专利名称：钎焊坩埚的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种钎焊坩埚，所述钎焊坩埚用于在一印刷电路板上的穿过的电子组件的局部钎焊的设备，并且涉及一种实施这类钎焊的方法。
背景技术：
印刷电路板是一种切割的、钻有孔的或铣削过的刚性基质，在刚性基质的一面和/或两面上进行表面安装(称为CMS)的所谓电子组件位于所述刚性基质上，并且被使用于要钎焊的穿过组件的接头(Patte)插入的电镀金属处理的孔洞位于所述刚性基质上这些组件可以是任意数目的。印刷电路板由两部分组成称为“绝缘的” 一部分和称为“导体的”另一部分。
称为“半固化片”的绝缘部分由一浸树脂骨架组成。该骨架经常是玻璃纤维制成的和呈纬线织物的形式，不过也可是石英制成的或以“凯夫拉尔”商标售卖的合成纤维制成。双面印刷电路板的基础材料因此由在铜片的两外表面上覆盖的一定数目的半固化片组成。多层印刷电路板的基础材料由多个半固化片组成，铜片在半固化片之间插置，整体被覆盖在铜片的两外表面上。导体部分由99. 9%纯铜的铜片组成；所述导体部分通过厚度和物理特性表征。获得的铜片继而被切割成所期望的尺寸，并且根据制造图(布置图)被钻孔和进行镀金属处理(镀铜)；布置图继而被“描绘出”，涂层被沉积和最后镀锡或镀金被实施。印刷电路板的镀锡或可钎焊的涂层的喷涂或镀金提供腐蚀保护。使用坩埚的局部钎焊允许在穿过组件和印刷电路板之间实施机械和电气连接，所述穿过组件被手动地或自动地插入。这种连接借助于液态的填料合金进行，其具有小于要接合的构件的熔融温度的熔融温度，和浸湿通过熔融不参与钎焊点的组成的表面。钎焊的关键点是在填料合金和要钎焊的构件和要钎焊的构件的表面状态之间的
(reaction metallurigique)。使用坩埚的局部钎焊要求一系列特定步骤的实施，其第一步骤在于将印刷电路板定位在一支座上，以允许印刷电路板移动经过钎焊机器和将要钎焊的组件的接头插入镀金属处理的孔洞中，这是手动进行的或借助于一自动装置进行。下一步骤在于将由支座组成的整体转移到一稀释位，承载要钎焊的组件的一个或多个印刷电路板插在支座上。稀释在于通过使要钎焊的表面经受酸基和醇基的腐蚀流的作用，以通过利于和加速一金属间复合物薄层在钎焊合金和贱金属之间的形成来消除可能已经在要钎焊的表面上形成的氧化物和同时有助于通过钎焊合金对这些表面的良好浸湿，而化学清洁和制备要钎焊的表面。在这种处理时，要钎焊的组件通过弹簧压床被保持贴覆在印刷电路板上和钎焊剂借助于安装在一特定稀释模上的刷笔涂覆在印刷电路板上，印刷电路板平移地活动以允许浸没和伸入焊剂槽中。在稀释步骤后，印刷电路板和支座经历一预热步骤(通常为通过对流或通过红外辐射电阻加热器的预热)。在预热结束时，要钎焊的表面被提高到一般地在95°C到125°C之间的一温度。预热用于蒸发之前沉积的焊剂的醇、用于激活焊剂和用于引导印刷电路板和组件，所述组件于一温度插入印刷电路板，该温度足够高以避免在钎焊步骤过程中的热冲击(chocs thermiques)。在预热步骤结束时，支座通过一操纵臂握持，以将支座定位在确切地说钎焊位上。该位置需要在沿着轴线X和y的一水平面中非常精确的和重复的方式实施。
钎焊位由一槽和一罩盖(通常是玻璃片)组成，槽借助于印刷电路板的特定板体在上方封闭，罩盖的作用在于在钎焊周期外保持槽密封。槽用由63%的锡和37%的铅组成的合金填满，该合金的熔点为183°C。合金槽被保持在大约从300°C到325°C的温度，并借助于氮气流量处于中性气氛下，以避免氧化。合金槽此外包含一钎焊模，该钎焊模由一板体组成，板体承载一系列钎焊坩埚，坩埚的形状根据印刷电路板上的要钎焊的区域的几何形状变化。钎焊模沿着轴线z平移地活动。为了允许实施坩埚的钎焊点，保护合金槽的罩盖打开，用于使得坩埚通过，坩埚逐步回升直到与印刷电路板的底面接触和在该构型中被保持数秒钟。在钎焊坩埚中容纳的合金必须在上部形成一凸向盖。当该凸向盖与印刷电路板接触时，合金因此可通过毛细作用沿着要钎焊的组件的接头渗入镀金属处理的孔洞中，并且来自凸向盖的多余合金通过为此切割的小缺口流入坩埚的边部。合金沿着坩埚的良好流动意味着合金正确地浸湿坩埚的表面。