[发明专利]低未焊透率焊接方法

说明书

本发明涉及一种用焊料焊接或涂布基板，特别是焊接或涂布至印刷线路板上的基板上的方法。

印刷线路板在电子工业中广为使用。在高速、自动化的大规模生产中，基板和元件导线要用焊料来涂布和/或焊接。对每一个焊接点进行详细检查是不可行的，所以希望达到最高的质量和可靠性，避免出现缺陷。

为了跟上线路密度不断提高的趋势，线路板上的基板和焊接点的接近程度提高了。这就使在基板和焊接点间出现不应有的接合点和未焊透点的倾向不断增加。因此，电子工业亟待寻求一些方法来减少在现行的大规模生产焊接法即波焊中发生的包括上述特殊缺陷在内的种种缺陷。

仅次于最流行方法的焊接方法即回流焊接，除未焊透外，还存在特有的一些其他缺陷，即焊料对基板不湿润、线路板褪色及线路板上出现白晕。焊料对基板不湿润造成基板上焊料涂布不连续，焊料和基板间的粘附力下降，最终导致焊接点强度低，可靠性差。回流焊接后线路板褪色现象使人们担心线路板已受到某种方式的损坏。因为损坏的方式常不明显，故褪色现象在很大程度上被容许了。在焊接过程中线路板上出现的白晕是一种特别值得注意的褪色形式。用于保护焊接线路板的许多涂料都不能牢固粘附到线路板上的白晕区域上。

1991年12月10日授予Nowotarski的题为“用具有可控氧化能力的气氛进行焊接/涂布的方法”的美国专利5，041，058，公开了一种旨在使未焊透缺陷及毛刺现象减少的改良波焊法，以及一种旨在使焊料对基板的不湿润、线路板上白晕及线路板上褪色现象减少的改良回流焊接法。在所公开的方法中，焊接在一可控氧化气氛中进行，该气氛中的氧浓度约为0.001～10%（体积）。采用常规焊剂和焊料，未公开任何添加剂。

上述专利公开的方法使未焊透等缺陷减少，而本发明能使这些缺陷进一步减少。

本发明提供用常见于印刷线路板上的焊料涂布基板或焊接至少两块基板的改进方法。本发明可在波焊和回流焊操作中实施。该方法包括：在氧体积含量为约0.1%～10%的稀释气氛中，使基板与一定量的熔融焊料接触，该熔融焊料中含有约0.0001～1%的至少一种选自下列物质的物质：磷、钙、银、铋、铜、金、汞、钡、锂、钠、碲、钾、铷、铯以及铝与锑的混合物或铝与锑和锌和/或镉的混合物。

在波焊中，本发明可使未焊透现象减少;在回流焊接中，本发明可使未焊透、基板不湿润、线路褪色或线路板上白晕等现象减少。

本发明以一种特别有利的应用即印刷线路板的波焊为例加以具体说明。准备用焊料涂布或焊接的带基板（包括元件导线）线路板上最好略涂一些焊剂，优选低固含量的焊剂，如固含量低于4%的松香焊剂，或者无须清理的焊剂。无须清理的焊剂在与焊料接触后只留下少量非腐蚀性和非导电性残余物。

在一装有熔融焊料的焊料锅中形成焊波。在焊波周围，优选在锅中熔融焊料的整个暴露表面周围，提供保护性气氛。但是，保护性气氛可能会扩展到波焊操作的其他部分，如线路板涂焊剂和线路板预热操作。

保护性气氛包含一种稀释气体，并可含有最多约10%（体积）的氧，优选约0.1～10%的氧，最优选的是约0.1%～3%的氧。稀释气体是非氧化性或温和氧化性的气体，如氮、氩、二氧化碳、氦、氢、水蒸汽或这些气体的混合物，并可含有气态的己二酸和甲酸。保护性气氛中优选较低的氧浓度，这样即使有环境空气流进入而导致保护性气氛中氧浓度提高，也还不足以发生未焊透现象。

焊料包括已知的任何组合物，如重量比为63∶37的锡和铅，并含有最多约3%的其他物质，最优选的是这些物质中包括磷。磷可降低未焊透现象的发生率，即，可减少焊料在线路板上形成的不良连接点。磷还可降低熔融焊料中毛刺的形成率，从而减少了由设备中除去毛刺和更换毛刺中所消耗的焊料时所需的维修操作和成本。

磷可降低在所述保护性气氛下存在的熔融焊料的表面张力，从而降低了未焊透现象的发生率。对此假设也许有不同看法。其他可降低熔融焊料的表面张力而可在本发明中用来减少未焊透现象的发生率的物质有：钙、银、铋、铜、金、汞、钡、锂、钠、碲、钾、铷、铯、以及铝和锑的混合物、或者铝和锑及锌和/或镉的混合物。另外也可用上述物质的混合物，包括含磷的混合物。在上述物质中，优选钙、银、铋、铜、金以及铝和锑的混合物或者铝和锑及锌和/或镉的混合物。最优选的物质为磷，因为它既可减少未焊透现象，又可减少毛刺的形成。

表面张力降低剂含量的可使用范围约为0.0001%～1%（重量比），优选范围为约0.001%～0.1%，最优选的范围为约0.002%～0.01%。