[发明专利]适于元件组装和返修用的含铜低熔点焊料

说明书

本发明涉及适用于印制电路板低温焊接和返修的焊料配方。

更确切地说，本发明涉及一种由锡组成的低温焊料的配方，在这种焊料中含有铜，其量级低于锡铜二元共晶组成中的含铜量。使用焊料喷管及其它常规的焊接技术便可将这种新型焊料涂敷在待焊接的材料上。由于其熔点低于其它含铜焊料，因此这种新型焊料可用于对那些不适合用迄今为止已有的含铜焊料焊接的材料进行无损焊接。

进一步说，本发明涉及一种含铜的低温焊料的配方，这种焊料适用于印制电路板上的元件装配和返修。

本领域所报道的焊料配方的范围很宽。通过精心选择配料的成分和比例，已经发明了多种用于特殊应用的焊料。例如，用于湿润并焊接碳和半导体的焊料（1985年4月23日发表的Hosoda等的专利US4，512，950和1983年8月2日发表的Intrater的专利US4，396，677），用于防止氧化物生成的焊料（1987年3月31日发表的Bose的专利US4，654，275），用于增加抗拉强度的焊料（1986年5月13日发表的Kujas的专利US4，588，657），用于软焊接铝焊料（1978年1月24日发表的Arbib等的专利US4，070，192），用于半导体与金属的焊接的焊料（1982年11月2日发表的Guan的专利US4，357，162），用振动法焊接氧化物表面的焊料（1978年8月15日发表的Nomaki等的专利US4，106，930），用于无铅饮用水接缝的封焊的焊料（1987年9月22日发表的Ballentine等的专利US4，695，428），以及用于改善珠宝首饰的抗锈蚀性的焊料（1972年3月21日发表的Monaco的专利US3，650，735）。

然而，本发明要解决的问题是完全不同的，即，怎样对印制电路中的连接通孔进行焊接和返修才能防止连接通孔孔壁上所镀的铜溶入焊料中。返修将使焊料在焊接点重新流动。本发明的目的在于提供一种新型焊料配方，它可以减缓通孔或盲孔内和周围的镀铜层的溶解，并且可在低于现有含铜焊料的熔点下进行操作，从而允许对印制电路板的通孔内和周围的不合焊接点进行装配和多次返修，同时还可以避免与高温返修相关的其它一些问题，例如，多层印制板的层间剥离局部机械变形，焊接接点的退化以及超过被安装器件的极限温度。

在1954年3月9日发表的Laubmeyer等的美国专利2，671，844中曾经指出在锡铅焊料中加入一定量的铜可以减缓铜制电烙铁头的损耗，这种损耗是由于铜渐渐溶进焊料引起的。在焊料中加入3%的铜可使铜烙铁头的溶解速率减小25%，而5%的铜可使溶解速率减至焊料中不加铜时的10%。该文并未论及焊料中加铜对焊接温度的影响，而且随着惰性烙铁头和非接触式焊接方法的出现，这一技述变得过时了。上述专利认为必须形成合金（焊料）形式的锡铜共晶体，该共晶体由99%锡和1%铜组成（见第2栏30～37行）。它还认为，不管焊料中铜的含量是多少，它应至少能形成锡铜二元共晶点。因此，在50比50的铅锡焊料中应加入的铜量为焊料总重量的0.5%。

在1986年11月11日发表的Fouts等的专利US4，622，205中谈到在Pb-Sn焊料中加入一定量的铜可以当工作温度范围为50℃～90℃时，减小电流流动期间焊点和铜导线之间的电迁移（electromisration），从而可延长铜导线的寿命。就电迁移而言，问题的根源在于焊源中Cu₃Sn和痕量Cu₆Sn₅的金属互化微粒的非均匀分布。解决该问题的办法是在焊料中加入一种与锡形成金属互化合金的元素（例如铜），其数量至少约为焊料的0.5%至10%，最好是3.5%重量比的铜，以便延缓晶界扩散，从而减少电迁移和热迁移的趋势。

至少从1964年Mc    Graw-Hill    Book公司的H.Manko的《焊料与焊接》第65～66页发表以来，市场上就可以买到含铜焊料了。但是这篇文章并未给出可供批量生产含铜焊料的具体配方，而只是说含铜量是“高”的。

由纽约Multtoore    of    Westbury公司提供的一种称为Savbit    1合金的商品化产品已用于延长静态手工焊接用铜烙铁焊头的寿命。这种产品含有大约1.5%至2.0%重量百分比的铜。可是该产品的说明资料推荐的最小焊头温度为272～294℃，超过了在印制电路板上进行无损装配和返修所需的温度范围。