專利名稱：用于焊接處理改進(jìn)的導(dǎo)熱分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)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。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今的微電子電路通常包括經(jīng)由印刷線路板(PWB)互連的電子部件和 設(shè)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(shè)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(diǎn)。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(jīng)由導(dǎo)通孔(via hole)互連起來，導(dǎo)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^皮施加到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(shè)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(yù)定量的焊接用錫膏(paste)施加到PWB接觸焊盤、通過》文 置部件和設(shè)備以使它們的輸入/輸出(I/O)引線與適當(dāng)?shù)腜WB接觸焊盤對齊 來組裝PWB、以及加熱已經(jīng)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(dòng)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(yù)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(shè)備可改變焊接用錫膏的預(yù)定量。典型 的設(shè)備是具有粘合到設(shè)備 一 側(cè)上的接觸焊盤的焊料球陣列的球柵陣列 (BGA)。許多BGA設(shè)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(jié)合的小型焊料球狀體的粉末以形成在 焊接點(diǎn)占據(jù)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(jī)卣化物以產(chǎn)生對于溶化金屬氧化物十分有效的 有機(jī)酸和自由囟素元素。焊接用錫膏還可包含用來提供所期望的流變性質(zhì)并且 在回流焊接期間消耗助焊劑時(shí)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(shè)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(reflowoven)中執(zhí)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(shí)現(xiàn)根據(jù)預(yù)定溫度-時(shí)間曲線使組件被 相應(yīng)地加熱的不同加熱區(qū)。在某些情況下，回流爐或回流爐的部分可^皮氮覆蓋 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(gè)在回流(熔化)焊接時(shí)刻之前需要充分的助焊劑活性(flux activity)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(fù)雜處理，從而獲得具有低電阻的強(qiáng)焊接點(diǎn)。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(dāng)?shù)暮附佑缅a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(guān)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(jīng)過化學(xué)反應(yīng)，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(shí)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(shí))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(dǎo)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3各故障的腐蝕和/或電遷移。
