用于焊接處理改進的導熱分析儀制造技術

通過監視助焊劑的活性來評價焊接處理中助焊劑的性能，其中，利用具有交叉金屬線路和溫度傳感器的探針，助焊劑的活性是通過測量助焊劑的電導得到的。測量得到的電導－溫度時間曲線提供了對于給定的應用而言選擇合適的助焊劑形成物以及焊接條件、關于確定焊接處理問題的形成原因、以及關于開發改良的助焊劑形成物等有用的信息。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及工業處理的控制，尤其涉及對于在電子電路中的互連部件所使用的焊接處理的控制。
技術介紹
現今的微電子電路通常包括經由印刷線路板(PWB)互連的電子部件和設備，印刷線路板包括用作互連線的銅線、和向其焊接部件和設備的表面接觸焊盤(pad)。例如，PWB可包括用作其它功能的金屬表面焊盤、邊緣連接或電路測試點。通過無電銅沉積、光刻以及銅電沉積的組合在典型地為聚合物層積板或陶瓷的介電基板上形成PWB連接線和焊盤。多層電路通常層積在一起并且經由導通孔(via?hole)互連起來，導通孔通常具有銅印刷壁并且被焊料所填充?？寡趸锝饘俚谋砻婀鉂嵙?surface?finish)通常被施加到PWB銅焊盤以抑止會降低可焊接性的表面氧化物的形成。典型的表面光潔料包括無電鎳/金、浸錫、以及電鍍錫-鉍。部件和設備引線典型地通過回流焊接處理被焊接到PWB接觸焊盤，回流焊接處理包括將預定量的焊接用錫膏(paste)施加到PWB接觸焊盤、通過放置部件和設備以使它們的輸入/輸出(I/O)引線與適當的PWB接觸焊盤對齊來組裝PWB、以及加熱已經組裝好的PWB組件以回流(熔化)焊接用錫膏中的焊料。典型地，利用自動注射式滴涂器(syringe?dispenser)或是利用鏤花涂裝(stencil)和橡膠滾軸(squeegee)將預定量的焊接用錫膏施加到PWB接觸焊盤?？苫谛枰缓附拥奶囟ú考驮O備可改變焊接用錫膏的預定量。典型的設備是具有粘合到設備一側上的接觸焊盤的焊料球陣列的球柵陣列(BGA)。許多BGA設備具有大量的I/O引線量，從而使得相鄰接觸焊盤之間的距離(間距，pitch)非常小。焊接用錫膏通常包含在回流期間結合的小型焊料球狀體的粉末以形成在焊接點占據焊料的絕大部分的焊料塊。焊接用錫膏還包含用來溶化在焊接處理-->中涉及的金屬表面上的氧化物的助焊劑(soldering?flux)。助焊劑典型地包含在足夠高的溫度下被激活的有機鹵化物以產生對于溶化金屬氧化物十分有效的有機酸和自由鹵素元素。焊接用錫膏還可包含用來提供所期望的流變性質并且在回流焊接期間消耗助焊劑時阻止金屬表面再次氧化的成分。特別地，焊接用錫膏一定要足夠硬(并且粘)以便在回流焊接之前將部件和設備固定好并且防止焊接用錫膏滑落以引起由于鄰近接觸焊盤之間的橋接造成的電短路。通常在回流爐(reflow?oven)中執行回流焊接，回流爐包括用來在爐中傳送電子組件的金屬帶傳送器，并且具有實現根據預定溫度-時間曲線使組件被相應地加熱的不同加熱區。在某些情況下，回流爐或回流爐的部分可被氮覆蓋以在回流處理期間要被焊接的表面的氧化。回流焊接是一個在回流(熔化)焊接時刻之前需要充分的助焊劑活性(fluxactivity)以溶化表面氧化物(在PWB焊盤上、部件引線以及焊接用錫膏中的焊料顆粒)的復雜處理，從而獲得具有低電阻的強焊接點。所需的助焊劑活性非常依賴于需要連接的表面上的氧化物的量和類型。對于可靠的回流焊接處理，需要采用適當的焊接用錫膏以及對于將要焊接的特定組件的回流條件。