一种电路基板上焊盘局部镀锡方法转让专利
申请号 : CN200810027133.2
文献号 : CN101252815B
文献日 : 2010-06-09
发明人 : 尹向阳
申请人 : 广州金升阳科技有限公司
摘要 :
本发明公开了一种电路基板上焊盘局部镀锡方法，通过钢网将无铅锡浆刷到电路基板的点焊位焊盘内；刷好无铅锡浆的电路基板依次经过回流焊机设定工作参数的五个区域，形成充满整个点焊位焊盘的液态镀锡层，电路基板冷却后，在点焊位焊盘内形成固态镀锡层。本发明利用钢网将无铅锡浆刷到普通基板的焊盘内，并利用回流焊机，借助助焊剂润湿性及锡浆的扩散、自定位效应，完成焊盘的镀锡过程，镀锡层满足厚度及平整度的工艺要求，为后续点焊焊接工序提供了良好的基础条件，制作商无需向基板供应商采购特殊基板，可以大大提高生产效率、增加产品优良率且降低企业生产成本。
权利要求 :
1.一种电路基板上焊盘局部镀锡方法，其特征在于：通过钢网将无铅锡浆刷到电路基板的点焊位焊盘上；刷好无铅锡浆的电路基板依次经过回流焊机设定工作参数的五个区域，形成充满整个点焊位焊盘的液态镀锡层，电路基板冷却后，在点焊位焊盘上形成固态镀锡层；
所述回流焊机设定工作参数的五个区域依次分布于回流焊机的入口与出口之间，分别为升温区A、预热区B、浸润区C、熔锡区D及冷却区E，升温区A的温度逐渐上升至100℃，预热区B的温度为100℃至150℃，浸润区C的温度为150℃至220℃，熔锡区D的温度从220℃上升至235℃与240℃之间、再回降至220℃，接着进入冷却区E；
所述钢网包括中心钢片、与中心钢片周边连接的框架，所述中心钢片上设有多组分别对应于基板上所有焊盘组的通孔框，每个通孔框形状及大小与其对应的点焊位焊盘的形状、大小相同，所述通孔框上均匀分布至少两个通孔；所述通孔框上通孔的总面积与其对应点焊位焊盘面积比是1/2～2/3。
2.根据权利要求1所述的电路基板上焊盘局部镀锡方法，其特征在于：所述冷却方式采用自然冷却或者风冷。
3.根据权利要求1所述的电路基板上焊盘局部镀锡方法，其特征在于：所述通孔的形状为正方形、长方形或者圆形。
4.根据权利要求1所述的电路基板上焊盘局部镀锡方法，其特征在于：所述中心钢片厚度是0.1～0.2mm。
5.根据权利要求1所述的电路基板上焊盘局部镀锡方法，其特征在于：所述冷却后的固态镀锡层厚度为20～25微米。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种镀锡加工方法，特别涉及一种电路基板上焊盘局部镀锡方法，应用于对基板上焊盘局部镀无铅纯锡以点焊接漆包线的场合。
背景技术
目前，在基板焊盘上镀无铅纯锡以焊接漆包线的方法仍使用的是传统手工做法，即手工铬铁焊漆包线，其具体操作过程是：先将漆包线在锡炉内破漆，然后装配人员使用铬铁加热锡丝，利用给焊盘加锡而将漆包线焊接到焊盘上，从而完成将漆包线焊接到基板焊盘上的装配工序，这种手工焊接方法具有以下缺点：1、传统工艺要分别操作漆包线破漆、焊盘加锡程序，生产步骤比较繁琐，导致生产效率的低下，由于是人工操作整个焊接装配过程，操作员的焊接操作熟练程度等人为因素会大大影响生产效率；2、操作员的专业性直接与焊接的可靠性相关，对焊接操作熟练程度较高的操作员焊接品质较高，如镀锡厚度均匀、焊盘上的锡能够完全包裹漆包线等，相反，则焊接品质较低。专业性的参差不齐使得焊接品质波动较大，影响产品的优良率。
