專利名稱：釬焊坩堝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種釬焊坩堝，所述釬焊坩堝用于在一印刷電路板上的穿過(guò)的電子組件的局部釬焊的設(shè)備，并且涉及一種實(shí)施這類釬焊的方法。
背景技術(shù)：
印刷電路板是一種切割的、鉆有孔的或銑削過(guò)的剛性基質(zhì)，在剛性基質(zhì)的一面和/或兩面上進(jìn)行表面安裝(稱為CMS)的所謂電子組件位于所述剛性基質(zhì)上，并且被使用于要釬焊的穿過(guò)組件的接頭(Patte)插入的電鍍金屬處理的孔洞位于所述剛性基質(zhì)上這些組件可以是任意數(shù)目的。印刷電路板由兩部分組成稱為“絕緣的” 一部分和稱為“導(dǎo)體的”另一部分。
稱為“半固化片”的絕緣部分由一浸樹(shù)脂骨架組成。該骨架經(jīng)常是玻璃纖維制成的和呈緯線織物的形式，不過(guò)也可是石英制成的或以“凱夫拉爾”商標(biāo)售賣的合成纖維制成。雙面印刷電路板的基礎(chǔ)材料因此由在銅片的兩外表面上覆蓋的一定數(shù)目的半固化片組成。多層印刷電路板的基礎(chǔ)材料由多個(gè)半固化片組成，銅片在半固化片之間插置，整體被覆蓋在銅片的兩外表面上。導(dǎo)體部分由99. 9%純銅的銅片組成；所述導(dǎo)體部分通過(guò)厚度和物理特性表征。獲得的銅片繼而被切割成所期望的尺寸，并且根據(jù)制造圖(布置圖)被鉆孔和進(jìn)行鍍金屬處理(鍍銅)；布置圖繼而被“描繪出”，涂層被沉積和最后鍍錫或鍍金被實(shí)施。印刷電路板的鍍錫或可釬焊的涂層的噴涂或鍍金提供腐蝕保護(hù)。使用坩堝的局部釬焊允許在穿過(guò)組件和印刷電路板之間實(shí)施機(jī)械和電氣連接，所述穿過(guò)組件被手動(dòng)地或自動(dòng)地插入。這種連接借助于液態(tài)的填料合金進(jìn)行，其具有小于要接合的構(gòu)件的熔融溫度的熔融溫度，和浸濕通過(guò)熔融不參與釬焊點(diǎn)的組成的表面。釬焊的關(guān)鍵點(diǎn)是在填料合金和要釬焊的構(gòu)件和要釬焊的構(gòu)件的表面狀態(tài)之間的
(reaction metallurigique)。使用坩堝的局部釬焊要求一系列特定步驟的實(shí)施，其第一步驟在于將印刷電路板定位在一支座上，以允許印刷電路板移動(dòng)經(jīng)過(guò)釬焊機(jī)器和將要釬焊的組件的接頭插入鍍金屬處理的孔洞中，這是手動(dòng)進(jìn)行的或借助于一自動(dòng)裝置進(jìn)行。下一步驟在于將由支座組成的整體轉(zhuǎn)移到一稀釋位，承載要釬焊的組件的一個(gè)或多個(gè)印刷電路板插在支座上。稀釋在于通過(guò)使要釬焊的表面經(jīng)受酸基和醇基的腐蝕流的作用，以通過(guò)利于和加速一金屬間復(fù)合物薄層在釬焊合金和賤金屬之間的形成來(lái)消除可能已經(jīng)在要釬焊的表面上形成的氧化物和同時(shí)有助于通過(guò)釬焊合金對(duì)這些表面的良好浸濕，而化學(xué)清潔和制備要釬焊的表面。在這種處理時(shí)，要釬焊的組件通過(guò)彈簧壓床被保持貼覆在印刷電路板上和釬焊劑借助于安裝在一特定稀釋模上的刷筆涂覆在印刷電路板上，印刷電路板平移地活動(dòng)以允許浸沒(méi)和伸入焊劑槽中。在稀釋步驟后，印刷電路板和支座經(jīng)歷一預(yù)熱步驟(通常為通過(guò)對(duì)流或通過(guò)紅外輻射電阻加熱器的預(yù)熱)。在預(yù)熱結(jié)束時(shí)，要釬焊的表面被提高到一般地在95°C到125°C之間的一溫度。預(yù)熱用于蒸發(fā)之前沉積的焊劑的醇、用于激活焊劑和用于引導(dǎo)印刷電路板和組件，所述組件于一溫度插入印刷電路板，該溫度足夠高以避免在釬焊步驟過(guò)程中的熱沖擊(chocs thermiques)。在預(yù)熱步驟結(jié)束時(shí)，支座通過(guò)一操縱臂握持，以將支座定位在確切地說(shuō)釬焊位上。該位置需要在沿著軸線X和y的一水平面中非常精確的和重復(fù)的方式實(shí)施。