與助焊劑(flux)活性相關的回流焊接問題通常屬于如下四種類型之一：(1)在存儲期間經過化學反應，焊接用錫膏中的助焊劑喪失活性，從而使得焊接處理中要使用的時候剩余活性變得不充足；(2)過早(在溫度低于回流焊接溫度時)地激活焊接用錫膏中的助焊劑，使得在回流焊接之前使得需要連接的表面被再氧化；以及(3)在回流溫度下助焊劑不能被充分地激活；以及(4)在焊接處理之后助焊劑保持活性，這導致了會引起由于電短路、開路、或額外的互連電阻所造成的電路故障的腐蝕和/或電遷移。當前，在工業上用來組裝電子設備所使用的另一焊接處理是波峰焊接(wave?soldering)，其中，軟焊料的波峰經過組裝有設備(表面安裝和/或通孔)的PWB。波峰焊接容易產生與回流焊接相同類型的助焊劑活性問題。用來控制焊接處理的可行方法包括：(1)涉及產生焊接點故障所需的力的測量的球/引線剪力(shear)或拉伸測試；(2)通過焊料擴展測試、濕法平衡測試或連續電化學衰減分析(SERA)來確定可焊性；(3)通過表面絕緣電阻(SIR)測量、鹵化物分析、離子清理測試、電化學遷移測試、以及銅鏡和銅-->平面腐蝕測試來檢測焊接助焊劑殘留物；(4)測量焊接用錫膏的物理和化學特性，其中包括粘稠度、比重、鹵化物成分百分比、粘性、酸值、pH以及阻抗波譜學(用來檢測焊料球的氧化)；以及(5)通過套色版(GC、HPLC、IC以及GPC)、光譜學(UV、FTIR、拉曼(Raman)以及AA)、溫度分析(DSC、TGA)、以及濕法化學分析來實現的助焊劑化學分析。所有這些方法都在焊接處理之前或之后被應用并且提供了關于焊接處理性能的唯一參數的信息。所有這些方法都不提供關于焊接處理自身的信息。這對于濕法平衡測試也是一樣的，在濕法平衡測試中當使測試樣本接觸熔化的焊料時，通過濕力(通過焊料彎月面的重量)嘗試作出仿真焊接處理。濕法平衡僅提供了可焊性的指示，很難應用到PWB和BGA當中，并且在樣本幾何學、助焊劑應用、預加熱(溫度曲線)、以及樣本熱惰性等方面不能完全地仿真實際的焊接處理。很明顯需要一種測量焊接處理的性能的方法，從而優化關于焊接處理的所有重要變量。
技術實現思路
本專利技術提供了一種用來評價焊接處理中助焊劑的性能的設備。該設備包括：電導探針，其具有介電基板上的兩條鄰近的金屬線路(metallic?trace)；溫度探針，其用來測量電導探針的溫度；以及電導計，其用來測量兩條金屬線路之間的電導。兩條金屬線路優選地形成了交叉梳狀樣式。在關于本專利技術的方法的優選實施例中，對于至少部分的每條金屬線路以及至少部分的這些線路之間的介電基板施加焊接助焊劑(不包含金屬焊料)，并且在焊接處理之前、之中(對波峰焊接，除外)和之后測量線路之間的電導。分析由此產生的電導-溫度時間曲線(profile)以確定與焊接處理相關的助焊劑性能。本專利技術的設備進一步包括電路板架，其用來在同一處理中同時評估多個電導探針。根據本專利技術的電導-溫度時間曲線的分析產生了在整個實際的焊接處理中的相對助焊劑活性，其中包括在焊接回流或波峰焊接操作之前、之中(對于回流焊接處理)以及之后。這實現了相對于焊接處理的需求來優化助焊劑活性和激活特性。在周邊溫度下(在焊接處理之前)對于助焊劑測量得到的強助焊劑活性表明了因室溫下助焊劑的化學反應所引起的縮短的保質期。這對于熱導計分析(TCA)檢測峰值助焊劑活性的溫度或是波峰焊接操作-->十分有效，優選地，峰值助焊劑活性出現在即將開始焊接回流溫度之前的時刻?；赥CA電導-溫度時間曲線，可通過化學穩定性和助焊劑化合物的沸點來將激活助焊劑所需的時間和溫度調節到最優值。此外，根據本專利技術，可通過焊接處理后的殘留助焊劑活性檢測出可因腐蝕或電遷移導致的電路故障的離子助焊劑殘留物。盡管類似于現有技術中的表面絕緣電阻(SIR)測試，但是本專利技術的殘留助焊劑活性測量是在整個焊接處理的過程中作出的并且檢測助焊劑活性達到最低值的溫度。