當(dāng)前，在工業(yè)上用來組裝電子設(shè)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(jīng)過組裝有設(shè)備(表面安裝和/或通孔) 的PWB。波峰焊接容易產(chǎn)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(chǎn)生焊接點(diǎn)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(kuò)展測試、濕法平衡 測試或連續(xù)電化學(xué)衰減分析(SERA)來確定可焊性；(3)通過表面絕緣電阻 (SIR)測量、囟化物分析、離子清理測試、電化學(xué)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(xué)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(xué)(用來檢測焊料球的氧化)；以及(5)通過套色版(GC、 HPLC、 IC 以及GPC)、光語學(xué)(UV、 FTIR、拉曼(Raman)以及AA)、溫度分析(DSC、 TGA)、以及濕法化學(xué)分析來實(shí)現(xiàn)的助焊劑化學(xué)分析。
所有這些方法都在焊接處理之前或之后被應(yīng)用并且提供了關(guān)于焊接處理 性能的唯一參數(shù)的信息。所有這些方法都不提供關(guān)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(dāng)使測試樣本接觸熔化的焊 料時(shí)，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(yīng)用到PWB和BGA當(dāng)中，并且在樣本幾何學(xué)、 助焊劑應(yīng)用、預(yù)加熱(溫度曲線)、以及樣本熱惰性等方面不能完全地仿真實(shí) 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(yōu)化關(guān)于焊 接處理的所有重要變量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種用來評價(jià)焊接處理中助焊劑的性能的設(shè)備。該設(shè)備包 括電導(dǎo)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(dǎo)探針的溫度；以及電導(dǎo)計(jì)，其用來測量兩條金屬線路 之間的電導(dǎo)。兩條金屬線路優(yōu)選地形成了交叉梳狀樣式。在關(guān)于本發(fā)明的方法 的優(yōu)選實(shí)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(dǎo)。分析由此產(chǎn)生的電導(dǎo)-溫 度時(shí)間曲線(profile)以確定與焊接處理相關(guān)的助焊劑性能。本發(fā)明的設(shè)備進(jìn) 一步包括電路板架，其用來在同 一處理中同時(shí)評估多個(gè)電導(dǎo)探針。
根據(jù)本發(fā)明的電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線的分析產(chǎn)生了在整個(gè)實(shí)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(shí)現(xiàn)了相對于焊接處理的需求來優(yōu)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(qiáng)助焊劑 活性表明了因室溫下助焊劑的化學(xué)反應(yīng)所引起的縮短的保質(zhì)期。十分有效，優(yōu)選地，峰值助焊劑活性出現(xiàn)在即將開始焊接回流溫度之前的時(shí)刻。
基于TCA電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線，可通過化學(xué)穩(wěn)定性和助焊劑化合物的沸點(diǎn)來將 激活助焊劑所需的時(shí)間和溫度調(diào)節(jié)到最優(yōu)值。
此外，根據(jù)本發(fā)明，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(dǎo)致的電路故障的離子助焊劑殘留物。盡管類似于現(xiàn)有技術(shù)中的表面 絕緣電阻(SIR)測試，但是本發(fā)明的殘留助焊劑活性測量是在整個(gè)焊接處理 的過程中作出的并且^^測助焊劑活性達(dá)到最^f氐值的溫度。還可利用交流電流 (ac)作出這樣的焊接后電導(dǎo)測量以評價(jià)操作電壓和頻率的效果或是關(guān)于電子 設(shè)備(在操作溫度下)的殘留助焊劑活性的頻率范圍("掃頻(sweep )")。