另外，也可用点焊的方法焊接漆包线，在进行基板点焊加工时，工艺要求基板上点焊位焊盘的镀锡厚度达15～25微米，才能有良好的焊接可靠性，而基板供应商提供的普通基板镀锡厚度一般为4～10微米，这样的镀锡厚度是无法达到焊接要求的，所以制造商往往向基板供应商采购特殊基板，该特殊基板是在浸锡环节增加了特别处理程序，来增加镀锡厚度。但是，增加镀锡厚度对基板加工行业来说毕竟是一个很特殊的要求，基板供应商实现该工艺非常困难，因而造成基板的加工周期延长、加工成本增加，并且所制基板经常会出现镀锡厚度不均匀、镀层偏薄等不合规格的现象，当使用该种基板进行点焊加工时，焊接的可靠性差，点焊位焊盘上的锡不能够完全包裹漆包线，致使生产不良率高达10％。
另外，也可用点焊的方法焊接漆包线，在进行基板点焊加工时，工艺要求基板上点焊位焊盘的镀锡厚度达15～25微米，才能有良好的焊接可靠性，而基板供应商提供的普通基板镀锡厚度一般为4～10微米，这样的镀锡厚度是无法达到焊接要求的，所以制造商往往向基板供应商采购特殊基板，该特殊基板是在浸锡环节增加了特别处理程序，来增加镀锡厚度。但是，增加镀锡厚度对基板加工行业来说毕竟是一个很特殊的要求，基板供应商实现该工艺非常困难，因而造成基板的加工周期延长、加工成本增加，并且所制基板经常会出现镀锡厚度不均匀、镀层偏薄等不合规格的现象，当使用该种基板进行点焊加工时，焊接的可靠性差，点焊位焊盘上的锡不能够完全包裹漆包线，致使生产不良率高达10％。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高生产效率、增加产品优良率且降低生产成本的电路基板上焊盘局部镀锡方法。
本发明的目的通过以下的技术方案来实现：一种电路基板上焊盘局部镀锡方法，通过钢网将无铅锡浆刷到电路基板的点焊位焊盘上；刷好无铅锡浆的电路基板依次经过回流焊机设定工作参数的五个区域，形成充满整个点焊位焊盘的液态镀锡层，电路基板冷却后，在点焊位焊盘上形成固态镀锡层；
所述回流焊机设定工作参数的五个区域依次分布于回流焊机的入口与出口之间，分别为升温区A、预热区B、浸润区C、熔锡区D及冷却区E，升温区A的温度逐渐上升至100℃，预热区B的温度为100℃至150℃，浸润区C的温度为150℃至220℃，熔锡区D的温度从220℃上升至235℃与240℃之间、再回降至220℃，接着进入冷却区E；
所述钢网包括中心钢片、与中心钢片周边连接的框架，所述中心钢片上设有多组分别对应于基板上所有焊盘组的通孔框，每个通孔框形状及大小与其对应的点焊位焊盘的形状、大小相同，所述通孔框上均匀分布至少两个通孔；所述通孔框的通孔的总面积与点焊位焊盘面积比是1/2～2/3。
本发明利用钢网将无铅锡浆刷到普通基板的焊盘内，并利用回流焊机，借助助焊剂润湿性及锡浆的扩散、自定位效应，完成焊盘内的镀锡过程，加强了焊盘镀锡的机械化操作，大大提高了生产效率；因为上述工序大部分是利用设备进行相应的操作，依靠设备的精密度能够显著提高产品的合格率，即生产出符合规格的局部焊盘镀锡电路基板，为以后使用点焊机焊接漆包线的工序提供了良好的基础条件，而且制作商无需向基板供应商采购特殊基板，以使企业降低生产成本。
本发明通过设定上述工作参数，并有效地利用助焊剂润湿性、锡浆的扩散及自定位效应，使刷到普通基板焊盘内的锡浆充满每个焊盘，达到满足焊接要求的厚度及平整度。
本发明在钢网的中心钢片上，对应于单个点焊位焊盘位置的通孔框上均匀分布通孔，当刷无铅锡浆时，无铅锡浆可以通过通孔进入点焊位焊盘内，通孔均匀分布以保证锡浆经过后续工序时形成厚度均匀、具有较好平整度的锡浆层；设置通孔总面积要达到一定的数值，在经过热熔及冷却程序后，以有足量的无铅锡浆充满整个焊盘，确保焊接的可靠性。
所述冷却方式采用自然冷却或者风冷。
所述通孔的形状为正方形、长方形或者圆形。
