專利名稱：焊料膏印刷方法和印刷焊料膏于布線圖案板上的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及焊料膏印刷方法和印刷焊料膏于有布線圖案的電路板上的設(shè)備。
首先，在相應(yīng)于PCB焊接區(qū)部分的位置上使用一個有孔口的金屬掩模來將焊料膏印刷在焊接區(qū)部分上(步驟101)。隨后將電子元器件如芯片、QFP(四列扁平組件)、SOP(小型組件)等安裝在PCB上，使這些這些電子元器件的電接頭和引線安置在印刷焊料膏上(步驟102)。此后，促使其上安置有電子元器件的PCB通過一個高溫回流熔爐，以熔化焊料膏，以此將電子元器件的電極焊接在PCB的焊接區(qū)部位上(步驟103)。
上述步驟可實現(xiàn)將各電子元器件安裝在PCB的兩表面中的一個表面上。因此，隨后將PCB顛倒過來，使其沒有安裝電子元器件的另一表面保持向上(步驟104)。
隨后，類似于上述步驟101和102，進行焊料膏的印刷(步驟105)和各電子元器件的安裝(步驟106)。此后，將具有電引線的各元器件插入各通孔中(步驟107)。然后，類似于步驟103，促使PCB通過熔爐以完成各元器件的焊接(步驟108)。
最后，需要對某些不能耐受回流熔爐中高溫的電子元器件進行這樣的操作手工焊接這些元器件，以此將這些電子元器件安裝在PCB上(步驟109)。
在按照已知技術(shù)的上述電子元器件的安裝方法中，通常是使用其中含有錫和鉛焊料(Sn-Pb)體系的焊料膏。然而，由于Sn-Pb體系焊料中含有有毒的重金屬鉛(Pb)，除非這些電子器具在使用之后適當(dāng)?shù)貜U棄，否則會存在對地球大氣有副作用的問題。考慮到這種情況，近年來，為了解決上述問題，以此預(yù)防環(huán)境污染，長期以來就希望使用其中不含鉛組份的無鉛焊料。
作為無鉛焊料，錫和銀(Sn-Ag)體系焊料是典型已知的。由于銀(Ag)的性能是穩(wěn)定的，當(dāng)Sn-Ag體系焊料代替Sn-Pb體系焊料用于安裝電子元器件時，用普通安裝方法可保證有相同程度的可靠性。然而，Sn-Pb體系焊料的熔點為約183℃，而Sn-Ag體系焊料的熔點為約220℃，這是相當(dāng)高的。因此，使用Sn-Pb體系焊料的普通安裝設(shè)備和方法，不能直接用于Sn-Ag體系焊料。
如果具有熔點高至220℃的Sn-Ag體系焊料在回流熔爐中熔化以實施焊接電子元器件，則元器件的溫度會偶而高于240℃。由于一般電子元器件的耐熱溫度大約是在230℃，因此，當(dāng)Sn-Ag體系焊料用于安裝電子元器件時，必然會遇到這樣的問題，即各種電子元器件的耐熱溫度需要提高。
有一種不同于上述高熔點Sn-Ag焊料的另一種無鉛焊料，亦即錫—鋅(Sn-Zn)體系焊料。由于Sn-Zn體系焊料的熔點約為197℃，所以當(dāng)Sn-Zn體系焊料用于安裝電子元器件時，傳統(tǒng)設(shè)備和電子元器件可直接使用而無需作任何改變。
然而，當(dāng)Sn-Zn體系焊料與傳統(tǒng)所使用的Sn-Pb體系相比較時，還有某些問題，即鋅(Zn)容易被氧化并且Sn-Zn體系焊料的濕潤性很差。因此，當(dāng)電子元器件的安裝是直接使用傳統(tǒng)設(shè)備和傳統(tǒng)安裝方法時，則不能保證安裝的可靠性等同于傳統(tǒng)設(shè)備和方法的可靠性。
現(xiàn)在參照圖2A至2C來說明上述焊料膏的印刷過程。
首先，如圖2A所示，將印刷掩模250定位于印刷電路板204上，并進行這樣的安置，即將印刷掩模250的各孔口250a分別與焊接區(qū)203相對應(yīng)。然后，將預(yù)定量的焊料膏251放置于安置在電路板204上的印刷掩模250上，并且如圖2B所示，涂刷器252被用來促使焊料膏251在印刷掩模250的表面上從一端向另一端滾動。
當(dāng)焊料膏251在印刷掩模250的表面上滾動時，涂刷器252便將焊料膏壓入各孔口250a中，以此填充到各孔口250a中。然后，如圖2C所示，當(dāng)將印刷掩模250從電路板204上取去時，預(yù)定量的焊料膏251便被印刷在電路板204的每個焊接區(qū)203上，并因而結(jié)束了焊料膏的印刷過程。