本發(fā)明的設(shè)備還可進(jìn)一步包括額外的環(huán)境傳感器。例如，電導(dǎo)探針或電路 板架可包括用來監(jiān)視在存儲期間關(guān)于殘留助焊劑活性的相對濕度的效果的RH 傳感器。作為另一例子，在電導(dǎo)探針或電路板架上也可包括傳感器以監(jiān)視在回 流焊接處理過程中回流爐中或在波峰焊接處理過程在預(yù)加熱爐中的局部氣體
感器對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說也是顯而易見的。
本發(fā)明還可被用來檢測焊料"衰退"以及在回流處理中出現(xiàn)焊料"衰退" 的溫度。在這種情況下，對電導(dǎo)探針的至少一條金屬線路而不對線路間的介電 基板施加包含有金屬焊料的焊接用錫膏。從與電導(dǎo)探針的金屬線路之間橋接的 焊料相關(guān)的高電導(dǎo)(短路)檢測出回流處理過程中的焊接用錫膏的衰退。還檢 測出由于焊料球橋接金屬線路引起的短路。
本發(fā)明的設(shè)備還可進(jìn)一步包括被設(shè)計(jì)用來方便數(shù)據(jù)收集和/或提高結(jié)果的 可靠性的硬件和軟件。例如，無線鏈接可被用來(替代硬接線)將數(shù)據(jù)信號從 電導(dǎo)探針和溫度探針(以及所使用的任何其它傳感器)傳送到數(shù)據(jù)收集和處理 系統(tǒng)?？蛇x地，通過粘結(jié)到電導(dǎo)探針或電路板架上的板上數(shù)據(jù)鏈接來收集并且 存儲數(shù)據(jù)，并且在完成焊接處理之后下載數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可采用任意多的 商業(yè)或?qū)俚臄?shù)據(jù)分析程序，以典型地提供^t據(jù)的圖形顯示。
此外，還可使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的技術(shù)和裝備來實(shí)現(xiàn)對于解決熱、物 理或化學(xué)衰退的本發(fā)明設(shè)備的硬件化，以使其不受損害地通過回流爐、預(yù)加熱 爐、或是其它有害環(huán)境。同樣的，還可利用商業(yè)購得的裝備使本發(fā)明的設(shè)備小型化，從而可在較小的環(huán)境下作出助焊劑評估。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是， 應(yīng)該執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的測量，從而避免會大幅度降低結(jié)果的準(zhǔn)確性的對于助焊 劑化學(xué)系統(tǒng)的擾亂。例如，可利用由限流電阻提供的具有高輸入阻抗的伏特計(jì) 來測量電壓。
本發(fā)明對于開發(fā)如下的焊接用錫膏形成物是有效的，例如其具有長保質(zhì) 期、(減少焊接缺陷所需的)在回流焊接溫度下良好的助焊劑活性、(避免因腐 蝕或電遷移引起的電子裝備的場故障所需的)低殘留助焊劑活性、以及(避免 因焊料衰退引起的電路橋接和短路所需的)良好的流變特性。
本發(fā)明還對于開發(fā)具有良好的在波峰焊接中激活助焊劑的特性以及低殘 留助焊劑活性的助焊劑形成物是有效的。
本發(fā)明還對于選擇最佳焊接用錫膏形成物以用來降低在給定的回流焊接
處理中的特定PWB設(shè)計(jì)中回流焊接過程中的缺陷是有效的。
本發(fā)明還對于選擇最佳助焊劑形成物以用來在給定的波峰焊接處理中的
特定PWB設(shè)計(jì)中降低波峰焊接過程中的缺陷是有效的。
本發(fā)明還對于選擇用來降低在特定PWB設(shè)計(jì)的回流焊接過程中的缺陷的
最佳回流焊接條件(例如，由傳送速度和區(qū)域溫度確定的爐溫-時(shí)間曲線)是
有效的。
最佳預(yù)加熱條件(例如，由傳送速度和區(qū)域溫度確定的爐溫-時(shí)間曲線)是有 效的。
本發(fā)明還對于確定關(guān)于焊接處理性能的在回流爐環(huán)境下或在預(yù)加熱爐環(huán) 境下的氧氣效果是有效的。通過使用氮(如果氧是有害的)的惰性包層環(huán)境， 這種信息可被用來改善焊接性能，或是節(jié)省與提供惰性包層環(huán)境(如果氧不是 有害的)有關(guān)的成本。本發(fā)明還可被用來在不帶來實(shí)質(zhì)性有害效果的前提下確 定所允許的氧濃度。
本發(fā)明還對于用來選擇最佳助焊劑形成物和預(yù)加熱/焊接條件以便減少在 特定的電子設(shè)備操作條件下(例如，電路線路之間的溫度和所施加的包括ac 電壓和頻率在內(nèi)的電壓)的殘留助焊劑活性。殘留助焊劑活性是在例如在高頻
下操作的手機(jī)那樣的電子設(shè)備中所關(guān)心的。本發(fā)明還對于確定在存儲期間關(guān)于殘留助焊劑活性的存儲條件的效果是 有效的。可通過本發(fā)明的溫度探針來監(jiān)視存儲期間的溫度。還可使用其它的傳