釬焊位由一槽和一罩蓋(通常是玻璃片)組成，槽借助于印刷電路板的特定板體在上方封閉，罩蓋的作用在于在釬焊周期外保持槽密封。槽用由63%的錫和37%的鉛組成的合金填滿，該合金的熔點(diǎn)為183°C。合金槽被保持在大約從300°C到325°C的溫度，并借助于氮?dú)饬髁刻幱谥行詺夥障拢员苊庋趸?。合金槽此外包含一釬焊模，該釬焊模由一板體組成，板體承載一系列釬焊坩堝，坩堝的形狀根據(jù)印刷電路板上的要釬焊的區(qū)域的幾何形狀變化。釬焊模沿著軸線z平移地活動(dòng)。為了允許實(shí)施坩堝的釬焊點(diǎn)，保護(hù)合金槽的罩蓋打開(kāi)，用于使得坩堝通過(guò)，坩堝逐步回升直到與印刷電路板的底面接觸和在該構(gòu)型中被保持?jǐn)?shù)秒鐘。在釬焊坩堝中容納的合金必須在上部形成一凸向蓋。當(dāng)該凸向蓋與印刷電路板接觸時(shí)，合金因此可通過(guò)毛細(xì)作用沿著要釬焊的組件的接頭滲入鍍金屬處理的孔洞中，并且來(lái)自凸向蓋的多余合金通過(guò)為此切割的小缺口流入坩堝的邊部。合金沿著坩堝的良好流動(dòng)意味著合金正確地浸濕坩堝的表面。當(dāng)經(jīng)過(guò)釬焊時(shí)間后，坩堝在釬焊槽中下降和翻轉(zhuǎn)，罩蓋封閉和支座被取出。在這種操作中，要釬焊的組件通過(guò)彈簧壓床被保持貼覆在印刷電路板上，以避免要釬焊的組件移動(dòng)。通過(guò)毛細(xì)作用的釬焊工藝涉及可能具有不同原因的機(jī)能故障，特別地釬焊合金的溫度，如果釬焊合金比印刷電路板冷和要釬焊的電子組件的接頭不能通過(guò)毛細(xì)作用在鍍金屬處理的孔洞中回升，使得獲得一正確的釬焊則是不可能的。釬焊坩堝的幾何形狀必須被選擇以考慮到這種迫切需要，因此使得釬焊坩堝能夠容納足夠的釬焊合金，以當(dāng)釬焊坩堝移動(dòng)到要釬焊的電子元件的接頭附近時(shí)提供足夠的熱量。不過(guò)這種幾何形狀不能在這樣的情況下被任意地選擇需要在每個(gè)具體情況中考慮到稱為“禁止”的區(qū)域，即圍繞要釬焊的電子組件的每個(gè)接頭的自由區(qū)域，以特別地避免使釬焊合金與已經(jīng)固定在印刷電路板上的相鄰的電子組件之間接觸的各種風(fēng)險(xiǎn)，接觸會(huì)引起這些組件的損壞或短路。然而在坩堝的局部釬焊時(shí)遇到的主要問(wèn)題與釬焊坩堝表面的被釬焊合金可潤(rùn)濕性相關(guān)聯(lián)。為了允許正確的釬焊，實(shí)際上關(guān)鍵的是，在釬焊坩堝中容納的釬焊合金在表面上形成一凸向球形蓋，以便與要釬焊的電子組件的接頭接觸，該合金可通過(guò)毛細(xì)作用滲入圍繞該接頭的鍍金屬處理的孔洞中和沿著接頭回升，并且以便多余的合金可以通過(guò)為此在坩堝上邊部上設(shè)置的缺口排出和沿著其外壁流動(dòng)以落進(jìn)合金槽中。因此關(guān)鍵的是，在釬焊坩堝中容納的釬焊合金的液柱彎月面不是凹形的，并且多余的合金沒(méi)有溢出和在要釬焊的印刷電路板的表面和可能因此被損壞的相鄰的電子組件的表面上鋪開(kāi)的風(fēng)險(xiǎn)。不過(guò)，這種要求受到坩堝被釬焊合金可潤(rùn)濕性的影響。 所使用的坩堝由E24類型的軟鋼組成，E24類型的軟鋼在化學(xué)上通過(guò)厚度大約20 μ m的均勻錫層鍍錫，這用于優(yōu)化合金在鋼上的浸濕。鋼制坩堝的化學(xué)鍍錫允許在鐵和錫之間形成厚度為Iym的薄的均勻的金屬間FexSny層在新的狀態(tài)下，釬焊坩堝因此具有令人滿意的可潤(rùn)濕性。不過(guò)，自坩堝浸沒(méi)在溫度為300°C _325°C的釬焊槽中起，覆蓋新坩堝的純錫層熔融并完全消失釬焊合金從而與厚度為20 μ m的一 FexSny層直接地接觸并且鋼/錫界面變得不規(guī)則。當(dāng)坩堝是新的時(shí)，該層是可潤(rùn)濕的，不過(guò)在使用坩堝時(shí)，該層變厚并且由于釬焊料的錫在鋼中的擴(kuò)散和氧化層在坩堝表面上的出現(xiàn)該層變得不規(guī)則，這使得這些表面鈍化并因此使之失去可潤(rùn)濕的特性。為了避免坩堝的老化，執(zhí)行經(jīng)常性的清潔是不可缺少的。該清潔的目的在于消除坩堝表面的雜質(zhì)和放慢金屬間FexSny層的粗化。
