[发明专利]钎焊

说明书

本发明涉及一种钎焊方法及装置，特别是有关制造电路板的钎焊方法及装置。

制造电路板是众所周知的工业作业。一般是向一块板上印刷电路，在选好的位置处钻孔以便让预定的电路元件插入其中并被焊到电路板上的导电体上。焊接操作一般是自动或半自动地完成的。电路板被依次放在输送机上该输送机载着电路板前进，穿过罩住钎焊站的长焊室。当电路板被送过焊室时进行钎焊。

有两种主要的工业钎焊方法：回流钎焊和波峰钎焊。在回流钎焊中，小型电子元件平装在印刷电路板上，乳状或膏状的粘稠钎料已事先通过诸如网板印刷、模板印刷或分配的方式涂在电路板上。而后对印刷电路板施加足够高的温度，通常比钎料合金的熔点或液化点高出50℃，以使合金液化并与元件接触。这样一旦上述印刷电路板随后得到冷却元件便被钎料牢固地固定在电路板上。热量可以通过诸如红外辐射、蒸汽、加热输送带或者对流传热装置供给。钎料传统上包括一种粉状软金属合金，弥散于液体介质中。该介质中包括一种焊剂、一种有机溶剂和一种浓化剂，将它们有选择地按所需要的稠度进行混合。

波峰钎焊不同于回流钎焊，其钎料不是在电路板被送过钎焊室之前供至板上的，而是在该钎焊室内设置一个盛有熔融钎料的容器，并且设置成与一台泵相连，以便产生一个或多个钎料波。电路板被依次送过焊室并通过与一个或多个钎料波之间保持一定位置关系，使得适当量的钎料按需要涂于元件上，并且通过冷却形成合适的焊接连接。板上一般要预先在所需位置涂上一层熔剂，以便使钎料能够附着在这些位置处的表面上。

近年来，人们把很多研究及发展的焦点集中在优化形成钎焊连接的气氛上。例如，在传统的波峰钎焊中，当熔融的钎料暴露在氧分子中时，钎料便会被氧化。氧化了的钎料会形成一个表面氧化层，该表面层在电路板通过钎焊室之前一般用涂在电路板上的焊剂除去。除去氧化层就能使准备钎焊的元件浸湿。由于钎料波具有一个不断破裂的熔融钎料表面层，因此氧化物和钎料的残渣，通称焊渣便被收容在盛钎料的容器中。焊渣的产生会因钎料的损失以及需要加强维护而大大增加波峰钎焊工艺成本。例如它需要一次又一次地将焊渣从容器中除去，并需要修复由于焊渣的磨损而损坏的波峰钎焊装置的机械部分。另外，如果钎料中带有有毒元素，如铅，焊渣本身还会损害健康。

人们因此提出用一种气氛将钎料波的整个表面覆盖起来，该气氛与钎料间的反应不如空气活泼。然而，在该领域中有很多说法要求在钎焊气氛中有氧气存在。特别是美国专利US4610391涉及了一种在主要含有空气的气氛中对工件进行波峰钎焊的工艺改进，其中：(I)它具有一第一钎料波部分，其流体运动可被观察到该部分包括一个活性焊渣形成区域；(II)它具有一第二钎料波部分，它是钎料波最后与工件进行接融的部分。其改进包括将至少50％的活性焊渣形成区域的气氛改为惰性气体，但阻止与第二部分表面接融的气氛变成惰性的。这样就用到了两种气体扩散器。第一气体扩散器朝钎料波的前部供给惰性气体，如氮气。第二气体扩散器朝着波的后部供给混合气，一般要包括18-50％体积比的氧气(其余一般为氮气)。

在EP-A-3610507中公开的是在有钎焊剂时，最好将钎料波周围氧保持在百万分之10,000到20,000体积的范围内。而EP-A-0330867公开的是在波峰钎焊工艺中该氧气的体积浓度可低至百万分之10，它使用了不用对电路板或其它元件做预先上熔剂的处理的工艺。

EP-A-389218公开了一种在低氧化气氛中进行回流钎焊的工艺，最好是一种含氧量不高于百万分之1500体积浓度的气氛。

在EP-A-03308667A中没有接受这一说法，认为当钎焊气氛包含有百万分之10体积浓度的氧的条件下仍可进行波峰钎焊，而不必对印刷电路板进行焊剂预处理。但生产厂家仍然喜欢在电路板上进行焊剂预处理。原因有两条，第一，即使用一个基本上纯净的氮气源(所含氧的体积浓度不大于百万分之5)形成钎焊气氛，也很难可靠及反复地在钎焊室中保持一个含氧量低于百万分之10体积浓度的气氛；第二，即使在低氧环境中也仍可发现一些焊渣形成。