TW552483B - Printing mask having protrusions with through holes for printing solder paste on lands on printed circuit board, method of printing a solder paste, surface-mounted structural assembly and method of manufacturing the same - Google Patents

Description

552483 五、發明說明α) 【發明之領域】 本發明係有關於一種用於將錫膏印刷於印刷電路板上 之島塊的、一印刷罩幕及一印刷方法，藉以各種不同的電子 元件肖b女置在印刷電路板’且特別是有關於安置有各種不 同電子元件的一印刷電路板之表面安裝結構總成及其製作 方法。 【發明之背景】 現今常使用以焊料將電子元件安置在一印刷電路板 (底下以"PCB'1稱之）。請參照第1圖，其為在PCb兩面以 重流技術來實施焊接的例子。 在步驟101中，利用一印刷罩幕，其提供有對應PCB — 表面上具有之島塊的孔洞，藉以使錫膏印刷在島塊上；在 步驟102中，表面安裝元件包含晶片元件、qFP ( Quad

Flat Package) 、SOP (Small Outline Package)等將置 放在印刷的錫膏上；接著，在步驟103中，置有表面安裳 元件的PCB將被送進並通過一高溫的重流爐以溶化錫膏， 使得表面安裝元件的導線能焊接到pCB的島塊；之後，在 步驟104中，倒置PCB使另一面未安置有電子元件的表面向 上。 在步驟1 0 5， 1 0 6中，相同於步驟1 〇 1， 1 〇 2，進行印刷 錫膏及安置電子元件；之後，在步驟1〇7中，將電子元件 (底下以π貫孔元件’’稱之）的導線插入PCB的貫孔，使貫 孔元件藉以能安置在PCB上。接著，在步驟1〇8中，相同於 步驟1 03 ’ PCB被送進並通過一高溫的重流爐以炼化錫膏，

2138-4892-PF(N).ptd 第4頁 552483 五、發明說明（2)

完成貫孔元件與pCB …最後，在步驟彳-…承受重★ 件便以人工垾接 一 承又重凌爐高溫的元 上。 接的方式完成將必要的電子元件安置在:: 傳統PCB上安置電 谭料=膏，“，由於Sn_pb烊料包；；=用-Sn， :能妥善處理，否則可能產生對地球’大的重金屬 此情形，近年來為了解決這個問‘ Γ有害的影 上需使用不含錯的谭料以避免污染環境。便要求PCB Sn-Ag焊料是典型眾所周知不 f性是相當穩定的，當如-_使用：的 焊接電子元件，可確認會與傳統方法有Λ的可=料來 而，比較Sn-Pb焊料的熔點約為183^ 7罪度’然 f高約為22°。°，因此，要直接以傳統的方法= f 成電子兀件的焊接並不能完全適用 、置來广 子元件的耐熱溫度糊。C，若使用具有]二：為=

