例之 焊接裝置上，以描繪溫度輪廓圖。其溫度輪廓圖乃如第4 圖所示。 一 η在實施例之溫度輪廓圖（實線），印製基板接觸於熔 ，谭料槽之自第一次喷流嘴所喷流之熔融焊料時，急激上 昇至240它，而自第一次喷流嘴脫離時則降低至220 °C。

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五、發明說明（π) 然後印製基板接觸於自第二次 ，則成為顛峰溫度之2 5 0 ， 為230 t：時，接觸於自冷卻裝 急激地降低至80 °C。然後，由 °C後逐漸降低溫度。 噴流嘴所噴流之熔融焊料時 而自第二次喷流嘴脫離以成 置所喷流之5 °C冷卻液，而 印製基板之餘熱上昇至13〇 另一方，在比較例的焊接裝置之温度輪廓圖（點線） ’則成於颠峰溫度250。(：後’於5秒鐘後由風扇式冷 置所冷卻，而自此冷卻裝置所冷卻開始6〇秒鐘 2 降低至150 °C 。 &才 在實施例及比較例之由焊接裝置的溫度輪廓圖之比 可知在本發明，焊接後之印製基板則被急激地降低溫度 又’以上述實施例及此較例之焊接裝置，進行印 板之焊接後，將該印製基板施加於熱循環。此種埶循: 則使焊接後之印製基板互換曝出於-55它之極低^3〇分於 及+ 1 2 5 °C之高溫3 0分鐘之低溫及高溫雾氣境，以測定】 焊接部產生龜裂為止之循環數。以比較例之焊接裝置加、 焊接之印製基板，在熱循環試驗時，則於82〇循環產生龜 裂，但以實施例之焊接裝置加以燁接之印製基板，則於 1 000循環以上仍不產生龜裂。 ' 《本發明效果》 如上所說明，依本發明，由高溫焊料或無鉛焊料之 接溫度較高而焊接時可使印製基板加熱於高溫者，士、 一 時間急激地降低印製基板之溫度’因此不會引起電子構件 507501

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Claims (1)

1. 507501 六、申請專利範圍 1 ·—種 將熔融 噴流熔 供應氮 於印製 對印製 冷卻； 其特徵 焊料合金焊 2.如申 法，其中， 3 ·如申 法，其中， 不影響於焊 4· 一種 料槽、冷卻 及冷卻裝置 設於熔融焊 槽近旁者。 5.如申 置，其中， 氣境狀態之 6 · —種 及流入口以

   印製基板之焊接方法，包括下列步驟·· 焊料槽内之熔融焊料加熱至預定溫度，· 融焊料； X ’ 氣； 基板上塗敷； 基板加熱，並黏著熔融焊料； 在於：印製基板係以液相線溫度2 〇 〇它以上 接’再經流動之冷卻液急速冷卻者。 之 請專利範圍第1項所述的印製基板之焊接方 該冷卻速度係1 〇它//秒以上為特徵者。 請專利範圍第1項所述的印製基板之焊接方 該冷卻液係替代弗龍油、高沸點溶劑、水 接後的焊料之液體為特徵者。 印製基板之焊接裝置，包括有預熱器、熔融 I置及輸送裝置’其中’預熱H、溶融焊料样 均收容於室内；其特徵在於··其冷卻裝置係^ 料槽之印製基板的進行方向退出側之熔融焊料 請專利範圍第4項所述之印製基板用焊接裝 ❹ 違預熱器、熔融焊料槽則被裝設於保持惰性雾1 室内為特徵者。 焊f裝置用冷卻裝置，乃在母體内設有喷流口 及流出口，而流入口係連接於噴流口，同時連 507501 六、申請專利範圍 接於母體外部所裝設之冷激用件，且流出口也連接於該冷 激用件，而母體内之冷卻液乃自喷流口喷流後，自流出口 流出以被冷激用件所冷卻後，自流入口回流於母體内為特 徵之構造者。 ❿

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