感器來監(jiān)視其它的存儲條件。例如，RH傳感器可被用來監(jiān)視關(guān)于存儲期間殘 留助焊劑活性的相對濕度的效果。例如，可以在本發(fā)明的電導(dǎo)探針或電路板架 中包含RH傳感器，或是在存儲區(qū)域中安裝RH傳感器。
本發(fā)明還對于通過提供展示優(yōu)良性能的圖形說明來更好地銷售焊接設(shè)施、 焊接用錫膏和助焊劑形成物是有效的。
如上給出的應(yīng)用都是說明性的，并非是概括性的；本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該 清楚落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)的其它應(yīng)用。
當(dāng)參考所附附圖 一并考慮如下的詳細(xì)說明書時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更加 清楚本發(fā)明的進(jìn)一步特;f正和優(yōu)點(diǎn)。


圖1說明了本發(fā)明的設(shè)備的實(shí)施例，其中，電導(dǎo)探針的電路線路具有交叉 梳狀樣式；
圖2說明了本發(fā)明的設(shè)備的實(shí)施例，其中，電導(dǎo)探針的電路線路包括圓形 焊盤和同心圓環(huán)；
圖3說明了本發(fā)明的設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例，其包括多個(gè)具有交叉梳狀樣式的 電導(dǎo)探針、電路板架、緩沖器/放大器模塊、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器、個(gè)人計(jì)算機(jī)以 及打印才幾；
圖4是用于本發(fā)明的電導(dǎo)探針的優(yōu)選緩沖器/放大器電路的電路圖； 圖5是用于本發(fā)明的基于熱偶的溫度探針的優(yōu)選緩沖器/放大器的電路圖； 圖6示出了使用本發(fā)明的方法和設(shè)備測量得到的說明性電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲 線，其中，在商業(yè)化回流爐中，在溫度加熱曲線下，關(guān)于在回流期間的兩種可 商業(yè)購得的焊接用錫膏助焊劑形成物(formulation) (Kester 244和Kester 256GS );
圖7示出了使用中間溫度曲線對于圖6中的兩種可商業(yè)購得的焊接用錫膏 助焊劑形成物測量得到的說明性電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線；
圖8示出了使用高溫溫度曲線對于圖6中的兩種可商業(yè)購得的焊接用錫膏 助焊劑形成物測量得到的說明性電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線；圖9示出了使用高溫溫度曲線對于在焊接用錫膏中使用的典型水溶性助 焊劑測量得到的說明性電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線；以及
圖10示出了使用低溫溫度曲線對于三種回流膠嚢密封材料測量得到的說 明性電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線。
上面這些附圖都不是成比例的并且為了更好地描繪本發(fā)明的特征和操作 已經(jīng)放大了某些特征。
具體實(shí)施例方式
本領(lǐng)域技術(shù)人員公知在本申請文件中所使用的技術(shù)術(shù)語。使用的術(shù)語"金 屬線路(metallictrace)"廣泛地包括任何電路元件幾何形狀，包括例如線路、 焊盤、交叉梳狀樣式以及蛇形樣式。通常在回流焊接中使用"焊接用錫膏"， 并且焊接用錫膏包含助焊劑和小型焊料顆粒的粉末。焊接用錫膏助焊劑通常包 含用來溶化金屬氧化物的催化劑(activator),并且通常包含各種被設(shè)計(jì)用來改 善錫膏的流變性質(zhì)和/或化學(xué)性質(zhì)的添加劑(additive )。在焊-接用錫膏助焊劑中 使用的典型添加劑包括溶劑、流變劑(用來減小焊料塊)、緩蝕劑以及熱穩(wěn)定 材料。.波峰焊接中使用的助焊劑還可包含各種添加劑(除了催化劑之外)而不 包含焊料顆粒并且也不需要流變劑。
在本申請文件中，術(shù)語"助焊劑(flux)"可表示僅包括催化劑在內(nèi)的助 焊劑成分的任何組合。在某些情況下，需要被評估的助焊劑可通過離心"l喿作或 化學(xué)提取從焊接用錫膏中的金屬焊料粉末中分離出來。對于焊接用錫膏衰退評 估，焊接用錫膏典型地包括金屬焊料粉末在內(nèi)的所有的正常存在的成分。