Sn-“焊料’在置入回流爐的製程時’可能需要提供高於 240 C的溫度’所以需要增加這些電子元件的耐熱&度。； 另外也有與上述咼熔點之Sn-Ag焊料不同且不含金l 焊料，即Sn-Zn的焊料。由於Sn_Zn系焊料的熔點只約° 197 ，所以能直接應用傳統的表面安裝設備而益需改 製程。 然而，比較Sn-Zri焊料與傳統的Sn_pb焊料，Zn較容 易被氧化而使得保濕性變差。據此，當運用相同的傳統設 2138-4892-PF(N).ptd 第5頁 552483 五、發明說明（3) 一 備和裝置的方法，無法確認會有相同的可靠度。 底下便以第1圖及第2A至2C圖來說明上述的錫膏印刷 製程。一内連線圖案的銅箔覆蓋在PCB上具有的一隔離絕 緣層，藉由從部份的内連線圖案移去絕緣層就能形成島 塊。圖2A、2B與2C中係省略絕緣層的繪製。 如圖2A所示，印刷用罩幕111置於PCB 112上，罩幕 U1具有分別對應PCB 112上島塊115的貫孔116 ;接著，將 一既定量的錫膏113置於PCB 112上的印刷罩幕111，且如 圖2B所示，以橡皮刮板Π8將錫膏1 13從印刷罩幕111的表 面從頭到尾刮過。 當錫膏11 3從印刷罩幕111表面刮過後，便會填入個別 的貫孔116内，接著如圖2C所示，當印刷罩幕111脫離PCB 112時，就會有給定的錫膏層113印刷在島塊115上，完成 錫膏的印刷製程。 使用Sn-Zn焊料的錫膏在印刷至PCB與進行焊料重流的 製程會有下面的問題：當錫膏填入PCB的貫孔且於其上安 置貫孔元件時，因為Sn-Zn有不佳的保濕性，若與傳統 Sn-Pb使用相同的量，可能在印刷有錫爹的PCB另一面上， 圍繞貫孔元件之導線的焊料量很少或甚至沒有焊料，因此 造成貫孔元件不能很好的與島塊連接一起。 針對上述問題，曾有提出增加印刷罩幕之貫孔的開口 面，’增加填入貫孔的錫膏量並且焊劑量藉以能增加導線 與貫孔的保濕性。然而，因為插有貫孔元件的導線之貫孔 係位於PCB相鄰位置，若採用增大印刷罩幕貫孔的方式，

552483 五、發明說明（4) 有可能錫膏會延展到導線之間而穿過鄰近的貫孔。 因此，假若採用增大印刷罩幕的貫孔面積，可能會有 =料架形成在安裝於PCB上之貫孔元件的導線之間，而且 1導線間流動的錫膏可能會形成的球狀焊料球。 【發明之目的與概述】 本發明的目的在提供一錫膏印刷罩幕及印刷方法，在 S加印刷於'一 P C B上任咅I治/λ ▲日t . 踢膏延展到島塊之間Γ島塊的錫貧時，不會造成使用的 的電：發：一目的在提供一表面安裝結構總成，其中 Πϋΐ錫膏牢靠地接合在-PCB上的島塊，而 裝結構總成的方法。到島塊之間，以及製作此表面安 刷-錫，其具有複數個貫孔以印 至少有-個貫』：】：；=塊以及至少-突出部，且 由於突出部增加了言？丨沾^ 厚度也就增加了。因此^的/衣度，填入貫孔的錫膏層的 卻不用增加貫孔的開口面p刷$ 士塊上的錫膏量增加了但 的焊料架或焊料球產生。、^#性增加了卻不會有習知 孔和導線的焊料保濕性用：錫：量增加特別使對應貫 地連接。， 斤以穿過貫孔的導線能可靠 板具有一::膏印刷在-印刷電路板上，電路 子元件的-導線ί:島第二第-島塊上置放有-電 島塊則包含能讓電子元件的一導線 2138-4892-PF(N).ptd 第7頁 552483 五、發明說明（5) 穿過的一貫孔。因此，較佳是將第二島塊形成 ΐ孔3對;、第二島塊的貫孔之深度一應第-匕 貝木又 以印刷在第一島塊的錫貧量將大於印刷在箆 一島塊的錫膏量。 八％叩刷在第 、印刷罩幕中，錫膏較佳包含一Sn —Ζη合 保濕性上比較差。 m /、相對在 根據本發明更提供一種使用上述的印 刷方法，其將—焊料層印刷在—印刷電路上 ，。用p 根據本發明，同時也提供一表面安 。 包含藉由焊接將電子元件安置在具有第二〜成，其 的印刷電路板，第一島塊上置放有ί 島：及第二島塊 第則包含能讓電子元件一導線穿過：一：：導 印刷在第二島塊上的-錫膏層較印刷在第ί良：孔。由於 層來得厚，所以電子元件能可靠地連 島塊上的錫膏 根據本發明，更提供一表面安 第二島塊上。 法’以焊接將電子元件安置在-印刷；^成之製造方 錫膏的步驟；在印刷電路刷電路板上印刷- 電子元件至具有錫膏的印刷電路板。太件；以及連接 一表面安裝結構的總成，其包含 ，發明方法可製作出 在具有第-島塊及第二島塊的；將電子元件安置 放有一電子元件的一導線，第二 板，第一島塊上置 :-導線穿過的一貫孔。在印刷：包含能讓電子元件 幕，印刷在第二島塊上的一錫膏=中，由於使用印刷罩 _ 層較印刷在第-島塊上的 第8頁 2138-4892-PF(N).ptd 552483 五、發明說明（6) 錫膏層來得厚，所以電子元件能可靠地連接在第二島塊 上。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂’下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下。 【較佳實施例之說明】 如第3和第4圖所示，根據本發明實施例之Pcb 2 (參 照第5A、5B、5C與第6圖）上將使用印刷罩幕i以印刷一/錫 膏。其上具有複數個第一島塊5以安置表面安裝電子元 件，以及複數個第二島塊6以安置貫孔元件，貫孔元件的 導線將插入PCB上的貫孔，且第一和第二島塊5，6都設置 在一既定位置。第二島塊6延伸在pCB 2 一表面和另一表面 之間’其中分別形成有貫孔7。 、如第3和第4圖所示，印刷罩幕1包含一例如為不銹鋼 或類似者的一金屬薄片，具有形成於其内對應PCB 2上第 p:R島Λ5:複ΐ第一貫孔11，以及同樣形成於其内但對應 # u k / 一島塊6的複數第二貫孔12。第一貫孔丨1具有實 會皙Ϊ :島塊5相同的形狀與面積；第二貫孔12則具有 塊6約比第一Λ塊6相同的形狀，但其面積稍大於第二島 、、、、 一島塊6外周緣大0· 1mm至0· 2mm 〇 12二具有環狀的突出部i3，14環繞在第二貫孔 似=3:環狀的突出部13, “以-覆蓋製程或類 者：s度較其它印刷罩幕i之罩幕區來得厚。 知例中’印刷罩幕1的厚度ti約〇. 15mm，而環狀