當(dāng)使用其中含有傳統(tǒng)的Sn-Pb體系焊料的焊料膏時，用于焊料膏的上述印刷過程是在這樣的大氣下進行的，即溫度和濕度分別為27℃和60％。因而，大氣中存在相當(dāng)濃厚的水份，相應(yīng)地，如果在某種情況下焊料膏容易受潮而使焊劑(flux)成分變質(zhì)，而鉛(Pb)本身是一種穩(wěn)定的金屬，因此Pb不會增加其粘度，因為水分與焊劑成分反應(yīng)時間較短。因此焊料膏的印刷可得到保證而不會引起任何問題。
另一方面，在焊料膏中含有Sn-Zn體系焊料的情況下，由于受潮而變質(zhì)的焊劑組分與活性金屬鋅(Zn)進行短時間反應(yīng)，因而焊料膏的粘度增加并且焊料膏退化變質(zhì)。從焊料膏印刷過程開始，焊料膏的退化變質(zhì)會在大約3小時內(nèi)發(fā)生。
當(dāng)焊料膏增加其粘度而變粘稠時，它在印刷掩模上的滾動性能下降，并且焊料膏易于粘附在涂刷器上。這樣，在用涂刷器將焊料膏壓入印刷掩模的孔口中時，焊料膏不能充分地填入孔口中，結(jié)果便有可能引起印刷失敗。因而，在焊料膏的印刷過程開始后經(jīng)過大約3小時，焊料膏便需用新的來更換。
而且，在焊料膏印刷過程中，當(dāng)焊料，特別是鋅(Zn)通過與大氣中所含的氧反應(yīng)被氧化時，焊料的濕潤性便降低惡化。結(jié)果，在電子元器件安裝過程中便產(chǎn)生許多焊球。
根據(jù)本發(fā)明的一實施例，本發(fā)明的焊料膏印刷方法，是將其中含有Sn-Zn體系焊料的焊料膏作為焊接材料安置在掩模上，利用一個涂刷器使焊料膏在掩模上從一端向相對的另一端滾動，以此將焊料膏填充在掩模的孔口中，在焊料膏周圍大氣中的水分保持在等于或低于平行中的預(yù)定值。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，本發(fā)明的焊料膏印刷設(shè)備裝設(shè)有濕度調(diào)節(jié)器用來保持在焊料膏周圍大氣中的水分，含有Sn-Zn體系焊料的焊料膏作為焊接材料被放置在掩模上，掩模被放置在印刷電路板的適當(dāng)位點上，焊料膏的濕度水平等于或低于預(yù)定值。
按照本發(fā)明，由于焊料膏周圍大氣中所含水份被調(diào)節(jié)以保持濕度水平等于或低于預(yù)定水分值，在焊料膏印刷過程中通過與周圍大氣中水分反應(yīng)而引起的焊料膏中的焊劑粘度的增加能很好地受到抑制，并且因此在印刷過程中焊料膏的滾動能力能夠保持適當(dāng)水平。而且，可防止焊料膏粘附在涂刷器上，因而可防止出現(xiàn)任何有缺陷的印刷。
水分可以等于或低于10g/m3。
而且，通過氮氣(N2)可以調(diào)節(jié)在焊料膏周圍的大氣。因此，在大氣中所含的氧氣(O2)量，與空氣大氣情況相比，能夠明顯地降低，并因而可防止氧化造成的焊接材料濕潤性的變質(zhì)惡化。
參照說明本發(fā)明各實施例的附圖
，可從下文描述中對本發(fā)明的上述和其它目的、特征、及優(yōu)點得到清楚地了解。
而且，該實施例的焊料膏印刷設(shè)備1提供有水分調(diào)節(jié)設(shè)備2，用于將印刷空腔1a中的大氣濕度保持在一恒定值。該濕度調(diào)節(jié)設(shè)備2是由例如除濕器和濕度傳感器所組成，并且使印刷空腔1a內(nèi)大氣中所含水分(g/m3)保持恒定不變，即保持濕度值為等于或低于預(yù)定值。
使用上述構(gòu)造的焊料膏印刷設(shè)備1的印刷方法可按照如下說明來實施。
首先，將從前步驟轉(zhuǎn)移過來的印刷電路板5容放在印刷空腔1a中。隨后，參照圖3的說明，將掩模10放置在電路板5的適當(dāng)位置上(第一步驟)，并將其中含有Sn-Zn體系焊料的焊料膏11安置在掩模10上。然后，借助于涂刷器12將焊料膏11在掩模10上從一端向相反的另一端滾動，以使焊料膏11填入孔口10a中(第二步驟)。此后，將掩模10從電路板5上取掉(第三步驟)，從而焊料膏11便被印刷到電路板5的焊接區(qū)上。
第一至第三的這些步驟形成了焊料膏的印刷過程。在此過程階段，至少在這些步驟的第二步驟過程中，濕度調(diào)節(jié)設(shè)備2便將印刷空腔1a內(nèi)部的濕度保持在預(yù)定值內(nèi)。
如此，完成了印刷過程的電路板5被轉(zhuǎn)移到隨后的一些步驟，亦即安裝電子元器件的安裝步驟和回流熔爐熔化步驟。
在本實施例中，在上述印刷過程中印刷空腔1a內(nèi)的大氣水分通過濕度調(diào)節(jié)設(shè)備2保持在等于或低于10g/m3的水平。如果通過溫度與濕度之間關(guān)系標明水分等于或低于10g/m3，這便相當(dāng)于這樣的條件，例如，在溫度為19℃下濕度等于或低于60％，在23℃下濕度等于或低于50％，在溫度為27℃下等于或低于40％，在溫度為32℃下濕度等于或低于30％。