所述中心钢片厚度是0.1～0.2mm。中心钢片厚度较大时，即通孔较深，刷锡浆时，锡浆量过大，会造成走锡的现象；而中心钢片较薄时，通孔较浅，又会造成锡浆量太小，从而无法满足焊接的厚度要求。
所述冷却后的固态镀锡层厚度为20～25微米。镀锡层具有足够厚度以保证后续工序焊接的可靠性。
与现有技术相比，本发明的优点是：
(1).制造商无需向基板供应商采购特殊基板，只使用普通基板利用本发明镀锡，即可获得符合焊接要求的锡层厚度，降低企业的生产成本。
(2).本发明镀锡过程可以实现机械化操作，相比于手工操作，能够显著提高镀锡层的质量，从而提高焊接的可靠性，增加产品优良率。
(3).本发明完成镀锡之后，可直接利用点焊机将漆包线与固态镀锡层点焊焊接，从而完成漆包线焊接到基板焊盘上的装配工序，将破漆、漆包线与焊盘焊接程序一次性完成，省去分别独立操作程序，简化了现有技术的繁琐工序，大大提高了生产效率。
(4).本发明实现成本比较低，缩短了采购周期，使制造商可以按自己不同的需要来制作，便于大范围的推广和应用。
本发明的目的通过以下的技术方案来实现：一种电路基板上焊盘局部镀锡方法，通过钢网将无铅锡浆刷到电路基板的点焊位焊盘上；刷好无铅锡浆的电路基板依次经过回流焊机设定工作参数的五个区域，形成充满整个点焊位焊盘的液态镀锡层，电路基板冷却后，在点焊位焊盘上形成固态镀锡层；
所述回流焊机设定工作参数的五个区域依次分布于回流焊机的入口与出口之间，分别为升温区A、预热区B、浸润区C、熔锡区D及冷却区E，升温区A的温度逐渐上升至100℃，预热区B的温度为100℃至150℃，浸润区C的温度为150℃至220℃，熔锡区D的温度从220℃上升至235℃与240℃之间、再回降至220℃，接着进入冷却区E；
所述钢网包括中心钢片、与中心钢片周边连接的框架，所述中心钢片上设有多组分别对应于基板上所有焊盘组的通孔框，每个通孔框形状及大小与其对应的点焊位焊盘的形状、大小相同，所述通孔框上均匀分布至少两个通孔；所述通孔框的通孔的总面积与点焊位焊盘面积比是1/2～2/3。
本发明利用钢网将无铅锡浆刷到普通基板的焊盘内，并利用回流焊机，借助助焊剂润湿性及锡浆的扩散、自定位效应，完成焊盘内的镀锡过程，加强了焊盘镀锡的机械化操作，大大提高了生产效率；因为上述工序大部分是利用设备进行相应的操作，依靠设备的精密度能够显著提高产品的合格率，即生产出符合规格的局部焊盘镀锡电路基板，为以后使用点焊机焊接漆包线的工序提供了良好的基础条件，而且制作商无需向基板供应商采购特殊基板，以使企业降低生产成本。
本发明通过设定上述工作参数，并有效地利用助焊剂润湿性、锡浆的扩散及自定位效应，使刷到普通基板焊盘内的锡浆充满每个焊盘，达到满足焊接要求的厚度及平整度。
本发明在钢网的中心钢片上，对应于单个点焊位焊盘位置的通孔框上均匀分布通孔，当刷无铅锡浆时，无铅锡浆可以通过通孔进入点焊位焊盘内，通孔均匀分布以保证锡浆经过后续工序时形成厚度均匀、具有较好平整度的锡浆层；设置通孔总面积要达到一定的数值，在经过热熔及冷却程序后，以有足量的无铅锡浆充满整个焊盘，确保焊接的可靠性。
所述冷却方式采用自然冷却或者风冷。
所述通孔的形状为正方形、长方形或者圆形。
所述中心钢片厚度是0.1～0.2mm。中心钢片厚度较大时，即通孔较深，刷锡浆时，锡浆量过大，会造成走锡的现象；而中心钢片较薄时，通孔较浅，又会造成锡浆量太小，从而无法满足焊接的厚度要求。
所述冷却后的固态镀锡层厚度为20～25微米。镀锡层具有足够厚度以保证后续工序焊接的可靠性。
与现有技术相比，本发明的优点是：
(1).制造商无需向基板供应商采购特殊基板，只使用普通基板利用本发明镀锡，即可获得符合焊接要求的锡层厚度，降低企业的生产成本。