当经过钎焊时间后，坩埚在钎焊槽中下降和翻转，罩盖封闭和支座被取出。在这种操作中，要钎焊的组件通过弹簧压床被保持贴覆在印刷电路板上，以避免要钎焊的组件移动。通过毛细作用的钎焊工艺涉及可能具有不同原因的机能故障，特别地钎焊合金的温度，如果钎焊合金比印刷电路板冷和要钎焊的电子组件的接头不能通过毛细作用在镀金属处理的孔洞中回升，使得获得一正确的钎焊则是不可能的。钎焊坩埚的几何形状必须被选择以考虑到这种迫切需要，因此使得钎焊坩埚能够容纳足够的钎焊合金，以当钎焊坩埚移动到要钎焊的电子元件的接头附近时提供足够的热量。不过这种几何形状不能在这样的情况下被任意地选择需要在每个具体情况中考虑到称为“禁止”的区域，即围绕要钎焊的电子组件的每个接头的自由区域，以特别地避免使钎焊合金与已经固定在印刷电路板上的相邻的电子组件之间接触的各种风险，接触会引起这些组件的损坏或短路。然而在坩埚的局部钎焊时遇到的主要问题与钎焊坩埚表面的被钎焊合金可润湿性相关联。为了允许正确的钎焊，实际上关键的是，在钎焊坩埚中容纳的钎焊合金在表面上形成一凸向球形盖，以便与要钎焊的电子组件的接头接触，该合金可通过毛细作用渗入围绕该接头的镀金属处理的孔洞中和沿着接头回升，并且以便多余的合金可以通过为此在坩埚上边部上设置的缺口排出和沿着其外壁流动以落进合金槽中。因此关键的是，在钎焊坩埚中容纳的钎焊合金的液柱弯月面不是凹形的，并且多余的合金没有溢出和在要钎焊的印刷电路板的表面和可能因此被损坏的相邻的电子组件的表面上铺开的风险。不过，这种要求受到坩埚被钎焊合金可润湿性的影响。 所使用的坩埚由E24类型的软钢组成，E24类型的软钢在化学上通过厚度大约20 μ m的均匀锡层镀锡，这用于优化合金在钢上的浸湿。钢制坩埚的化学镀锡允许在铁和锡之间形成厚度为Iym的薄的均匀的金属间FexSny层在新的状态下，钎焊坩埚因此具有令人满意的可润湿性。不过，自坩埚浸没在温度为300°C _325°C的钎焊槽中起，覆盖新坩埚的纯锡层熔融并完全消失钎焊合金从而与厚度为20 μ m的一 FexSny层直接地接触并且钢/锡界面变得不规则。当坩埚是新的时，该层是可润湿的，不过在使用坩埚时，该层变厚并且由于钎焊料的锡在钢中的扩散和氧化层在坩埚表面上的出现该层变得不规则，这使得这些表面钝化并因此使之失去可润湿的特性。为了避免坩埚的老化，执行经常性的清洁是不可缺少的。该清洁的目的在于消除坩埚表面的杂质和放慢金属间FexSny层的粗化。
借助于刷子手动地进行的这种预防性清洁操作是特别不方便的，这是由于坩埚的尺寸小和死角的存在，死角是难以进入的并且此外在需要在热区域中实施的情况下是危险的，这要求人员采取特别的预防措施和戴上保护部件，如安全帽、眼罩等。在使用坩埚局部钎焊印刷电路板的方法中使用的钎焊坩埚通常是柱形的。对于一天24小时运行的设备，这类坩埚必须进行预防性清洁，该预防性清洁每天六次，使设备停止大约15分钟。此外，坩埚需要每一个半月进行替换。然而这些繁重的预防性措施并不能满足越来越严格的所追寻的质量要求，并且总是会观察到非常高的钎焊缺陷率，特别是关键的钎焊缺陷，如未钎焊点，钎焊合金在镀金属处理的孔洞中的回升问题，钎焊合金在印刷电路板的上表面上和相邻的电子组件上溢出。
发明内容
本发明的目的在于消除这些缺陷。不过，本发明考虑到的是钎焊坩埚的形状极大地影响钎焊的质量和特别地影响其预防性清洁的效率和出于找到最优的形状的目的接下来实施许多试验。在本文中，本发明提出一种钎焊坩埚，该钎焊坩埚用于在使用坩埚局部钎焊印刷电路板的方法中使用，其特征在于，所述钎焊坩埚包括至少一平坦的竖直壁。根据本发明的另一特征，所述钎焊坩埚呈直棱柱的形状。
根据本发明的又一特征，所述直棱柱的底部是六边形的。根据本发明的再一特征，所述钎焊坩埚的特征在于，所述直棱柱的底部是规则的六边形或换言之坩埚呈蜂窝形状。实际上，出人意料地可以观察到，呈蜂窝形状的钎焊坩埚允许-降低65%的局部钎焊缺陷率，-提高客户的满意度，-改善钎焊坩埚的预防性清洁的效率和因此改善坩埚被钎焊合金可润湿性的稳定度，-将钎焊坩埚的预防性清洁频率分为两部分，这对于一天24小时运行的设备带来每天45分钟的可用时间的增加， -只要每三个月更换坩埚。相应地，承担实施所述方法的人员的安全性从而得到显著提高。
