专利名称：用无铅的锡锌焊料固定电子元件且不降低连接强度的方法
技术领域：
本发明涉及用钎焊将各种电子元件固定在印制电路板的方法。
在步骤101，钎焊膏通过设有与焊接区互补地形成的孔的金属掩模涂敷到印制电路板表面上的焊接区。在步骤102，包括芯片元件、四边扁平封装(QFP)、小外廓封装(SOP)等表面安装元件放置在涂敷的钎焊膏上。然后在步骤103，使带有设置其上的表面安装元件的印制电路板通过高温回流炉以熔化钎焊膏，由此，将表面安装元件的电极钎焊到印制电路板的铜箔上。在表面安装元件这样固定在印制电路板的一个表面之后，进行步骤104，使印制电路板的另一表面转成面朝上。
在步骤105和106，钎焊膏以与步骤101和102相同的方式涂敷到设置在印制电路板的另一表面上的表面安装元件。此后，在步骤107带有引线的元件插入印制电路板上的通孔中。然后使该印制电路板通过回流炉以熔化钎焊膏，因此在步骤108通过与步骤103相同的方式将表面安装元件的电极钎焊到印制电路板的铜箔上。
最后，在步骤109，不能耐受回流炉中高温的元件人工焊接到印制电路板，因此，实现了将所需的电子元件固定到印制电路板。
根据上述工艺过程，电子元件钎焊到印制电路板，因此产生了如附图2所示的表面固定结构组件。
在传统的固定电子元件到印制电路板上的工艺过程中，通常将锡铅(Sn-Pb)焊料用作钎焊膏。然而，由于这种锡铅焊料含有铅，而铅是一种有毒的重金属，如果不适当地处理用过的包括印制电路板的电子装置将导致对环境的负面影响。出于这个原因，近年来出现了在印制电路板上使用无铅焊料以防止环境污染的要求。
锡银(Ag)焊料是众知的一种无铅焊料。由于银具有稳定的性质，当用于固定电子元件到印制电路板上时，锡银焊料与锡铅焊料同样可靠。然而，锡银焊料的一个问题是其熔点在大约220℃，这要比锡铅焊料的熔点183℃高很多。因此，难以让通过锡铅焊料来钎接电子元件的表面固定装置和工艺简单地直接使用锡银焊料。特别地，一般电子元件的耐热温度是大约230℃，如果锡银焊料在回流炉中熔化进行钎接电子元件，那么电子元件的温度在有些情况下可以超过240℃。因此，当使用锡银焊料固定电子元件到印制电路板时，必然要增加这些电子元件的耐热温度。
另一种无铅焊料是锡-锌(Sn-Zn)焊料。因为锡-锌焊料的熔点为大约197℃，因而如果锡锌焊料用于钎接电子元件，传统的表面固定装置和电子元件可以直接使用。
然而，与锡铅焊料比较，锡锌焊料的缺点在于锌易于氧化和使润湿性变差。如果通过传统的表面固定装置和工艺直接用锡锌焊料将电子元件固定在印制电路板上，锡-锌焊料不能具有与锡-铅焊料同样的可靠性。
根据传统的将电子元件固定在印制电路板上的工艺，印制电路板要将焊剂施加到铜箔形成的连接图案表面上进行预涂熔剂。要对铜箔预涂熔剂的原因是如果铜箔暴露在大气中，就很容易氧化，与焊料的润湿性变差。附图3显示了经过预涂熔剂的印制电路板的剖面图。如图3所示，印制电路板具有基体10，设置在基体表面的铜箔3，和沉积在铜箔3上的焊剂层4。印制电路板上的连接图案上覆盖了绝缘电阻层，通过从连接图案的位置除去绝缘电阻层可形成焊接区。在图3和其它图中略去了绝缘电阻层。
尽管除了预涂熔剂工艺以外还存在其它的防止铜箔表面氧化的工艺，但预涂熔剂工艺在现有技术中得到广泛使用，因为其可以降低印制电路板的成本。
使用锡铅焊料可将电子元件高度可靠地固定在已经预涂了熔剂的印制电路板上。如果使用锡锌焊料将电子元件钎焊在预涂熔剂的铜箔表面时，则铜箔中的铜和锡锌焊料中的锌互相反应，在钎焊接头中形成铜锌反应层。铜锌反应层倾向于降低连接强度，因为在大约150℃的高温铜锌反应层会变脆。
为了实现上述目的，根据本发明的用无铅焊料将电子元件固定到印制电路板上的方法，使用了一种表面经过镍/金处理的印制电路板，其具有铜箔的连接图案，在所述铜箔表面上设置的镍电镀层和设置在所述镍电镀层表面的金电镀层。