(2).本发明镀锡过程可以实现机械化操作，相比于手工操作，能够显著提高镀锡层的质量，从而提高焊接的可靠性，增加产品优良率。
(3).本发明完成镀锡之后，可直接利用点焊机将漆包线与固态镀锡层点焊焊接，从而完成漆包线焊接到基板焊盘上的装配工序，将破漆、漆包线与焊盘焊接程序一次性完成，省去分别独立操作程序，简化了现有技术的繁琐工序，大大提高了生产效率。
(4).本发明实现成本比较低，缩短了采购周期，使制造商可以按自己不同的需要来制作，便于大范围的推广和应用。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明钢网的结构示意图，此时将钢网置于电路基板的点焊位焊盘上，通孔框与点焊位焊盘相对应；
图2是图1中F的放大示意图；
图3是刷有无铅锡浆的电路基板经过回流焊机五个温度区域的温度-时间变化
曲线图。
图中，1-中心钢片，2-框架，3-通孔框，4-点焊位焊盘，5-通孔。
图1是本发明钢网的结构示意图，此时将钢网置于电路基板的点焊位焊盘上，通孔框与点焊位焊盘相对应；
图2是图1中F的放大示意图；
图3是刷有无铅锡浆的电路基板经过回流焊机五个温度区域的温度-时间变化
曲线图。
图中，1-中心钢片，2-框架，3-通孔框，4-点焊位焊盘，5-通孔。
具体实施方式
本发明一种电路基板上焊盘局部镀锡方法，包括以下步骤：通过钢网将无铅锡浆刷到电路基板的点焊位焊盘内；刷好无铅锡浆的电路基板依次经过回流焊机设定工作参数的五个区域，形成充满整个点焊位焊盘的液态镀锡层，电路基板冷却后，在点焊位焊盘内形成固态镀锡层。
上述电路基板是选用材质为FR-4的覆铜镀无铅锡印刷电路板；焊盘指基板上设计放置元器件位置相应裸露出来的金属面，即镀锡面，而点焊位焊盘指需使用点焊工艺进行加工的焊盘位置，上述无铅锡膏成份为Sn96.5％、Ag 3％、Cu 0.5％的膏状软钎焊料。
如图1、图2所示，上述钢网包括中心钢片1、中心钢片周边的框架2，中心钢片上设有多组分别对应于点焊位焊盘组的通孔单元，每组通孔单元由八个对应点焊位焊盘4的通孔框3组成，每个通孔框3的大小及形状与其对应的单个点焊位焊盘4的大小、形状相同，位于通孔框3上均匀分布四个长方形通孔5，该通孔5的总面积是点焊位焊盘4面积的1/2～2/3，钢网中心钢片1的厚度是0.1～0.2mm，在刷无铅锡浆时，无铅锡浆通过上述四个通孔5进入电路基板的点焊位焊盘上，这样在一个焊盘上均匀分布了四滴无铅锡浆，这些锡浆就会焊盘上均匀扩散，形成均匀的液态镀锡层，在每个点焊位焊盘4周围设置的阻焊层使无铅锡浆不会流到相邻焊盘内，能够防止走锡现象；中心钢片1的适宜厚度保证所刷的锡浆量不会过量，也不会过少。
另外，通孔5的形状还可以为正方形或者圆形等形状，通孔5的个数也可以为两个、三个或五个等，根据焊盘的不同大小来确定。
如图3所示，回流焊机设定工作参数的五个区域依次分布于回流焊机的入口与出口之间，分别为升温区A、预热区B、浸润区C、熔锡区D及冷却区E，升温区A的温度逐渐上升至100℃，预热区B的温度为100℃至150℃，浸润区C的温度为150℃至220℃，熔锡区D的温度从220℃上升至235℃与240℃之间、再回降至220℃，接着进入冷却区E，刷好无铅锡浆的电路基板位于传送带上，按照65cm/min的传送速度依次经过上述五个区域，电路基板在经过各区域的时间不等，在传送过程中，电路基板上点焊位焊盘内的液态无铅锡浆借助助焊剂润湿性、锡浆的扩散及自定位效应，使得锡浆溶解而形成充满整个点焊位焊盘的镀锡层冶金结构，上述自定位效应是指基板上的阻焊层设于点焊位焊盘周围，其作用是使无铅锡浆进入焊盘并溶解后不会向周边溢出。