還可利用交流電流(ac)作出這樣的焊接后電導測量以評價操作電壓和頻率的效果或是關于電子設備(在操作溫度下)的殘留助焊劑活性的頻率范圍(“掃頻(sweep)”)。本專利技術的設備還可進一步包本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用來評價焊接處理中助焊劑的性能的方法，包括步驟：　提供電導探針，所述電導探針包括在介電材料的基板上的預定區域內設置的兩條金屬線路；　提供溫度探針，所述溫度探針用來測量電導探針的溫度；　在至少部分的所述預定區域上施加預定 量的助焊劑；　根據預定的溫度－時間曲線，利用所施加的助焊劑加熱電導探針；　作為溫度的函數，測量電導探針的金屬線路之間的電導，從而得到電導－溫度時間曲線；以及　分析電導－溫度時間曲線以確定在焊接處理中助焊劑的性能。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】US 2006-4-17 11/405,6471.一種用來評價焊接處理中助焊劑的性能的方法，包括步驟：提供電導探針，所述電導探針包括在介電材料的基板上的預定區域內設置的兩條金屬線路；提供溫度探針，所述溫度探針用來測量電導探針的溫度；在至少部分的所述預定區域上施加預定量的助焊劑；根據預定的溫度-時間曲線，利用所施加的助焊劑加熱電導探針；作為溫度的函數，測量電導探針的金屬線路之間的電導，從而得到電導-溫度時間曲線；以及分析電導-溫度時間曲線以確定在焊接處理中助焊劑的性能。2.根據權利要求1所述的方法，其中，在至少部分的每條金屬線路以及金屬線路之間的介電基板上的預定區域內施加助焊劑。3.根據權利要求1所述的方法，其中，助焊劑包括在焊接用錫膏中，并且在至少一條金屬線路的預定區域內、但不在金屬線路之間的基板上施加焊接用錫膏，并且在測量電導的步驟中檢測金屬線路之間發生的電短路。4.根據權利要求1所述的方法，其中，通過從包括鏤花涂裝、注射式滴涂、浸涂、噴灑、涂刷以及印刷的組中選擇的方法來施加助焊劑。5.根據權利要求1所述的方法，其中，通過回流爐或波峰焊接預加熱爐的裝置來執行加熱的步驟。6.根據權利要求1所述的方法，其中，從對于兩條金屬線路之間施加的電壓的電流響應來作為溫度的函數測量電導探針的金屬線路之間的電導。7.根據權利要求6所述的方法，其中，在兩條金屬線路之間施加的電壓是具有預定頻率的ac電壓。8.根據權利要求7所述的方法，其中，在多個預定頻率下重復所述施加的步驟、所述加熱的步驟、所述測量的步驟以及所述分析的步驟。9.根據權利要求1所述的方法，其中，使用計算機來執行所述分析的步驟。10.根據權利要求1所述的方法，其中，所述分析的步驟包括產生作為時間或溫度的函數的電導的數據曲線圖。11.根據權利要求10所述的方法，其中，所述分析的步驟進一步包括從數據曲線圖中提取特征，該特征選自包括斜率、峰值區域、峰值區域比、峰值高度、峰值高度比以及電導保持在預定值之上的時間的組。12.根據權利要求1所述的方法，進一步包括如下步驟：監視來自粘結到電導探針或是包含電導探針的電路板架上的環境傳感器的輸出。13.根據權利要求12所述的方法，其中，環境傳感器是選自包括氧濃度傳感器、相對濕度傳感器、以及壓力傳感器的組。14.根據權利要求12所述的方法，其中，對于來自環境傳感器的多個輸出重復所述施加的步驟、所述加熱的步驟、所述測量的步驟、所述監視的步驟以及所述...

【專利技術屬性】
技術研發人員：布賴恩德雷姆，尼克辛基諾，保羅克利馬，
申請(專利權)人：凱斯特公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]