552483 ------- 14具^13， 14的厚度t2約〇· 18mm至0· 2mm。環狀突出部13, 貫&具内徑!^約丨·5mm，外徑h約2·0mm。PCB 2上形成的 。”有直徑h約1 2mm，略小於環狀突出部13， Η内徑 在靠=印刷罩幕1上的環狀突出部1 3， 1 4，印刷罩幕1具有 厚。第二貫孔丨2的厚度較靠近第一貫孔η的厚度來得 1以在^參照第5A、5B及5(：圖，由以下來說明使用印刷罩幕 第一和第二島塊5， 6上印刷錫膏3的製程。 ，膏3包含例如為Sn-8Zn-3Bi的Sn-Zn合金。PCB 2具 ^蓋一隔離絕緣層的一銅箔内連線圖案。利用將部份内 :圖案上的絕緣層移除以形成第一和第二島塊5， 6，圖 甲係省略了絕緣層的繪示。 ♦ 如圖5A所示，印刷罩幕！置於Pcb 2上並使第一和第二 貝孔11， 1 2分別與第一和第二島塊5，6對齊排列。.接著， 一給定量的錫膏3置於PCB 2上的印刷罩幕1。如圖5B所 示’利用刮板8將錫膏3從頭到尾刮過印刷罩幕1。 當錫膏3從頭到尾刮過印刷罩幕1時便會填入第一和第 二貫孔11， 12内。由於第二貫孔12較第一貫孔n深，使用 的錫膏3量取決於第二貫孔12的深度將置於PCB 2上的策二 島塊6而填入PCB 2内的貫孔7。 接著，如第5C所示，將印刷罩幕1剝離pcb 2，在PCB 2上每一第一和第二島塊5，6上留下一給定的錫膏層3，完 成錫膏的印刷製程。印刷在第二島塊6上的錫膏層3比印在