当使用锡锌焊料将电子元件固定在印制电路板上时，在铜箔表面上的镍电镀层成为阻挡层来防止铜锌反应层在钎焊接头中形成，否则铜锌反应层会降低连接强度。因此，当使用锡锌焊料将电子元件固定在印制电路板上时连接强度不会降低。
本发明的上述和其它目的、特征和优点从下面的说明和参考显示了本发明示例的附图可得到更清楚的了解。
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图1是用钎焊将电子元件固定到印制电路板的工艺流程图；图2是通过钎焊将电子元件固定到印制电路板所形成的表面固定结构组件的透视图；
图3是预涂溶剂的印制电路板的剖视图；图4是经过镍/金处理的印制电路板的剖视图，根据本发明的固定电子元件的方法采用这种印制电路板。
图4显示了表面用镍/金处理的印制电路板的剖视图，根据本发明的固定电子元件的方法使用了这种印制电路板。在/图4中显示的元件凡与图3所示元件相同的具有相同的标号，对于这些元件下面不给出详细的介绍。
如图4所示，表面经过镍/金处理的印制电路板包括基体10，设置在基体10表面的铜箔3，设置在铜箔表面的镍电镀层2，和设置在镍电镀层表面的金电镀层1。一般地，镍电镀层2的厚度范围在3到6微米，金电镀层1的厚度范围在0.03到0.08微米。
将金电镀层1设置在镍电镀层2表面上是因为如果镍电镀层暴露在大气中很容易氧化，与焊料的润湿性变差。
当使用锡锌焊料固定电子元件到图4所示的印制电路板上时，铜箔3表面上的镍电镀层2用作阻挡层来防止在钎焊接头中产生铜锌反应层，否则铜锌反应层会降低连接强度。因此，当使用锡锌焊料固定电子元件到印制电路板上时，连接强度不会降低。
在图示的实施例中，金电镀层1用于防止镍电镀层2氧化。然而，印制电路板的表面也可以用其它的金属层来处理，只要其能够保护镍电镀层2在大气中不氧化并与焊料有需要程度的润湿性。
虽然本发明的优选实施例已经用专用术语进行了介绍，这些介绍只是用于说明的目的，可以理解在不脱离下面的权利要求的精神实质和范围的情况下，可以对本发明进行变化和改进。
权利要求
1.一种将电子元件固定到印制电路板上的方法，包括步骤选择表面用镍/金处理过的印制电路板，其具有铜箔的连接图案，在所述铜箔表面上设置的镍电镀层和设置在所述镍电镀层表面的金电镀层；和使用无铅焊料将电子元件固定在所述印制电路板上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无铅焊料包括锡-锌焊料。
3.一种印制电路板，其表面用镍/金进行了处理，其具有铜箔的连接图案，在所述铜箔表面上设置的镍电镀层和设置在所述镍电镀层表面的金电镀层。
4.一种表面固定结构组件，包括印制电路板，其表面用镍/金进行了处理，其具有铜箔的连接图案，在所述铜箔表面上设置的镍电镀层和设置在所述镍电镀层表面的金电镀层；和使用无铅焊料固定在所述印制电路板上的电子元件。
5.根据权利要求4所述的表面固定结构组件，其特征在于，所述无铅焊料包括锡-锌焊料。
全文摘要
提出了一种用无铅的锡－锌焊料固定电子元件且不会降低连接强度的方法。一种用于通过无铅焊料固定电子元件的印制电路板包括表面用镍/金处理过的印制电路板,其具有铜箔的连接图案,在铜箔表面上设置的镍电镀层和设置在镍电镀层表面的金电镀层。在铜箔表面上的镍电镀层用作阻挡层,当使用锡－锌焊料将电子元件固定在印制电路板上时,可防止在钎焊接头中形成铜－锌反应层,否则铜－锌反应层可导致连接强度降低。
文档编号H05K3/34GK1389325SQ02122018
公开日2003年1月8日 申请日期2002年5月31日 优先权日2001年6月1日
发明者酒井浩, 铃木元治, 五十岚诚, 田中昭广 申请人:日本电气株式会社