[发明专利]印刷电路组件

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及印刷电路组件结构的领域。更具体地讲，本发明涉及元件和引线焊接技术，这种技术用于在顺序进行的焊接步骤中防止焊料回流(reflow)。

2.相关技术描述

在制造电气和电子产品时，通过将各元件焊接至印刷电路板而形成电路是最普遍的实用方法，印刷电路板设有导电迹线(traces)，用于按需要的方式互连各元件。在某些情况中，元件被单个地手工焊接至其合适的位置处。在其它应用中，多个元件同时被放置在一个印刷电路板上，并且被基本上同时地焊接就位，该焊接是通过波动焊接方法或者通过红外或对流加热炉回流焊接技术实现的。回流焊接方法在包括表面安装元件的印刷电路组件中是特别普遍的。

在一般的回流焊接程序中，印刷电路板迹线的焊点采用模板或丝网印刷工艺涂覆有焊料膏。随后，诸如电阻器、电容器等电路元件被固定至其合适的位置，这种固定通常是采用少量的粘结剂。然后组件被置于一个加热炉内，在此焊料膏被加热至高于其“液相线”温度的温度，在此温度下焊料全部为液态的。当冷却时，焊料固化，从而将元件固定至焊点。

在许多现代的电子应用中，上述的印刷电路组件被密封或封装，从而形成单个的电子模块，此模块具有端子和/或引线，用于外连至其它电路。这种模块随后可被用作另一“下游”印刷电路组件的一个元件。在这种情况下，模块的端子或引线在一个下游的制造装置中被焊接至另一印刷电路板。这种焊接工艺也可以包括手工焊接、波动焊接或回流焊接技术。可以理解的是，在对模块进行的这个后续的焊接程序中，需要使模块内的焊料维持低于其“固相线”温度，在此温度下焊料合金全部是固态的。如果模块内的焊料升温至固相线温度以上，将开始形成迁移和热裂，导致内部焊料连接的稳定性降低。如果接近液相线温度，模块内的焊料可能再次回流，形成内部短路并导致模块损坏。

为解决这个问题所做的努力集中于模块焊料系的使用，这种焊料系的固相线和液相线温度高于为将模块固定至另一印刷电路板所用的焊料系。最普通的焊料采用锡(Sn)和铅(Pb)的合金，它具有约183℃的固相线温度。63％的锡和37％的铅(63Sn/37Pb)的合金是通常的组成，并且配比常常可以是在以下范围内：40％-60％的Pb以及作为余量的Sn。虽然这些锡-铅合金是最普通的，但可以添加其它元素或用其它元素替代全部或部分的Pb或Sn，以制成具有不同机械强度、颗粒尺寸或液相线/固相线温度的焊料。这类元素包括例如镉(Cd)、铋(Bi)、锑(Sb)和银(Ag)。

最下游的印刷电路组件制造商在约220-235℃的回流焊接加热炉温度下采用Sn/Pb合金焊料。为避免模块在这些加热炉条件下回流，在某些市场上可以得到的已有技术的模块中已使用了较高温度的模块焊料系，它采用85Pb/10Sb/5Sn组成。这种焊料具有约239℃的固相线温度和约243℃的液相线温度。即使使用这种焊料合金的模块已经采用下述这样的焊点制造出来，即，焊点首先镀覆镍然后镀覆金(由此消除了通常设置在裸露的铜印刷电路板焊点上的薄的Sn/Pb焊料涂层)，但也已发现，在许多使用标准的Sn/Pb焊料合金的下游制造环境中，这些模块呈现不希望的焊料回流，并且发现了与这种回流相关的模块故障。

另一种已有的系统目前是由本申请的受让人制造的，它在焊点上使用88Pb/10Sn/2Ag焊料，焊点由标准Sn/Pb焊料浸液处理而不是镀覆镍和金。88Pb/10Sn/2Ag焊料合金具有约299℃的液相线温度。这种焊料在下游制造工序中不会有后续的回流问题，但这种焊料所需的320-330℃的初始回流温度使得要使用昂贵的高温印刷电路板30、诸如环氧树脂/聚苯撑氧树脂板，这类印刷电路板例如可以从通用电气公司获得，型号为GETEK(TM)。这种高的初始回流温度还趋于使印刷电路板30上安装的元件受力过大，因为这些元件通常被元件制造商确定为在焊接过程中仅能承受约260℃的温度。

因此，在本领域中需要一种改进的模块焊接系统，它在下游的采用标准Pb/Sn焊接方法安装至另一印刷电路组件的过程中不存在回流问题。模块焊接技术还应当使用由标准的廉价印刷电路板和电路元件可以承受的回流温度。

发明概述