作为本发明的目的的钎焊坩埚的特征将参照非限定性的附图更为精确地进行描述，附图中-图I示出一印刷电路板；-图2是示出钎焊步骤的示意图；-图3a、图3b和图3c是分别示出一正确钎焊示例和两缺陷钎焊示例的简图；-图4示出根据本发明的一钎焊坩埚。
具体实施例方式根据图1，印刷电路板I包括已固定在印刷电路板的下表面上的一电子组件2和钻有镀金属处理的孔洞3，在其上表面上定位的两要钎焊的组件5p52的接头4插入所述孔洞中。根据图2，印刷电路板I由单个接头4示意和在钎焊位置示出。该印刷电路板I置位在一支座6上和预先经历稀释和预热步骤。也示意性示出的钎焊区域由一槽7和一罩盖组成，槽借助于一特定板体8在上方封闭，罩盖的作用在于在钎焊周期外保持槽密封。槽7用由63 %的锡和37 %的铅组成的钎焊合金9填满，其在中性气氛下被保持在大约从300°C到325°C的温度。槽7此外包含一钎焊模10，该钎焊模由一支撑板体11组成，板体承载一系列钎焊坩埚12，钎焊坩埚之一被示出。钎焊坩埚12在支撑板体11上根据对应在印刷电路板I上的要钎焊区域的几何形状的几何形状分布，以使得钎焊坩埚12与需要被钎焊的组件5p52的每个接头4成一直线(图 I)。根据图4，钎焊坩埚12呈具有六边形底部的直棱柱形状，即呈蜂窝形状，并且在其上边部处配有两缺口 13，缺口具有为大约O. 3mm的高度和具有允许排出多余的钎焊合金的作用。
根据图2，钎焊模10沿着轴线z平移地活动，如通过双箭头A示意性示出。钎焊坩埚因此可以在未示出的一下部位置和在图2上示出的一上部位置之间竖直地移动，在该下部位置中钎焊坩埚伸进钎焊合金槽9中以能够填满该合金，在该上部位置中容纳合金的上凸向盖14与印刷电路板的下部和相关联的接头4相接触。根据图2和图3a，容纳在坩埚12中的其下方具有一凸向盖的钎焊合金9，则通过毛细作用沿着需要被钎焊的电子组件5p52的接头4渗入镀金属处理的孔洞3中，和沿着这些接头回升。根据图3a，来自凸向盖的多余钎焊合金通过位于坩埚12的上边部上的缺口 13排出，和在落进合金槽9中前沿着这些坩埚的外壁流动。获得这类正确钎焊要求坩埚12的表面被钎焊合金的良好的可润湿性和该合金的上部分存在凸向球形盖14。
实际上和如在图3b上所示，在钎焊坩埚12的不良浸湿的情况下，多余的合金不能通过缺口 13排出，而是溢出并在印刷电路板I的上表面上铺开，因此具有损坏相邻的电子组件和因此产生钎焊缺陷的风险。此外并如在图3c上所示，在存在凹向球形盖14的情况下，钎焊合金不能完全地通过毛细作用沿着需要被钎焊的电子组件5p52的接头4渗入镀金属处理的孔洞3中并且在组件的接头和印刷电路板之间的连接是有缺陷的。抟术术语I印刷电路板2电子组件3镀金属处理的孔洞4 接头51；52要钎焊的组件6 支座7合金铜8罩盖+特定板体9钎焊合金10钎焊模11支撑板体12钎焊坩埚13 缺口14凸向球形盖H1凹向球形盖
权利要求
1.钎焊坩埚，其用于在印刷电路板上穿过的电子组件的局部钎焊的设备，其特征在于，所述钎焊坩埚包括至少一平坦的竖直壁，以形成具有六边形底部的直棱柱。
2.根据权利要求I所述的钎焊坩埚，其特征在于，所述直棱柱的底部是规则的六边形，或 换言之，所述钎焊坩埚呈蜂窝形状。
3.根据权利要求I或2所述的钎焊坩埚，其特征在于，所述钎焊坩埚包括在所述竖直壁的上边部上的一缺口(13)。
4.根据权利要求2和3所述的钎焊坩埚，其特征在于，所述钎焊坩埚包括位于所述钎焊坩埚的相面对的两壁体上的两缺口(13)。
5.钎焊方法，其特征在于，所述钎焊方法包括在于用金属合金至少部分地填充根据前述权利要求中任一项所述的钎焊坩埚的一步骤；和在于将电气组件或电子组件的至少一接头(4)伸进所述钎焊坩埚中的一步骤。
全文摘要
钎焊坩埚，其用于在印刷电路板上穿过的电子组件的局部钎焊设备，其特征在于，所述钎焊坩埚呈直棱柱的形状，优选地具有六边形底部。
文档编号B23K3/06GK102804939SQ201080025166
公开日2012年11月28日 申请日期2010年6月9日 优先权日2009年6月10日
发明者B·艾尔哈格 申请人:罗伯特博世有限公司