在上述冷却区E，电路基板逐渐自然冷却，在点焊位焊盘内形成固态镀锡层，该固态镀锡层厚度为20～25微米，能够满足焊接要求的厚度及平整度；另外，也可以采用风冷方式进行冷却，加速电路基板的冷却过程，缩短制作时间。
本发明以上镀锡工序确保了点焊位焊盘上具有符合焊接要求的镀锡厚度，后续工序是使用现有点焊机，在设定了点焊机的瞬时电流及压力参数之后，将漆包线与固态镀锡层点焊焊接，从而完成漆包线焊接到基板焊盘上的装配工序，实现机械点焊焊接，而不用单独操作漆包线破漆、焊盘加锡等步骤，简化了现有技术的繁琐工序。
完成点焊后，锡能完全包裹漆包线，焊接的可靠性高，经测试，采用本发明方法镀锡后，再进行点焊焊接工序，焊接的不良率仅有0.6％，相比于现有技术焊接的不良率10％有了十分显著的提高。
上述电路基板是选用材质为FR-4的覆铜镀无铅锡印刷电路板；焊盘指基板上设计放置元器件位置相应裸露出来的金属面，即镀锡面，而点焊位焊盘指需使用点焊工艺进行加工的焊盘位置，上述无铅锡膏成份为Sn96.5％、Ag 3％、Cu 0.5％的膏状软钎焊料。
如图1、图2所示，上述钢网包括中心钢片1、中心钢片周边的框架2，中心钢片上设有多组分别对应于点焊位焊盘组的通孔单元，每组通孔单元由八个对应点焊位焊盘4的通孔框3组成，每个通孔框3的大小及形状与其对应的单个点焊位焊盘4的大小、形状相同，位于通孔框3上均匀分布四个长方形通孔5，该通孔5的总面积是点焊位焊盘4面积的1/2～2/3，钢网中心钢片1的厚度是0.1～0.2mm，在刷无铅锡浆时，无铅锡浆通过上述四个通孔5进入电路基板的点焊位焊盘上，这样在一个焊盘上均匀分布了四滴无铅锡浆，这些锡浆就会焊盘上均匀扩散，形成均匀的液态镀锡层，在每个点焊位焊盘4周围设置的阻焊层使无铅锡浆不会流到相邻焊盘内，能够防止走锡现象；中心钢片1的适宜厚度保证所刷的锡浆量不会过量，也不会过少。
另外，通孔5的形状还可以为正方形或者圆形等形状，通孔5的个数也可以为两个、三个或五个等，根据焊盘的不同大小来确定。
如图3所示，回流焊机设定工作参数的五个区域依次分布于回流焊机的入口与出口之间，分别为升温区A、预热区B、浸润区C、熔锡区D及冷却区E，升温区A的温度逐渐上升至100℃，预热区B的温度为100℃至150℃，浸润区C的温度为150℃至220℃，熔锡区D的温度从220℃上升至235℃与240℃之间、再回降至220℃，接着进入冷却区E，刷好无铅锡浆的电路基板位于传送带上，按照65cm/min的传送速度依次经过上述五个区域，电路基板在经过各区域的时间不等，在传送过程中，电路基板上点焊位焊盘内的液态无铅锡浆借助助焊剂润湿性、锡浆的扩散及自定位效应，使得锡浆溶解而形成充满整个点焊位焊盘的镀锡层冶金结构，上述自定位效应是指基板上的阻焊层设于点焊位焊盘周围，其作用是使无铅锡浆进入焊盘并溶解后不会向周边溢出。
在上述冷却区E，电路基板逐渐自然冷却，在点焊位焊盘内形成固态镀锡层，该固态镀锡层厚度为20～25微米，能够满足焊接要求的厚度及平整度；另外，也可以采用风冷方式进行冷却，加速电路基板的冷却过程，缩短制作时间。
本发明以上镀锡工序确保了点焊位焊盘上具有符合焊接要求的镀锡厚度，后续工序是使用现有点焊机，在设定了点焊机的瞬时电流及压力参数之后，将漆包线与固态镀锡层点焊焊接，从而完成漆包线焊接到基板焊盘上的装配工序，实现机械点焊焊接，而不用单独操作漆包线破漆、焊盘加锡等步骤，简化了现有技术的繁琐工序。
完成点焊后，锡能完全包裹漆包线，焊接的可靠性高，经测试，采用本发明方法镀锡后，再进行点焊焊接工序，焊接的不良率仅有0.6％，相比于现有技术焊接的不良率10％有了十分显著的提高。