如上所述，當(dāng)在印刷過程中在印刷空腔內(nèi)部的大氣水分，通過水分調(diào)節(jié)設(shè)備2調(diào)節(jié)至等于或低于10g/m3時，則焊料膏11的焊劑與周圍大氣中的水分反應(yīng)在焊料膏印刷過程中會變得不活潑，以此可抑制焊劑粘度的增加，結(jié)果，在印刷過程中焊料膏11的滾動能力便可適當(dāng)保持。而且，可防止焊料膏11粘附于涂刷器12上，這樣便可防止產(chǎn)生有缺陷的印刷。
而且，在傳統(tǒng)印刷過程中，雖然焊料膏質(zhì)量的惡化是發(fā)生于印刷過程開始后大約3小時內(nèi)，而按照本實施例，焊料膏質(zhì)量的惡化出現(xiàn)時間可推遲至大約24小時，因而焊料膏的壽命被延長了。
而且，在本實施例的印刷設(shè)備1中，印刷空腔1a的內(nèi)部可以氮氣(N2)氣氛占優(yōu)勢，在此氣氛中所含有的水分值可保持在等于或低于10g/m3。這樣，可以防止引起印刷缺陷的在焊料膏11中所含焊劑粘度的增加；以及另外與在印刷空腔1a內(nèi)部空氣氣氛占優(yōu)勢的情況相比較，在印刷空腔1a內(nèi)部的氧氣(O2)量能夠確保降低，因而，能夠防止焊接材料特別是鋅(Zn)的濕潤性惡化變質(zhì)，焊接材料濕潤性的惡化會由焊接材料的氧化而引起。
現(xiàn)在已用專業(yè)術(shù)語描述了本發(fā)明的各優(yōu)選實施例，然而這種描述只是為了說明目的，可以理解的是，還可進行內(nèi)容的改變和變換，但所有改變和變換都不脫離后附權(quán)利要求的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種焊料膏印刷方法，它包括第一步驟，用來將掩模安置在印刷電路板上的預(yù)定位置上，使其處于該位置狀態(tài)，所述掩模具有相應(yīng)于印刷電路板焊接區(qū)部分的孔口；第二步驟，用來將其中含有作為焊接材料的一種錫—鋅(Sn-Zn)體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從所述掩模的一端向相反的另一端滾動，同時保持在所述焊料膏周圍大氣中所含水分值等于或低于預(yù)定值，其中所述涂刷器促使所述焊料膏滾動，以此將所述焊料膏填入所述的孔口中；以及第三步驟，用來將所述掩模從所述印刷電路板上剝離去。
2.如權(quán)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.如權(quán)利要求2所述的焊料膏印刷方法，其中所述大氣主要含有氮氣。
4.一種焊料膏印刷設(shè)備，它包括一種掩模，該掩模具有相應(yīng)于印刷電路板的焊接區(qū)部分的孔口；一種涂刷器，該涂刷器用來促使其中含有作為焊接材料的錫—鋅(Sn-Zn)體系焊料的焊料膏從所述掩模的一端向其相對的另一端滾動，該涂刷器是安置在掩模上，而掩模是放置在所述印刷電路板上的一預(yù)定位置上；以及一種水分調(diào)節(jié)器，用來將所述焊料膏周圍大氣中所含有的水分值保持為等于或低于預(yù)定值。
5.如權(quán)利要求4所述的焊料膏印刷設(shè)備，其中所述水分值等于或低于10g/m3。
6.如權(quán)利要求5所述的焊料膏印刷設(shè)備，其中所述大氣主要含有氮氣。
全文摘要
本發(fā)明的焊料膏印刷方法是將其中含有Sn－Zn體系焊料作為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從一端向另一端滾動，以此將焊料膏填入在掩模中所形成的孔口中。此時保持焊料膏周圍大氣中的水分，使其等于或低于預(yù)定值，在焊料膏印刷過程中通過與周圍大氣中水分反應(yīng)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過程中的滾動能力并可防止焊料膏粘附于涂刷器上。
文檔編號B23K3/06GK1394112SQ0212168
公開日2003年1月29日 申請日期2002年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月1日
發(fā)明者酒井浩, 鈴木元治, 五十嵐誠, 田中昭廣 申請人:日本電氣株式會社