借助于刷子手動(dòng)地進(jìn)行的這種預(yù)防性清潔操作是特別不方便的，這是由于坩堝的尺寸小和死角的存在，死角是難以進(jìn)入的并且此外在需要在熱區(qū)域中實(shí)施的情況下是危險(xiǎn)的，這要求人員采取特別的預(yù)防措施和戴上保護(hù)部件，如安全帽、眼罩等。在使用坩堝局部釬焊印刷電路板的方法中使用的釬焊坩堝通常是柱形的。對(duì)于一天24小時(shí)運(yùn)行的設(shè)備，這類?ài)釄灞仨氝M(jìn)行預(yù)防性清潔，該預(yù)防性清潔每天六次，使設(shè)備停止大約15分鐘。此外，坩堝需要每一個(gè)半月進(jìn)行替換。然而這些繁重的預(yù)防性措施并不能滿足越來(lái)越嚴(yán)格的所追尋的質(zhì)量要求，并且總是會(huì)觀察到非常高的釬焊缺陷率，特別是關(guān)鍵的釬焊缺陷，如未釬焊點(diǎn)，釬焊合金在鍍金屬處理的孔洞中的回升問(wèn)題，釬焊合金在印刷電路板的上表面上和相鄰的電子組件上溢出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于消除這些缺陷。不過(guò)，本發(fā)明考慮到的是釬焊坩堝的形狀極大地影響釬焊的質(zhì)量和特別地影響其預(yù)防性清潔的效率和出于找到最優(yōu)的形狀的目的接下來(lái)實(shí)施許多試驗(yàn)。在本文中，本發(fā)明提出一種釬焊坩堝，該釬焊坩堝用于在使用坩堝局部釬焊印刷電路板的方法中使用，其特征在于，所述釬焊坩堝包括至少一平坦的豎直壁。根據(jù)本發(fā)明的另一特征，所述釬焊坩堝呈直棱柱的形狀。
根據(jù)本發(fā)明的又一特征，所述直棱柱的底部是六邊形的。根據(jù)本發(fā)明的再一特征，所述釬焊坩堝的特征在于，所述直棱柱的底部是規(guī)則的六邊形或換言之坩堝呈蜂窩形狀。實(shí)際上，出人意料地可以觀察到，呈蜂窩形狀的釬焊坩堝允許-降低65%的局部釬焊缺陷率，-提高客戶的滿意度，-改善釬焊坩堝的預(yù)防性清潔的效率和因此改善坩堝被釬焊合金可潤(rùn)濕性的穩(wěn)定度，-將釬焊坩堝的預(yù)防性清潔頻率分為兩部分，這對(duì)于一天24小時(shí)運(yùn)行的設(shè)備帶來(lái)每天45分鐘的可用時(shí)間的增加， -只要每三個(gè)月更換坩堝。相應(yīng)地，承擔(dān)實(shí)施所述方法的人員的安全性從而得到顯著提高。


作為本發(fā)明的目的的釬焊坩堝的特征將參照非限定性的附圖更為精確地進(jìn)行描述，附圖中-圖I示出一印刷電路板；-圖2是示出釬焊步驟的示意圖；-圖3a、圖3b和圖3c是分別示出一正確釬焊示例和兩缺陷釬焊示例的簡(jiǎn)圖；-圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一釬焊坩堝。
具體實(shí)施例方式根據(jù)圖1，印刷電路板I包括已固定在印刷電路板的下表面上的一電子組件2和鉆有鍍金屬處理的孔洞3，在其上表面上定位的兩要釬焊的組件5p52的接頭4插入所述孔洞中。根據(jù)圖2，印刷電路板I由單個(gè)接頭4示意和在釬焊位置示出。該印刷電路板I置位在一支座6上和預(yù)先經(jīng)歷稀釋和預(yù)熱步驟。也示意性示出的釬焊區(qū)域由一槽7和一罩蓋組成，槽借助于一特定板體8在上方封閉，罩蓋的作用在于在釬焊周期外保持槽密封。槽7用由63 %的錫和37 %的鉛組成的釬焊合金9填滿，其在中性氣氛下被保持在大約從300°C到325°C的溫度。槽7此外包含一釬焊模10，該釬焊模由一支撐板體11組成，板體承載一系列釬焊坩堝12，釬焊坩堝之一被示出。釬焊坩堝12在支撐板體11上根據(jù)對(duì)應(yīng)在印刷電路板I上的要釬焊區(qū)域的幾何形狀的幾何形狀分布，以使得釬焊坩堝12與需要被釬焊的組件5p52的每個(gè)接頭4成一直線(圖 I)。根據(jù)圖4，釬焊坩堝12呈具有六邊形底部的直棱柱形狀，即呈蜂窩形狀，并且在其上邊部處配有兩缺口 13，缺口具有為大約O. 3mm的高度和具有允許排出多余的釬焊合金的作用。