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第一島塊5上的錫膏層3來得厚。 當如第6圖所示的一貫孔元件丨5的導線16 &pcB 2 一側 被插入填有錫膏3的貫孔7時，導線16向PCB 2另一侧上的 第二島塊6推出填入貫孔7的錫膏3，因此能置放一足夠量 的錫g3在第二島塊6上。由於第二島塊增加錫膏3的量， 其保濕性較導線6與貫孔7增加了。因此，當置spcB 2上 的貫孔元件15以重流焊接進行連接，貫孔元件15連至 島塊6將有足夠的接合強度。 一 使用印刷罩幕1可讓使用在第二島塊6與貫孔7的錫膏3 增加、，卻不會造成習知以增加第二貫孔12開口面積而造β成 的鄰近第二島塊6間印刷的錫膏層3距離減少的問題。 因此，如第6圖所示，連接至第二島塊6的貫孔元件15 能以錫膏3良好的安置在PCB上，而不會造成在安置有貫孔 兀件15的PCB 2表面上的鄰近第二島塊6間因錫膏3的延 而形成焊料架。也就是，導線16插入處同樣不會有錫客 從第^一島塊6流出而形成焊料球。 上述的印刷罩幕1及印刷製程係為pcB 2另一表面已— 置有各種不同的表面安裝電子元件後，使用錫膏3 ^ 將貫孔元件15安置在PCB 2上。然而，必要時也可P = 安置其它非貫孔元件的電子元件。 ； 雖w不赞巳以較佳實施例揭露如上，然其並 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾.，因此本發明=^ 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 ”

552483 圖式簡單說明 第1圖繪示習知將電子元件安置在具有錫膏的— 的流程； 上 第2 A圖繪示於一習知錫膏印刷製程中將一印刷罩 放在具有貫孔與島塊對齊排列的一PCB的剖面圖； 第2B圖繪示於一習知錫膏印刷製程中將一錯春 刷罩幕之貫孔的剖面圖； 、入印 刷 第2C圖繪示習知於一習知錫膏印刷製程中 在PCB上島塊的剖面圖； 、用印 音圖第3圖繪示根據本發明實施例中一印刷罩幕的部份示 第4圖繪示圖3中沿！v— jv線的剖示圖； 將 第5 A圖繪示使用本發明印刷罩 第5Β圖繪示在錫膏印刷製程 μ支士 之貫孔的剖面圖； 中將一錫膏填入印刷罩幕 第5 C圖繪示在錫膏印刷製超 塊的剖面圖；以及 氣私中將錫膏印刷在PCB上島 第6圖繪示將一貫孔元件安 剖面圖。 置在一PCB之第二島塊上的 符號說明： 1 印刷罩幕 2 印刷電路板

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Claims (1)

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   1 · 一種印刷罩幕，其具有複數個貫孔以印刷一锡春 一印刷電路板上的島塊以及炱少一突出部，且該貫孔中 少有一個形成在該突出部。 至 2·如申請專利範圍第1項所述之印刷罩幕，其中該| 孔中只有一個對應一包含有一貫孔以讓一電子元件的1貝 線通過的島塊之貫孔形成在該突出部。 導 > +3·如申請專利範圍第1項所述之印刷罩幕，其中每一 该貫孔具有一開口面積實質相等於該島塊的面積。 在4·如申請專利範圍第2項所述之印刷罩幕，其中每一 該貫孔具有一開口面積實質相等於該島塊的面積。 + 5·如申請專利範圍第1項所述之印刷罩幕，其中每一 該貫孔具有一開口面積稍大於該島塊的面積。 16 ·如申請專利範圍第2項所述之印刷罩幕，其中每一 該貫孔具有一開口面積稍大於該島塊的面積。 7·如申請專利範圍第1項所述之印刷罩幕，其中該錫 包含一Sn-Zn合金。 8 · 一種錫膏的印刷方法，包含下列步驟： 没置一印刷罩幕，其具有複數個貫孔以印刷一錫膏在 一印刷電路板上的島塊以及至少一突出部，且該貫孔中至 少有一個形成在該突出部；以及 安置並印刷一焊料層在該印刷罩幕上以覆蓋該島塊的 〔一和第二島塊，使得印刷在該第二島塊上的一錫膏層較 P刷在該第一島塊上的一錫膏層來得厚。 9 ·種表面安裝結構的總成，包含：

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