根據(jù)圖2，釬焊模10沿著軸線z平移地活動(dòng)，如通過(guò)雙箭頭A示意性示出。釬焊坩堝因此可以在未示出的一下部位置和在圖2上示出的一上部位置之間豎直地移動(dòng)，在該下部位置中釬焊坩堝伸進(jìn)釬焊合金槽9中以能夠填滿該合金，在該上部位置中容納合金的上凸向蓋14與印刷電路板的下部和相關(guān)聯(lián)的接頭4相接觸。根據(jù)圖2和圖3a，容納在坩堝12中的其下方具有一凸向蓋的釬焊合金9，則通過(guò)毛細(xì)作用沿著需要被釬焊的電子組件5p52的接頭4滲入鍍金屬處理的孔洞3中，和沿著這些接頭回升。根據(jù)圖3a，來(lái)自凸向蓋的多余釬焊合金通過(guò)位于坩堝12的上邊部上的缺口 13排出，和在落進(jìn)合金槽9中前沿著這些坩堝的外壁流動(dòng)。獲得這類正確釬焊要求坩堝12的表面被釬焊合金的良好的可潤(rùn)濕性和該合金的上部分存在凸向球形蓋14。
實(shí)際上和如在圖3b上所示，在釬焊坩堝12的不良浸濕的情況下，多余的合金不能通過(guò)缺口 13排出，而是溢出并在印刷電路板I的上表面上鋪開(kāi)，因此具有損壞相鄰的電子組件和因此產(chǎn)生釬焊缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。此外并如在圖3c上所示，在存在凹向球形蓋14的情況下，釬焊合金不能完全地通過(guò)毛細(xì)作用沿著需要被釬焊的電子組件5p52的接頭4滲入鍍金屬處理的孔洞3中并且在組件的接頭和印刷電路板之間的連接是有缺陷的。摶術(shù)術(shù)語(yǔ)I印刷電路板2電子組件3鍍金屬處理的孔洞4 接頭51；52要釬焊的組件6 支座7合金銅8罩蓋+特定板體9釬焊合金10釬焊模11支撐板體12釬焊坩堝13 缺口14凸向球形蓋H1凹向球形蓋
權(quán)利要求
1.釬焊坩堝，其用于在印刷電路板上穿過(guò)的電子組件的局部釬焊的設(shè)備，其特征在于，所述釬焊坩堝包括至少一平坦的豎直壁，以形成具有六邊形底部的直棱柱。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的釬焊坩堝，其特征在于，所述直棱柱的底部是規(guī)則的六邊形，或 換言之，所述釬焊坩堝呈蜂窩形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的釬焊坩堝，其特征在于，所述釬焊坩堝包括在所述豎直壁的上邊部上的一缺口(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2和3所述的釬焊坩堝，其特征在于，所述釬焊坩堝包括位于所述釬焊坩堝的相面對(duì)的兩壁體上的兩缺口(13)。
5.釬焊方法，其特征在于，所述釬焊方法包括在于用金屬合金至少部分地填充根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的釬焊坩堝的一步驟；和在于將電氣組件或電子組件的至少一接頭(4)伸進(jìn)所述釬焊坩堝中的一步驟。
全文摘要
釬焊坩堝，其用于在印刷電路板上穿過(guò)的電子組件的局部釬焊設(shè)備，其特征在于，所述釬焊坩堝呈直棱柱的形狀，優(yōu)選地具有六邊形底部。
文檔編號(hào)B23K3/06GK102804939SQ201080025166
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者B·艾爾哈格 申請(qǐng)人:羅伯特博世有限公司