本發(fā)明提供了 一種用來評價(jià)焊接處理中的助焊劑性能的方法和設(shè)備。本發(fā) 明的方法包括如下步驟(1 )提供包含在介電材料基板上的預(yù)定區(qū)域中設(shè)置的 兩條金屬線路的電導(dǎo)探針；(2)提供用來測量電導(dǎo)探針的溫度的溫度探針； (3)在至少部分的預(yù)定區(qū)域上施加預(yù)定量的助焊劑；(4)根據(jù)預(yù)定的溫度-時(shí)間曲線利用所施加的助焊劑加熱電導(dǎo)探針；(5 )測量作為溫度的函數(shù)的電導(dǎo) 探針的金屬線路之間的電導(dǎo)，從而產(chǎn)生電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線；以及(6)分析電 導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線以確定焊接處理中的助焊劑性能。這些步驟可以任何適當(dāng)?shù)?次序被執(zhí)行。對于焊接用錫膏活性評估，通常在至少部分的每條金屬線路以及 這些金屬線路之間的介電基板上的預(yù)定區(qū)域內(nèi)施加助焊劑。對于焊接用錫膏衰退評估，在焊接用錫膏當(dāng)中包括助焊劑并且在金屬線路的至少其中之一而不在 金屬線路之間的基板上的預(yù)定區(qū)域內(nèi)施加焊接用錫膏。在這種情況下，可檢測 到橋接金屬線路之間的空間的焊料衰退，作為電導(dǎo)測量中的短路。
形成線路對的本發(fā)明的兩條金屬線路可包括合金在內(nèi)的任何適當(dāng)?shù)慕饘佟?由于銅被廣泛地用于電子電路當(dāng)中，銅是一種金屬線路所釆用的優(yōu)選金屬?？?br> 以對銅應(yīng)用表面光潔料(finish)以改善其可焊性。典型的表面光潔料包括焊 料、無電鎳/金、浸錫、以及電鍍錫-鉍。這樣的表面光潔料很可能會影響助焊 劑活性特點(diǎn)。本發(fā)明還提供了用于調(diào)查關(guān)于表面光潔料對助焊劑的活性特點(diǎn)的 影響的方法和設(shè)備。
本發(fā)明的兩條金屬線路可具有任何適當(dāng)?shù)膸缀涡螤睢０ɡ缬尚￠g隔距 離分離的長線路、交叉才危狀或蛇形樣式在內(nèi)的幾何形狀對于提高電導(dǎo)測量的信 噪比十分有用。與使用處于評估中的焊接處理的最短間距(pitch)的表面焊盤 的間隔相比較，線路之間的間隔是優(yōu)選的。用來仿真處于評估中的在回流焊接 處理中將要被焊接的實(shí)際電路組件的線路幾何形狀對于例如檢測焊接用錫膏 衰退和焊料球形成的效果是有利的。還可使用串聯(lián)連接(菊花鏈)的多個(gè)電導(dǎo) 探針對以提高信噪比。
圖1說明了本發(fā)明的設(shè)備，其中，電導(dǎo)探針的電路線路具有交叉梳狀樣式。 這種樣式包含基板100上設(shè)置的一對金屬線路101和102，基板100可以是包 括聚合物層積板、陶覺材料、或兩者的混合物在內(nèi)的任何介電材料。典型的聚 合物層積板是防火環(huán)氧纖維玻璃(FR-4)。金屬線路101和102經(jīng)由連接線103 和104連接到電導(dǎo)計(jì)105。電導(dǎo)計(jì)在線路101和102之間施加電壓并且從電流 響應(yīng)確定電導(dǎo)。所施力口的電壓和電流響應(yīng)可以是直流電流(dc)或交流電流 (ac)。對于dc測量，已經(jīng)找到處于1至IO伏特范圍內(nèi)施加的電壓是適當(dāng)?shù)模?但是也可使用處于這個(gè)范圍之外的電壓。
在圖l所示的實(shí)施例中，溫度探針包含熱偶106,并且熱偶106經(jīng)由連接 線107和108被電連接到第一伏特計(jì)109。優(yōu)選地，使用第一伏特計(jì)109或是 蛇形的一部分的熱偶冷接點(diǎn)(未示出)來提高溫度測量的準(zhǔn)確度。熱偶冷接點(diǎn) 可處于室溫中，或是以特定溫度來控制以提高更高的準(zhǔn)確度?？梢允褂糜脕硖?供對于測量溫度范圍內(nèi)所需的靈敏度的任何熱偶。優(yōu)選地，放置熱偶106以使其與基板100相接觸或是與基板100上的金屬焊盤相接觸，但是通過靠近電導(dǎo)
探針的(而不是接觸)熱偶可提供足夠準(zhǔn)確的溫度測量。在可選實(shí)施例中，可 使用沿著回流爐中的傳送帶的一排固定的熱偶來提供本發(fā)明的溫度測量。還可 使用測量溫度的可選方法。例如，可通過檢測并且分析由電導(dǎo)^:針發(fā)出的紅外 射線來監(jiān);f見電導(dǎo)探針的溫度。
典型地，根據(jù)本發(fā)明，加熱電導(dǎo)探針(包括基板100和金屬線路101、 102 ) 和溫度探針106,與此相反，電導(dǎo)計(jì)105和第一伏特計(jì)109維持在環(huán)境溫度中。 在這種情況下，至少部分的連接線103、 104、 107和108應(yīng)該包含熱阻材料。 在本發(fā)明的范圍內(nèi)，對于電導(dǎo)計(jì)105和/或第一伏特計(jì)109可^f吏用熱阻電路， 從而利用電導(dǎo)探針和溫度探針106也加熱電導(dǎo)計(jì)105和/或第一伏特計(jì)109。
圖2說明了本發(fā)明的設(shè)備的實(shí)施例，其中，電導(dǎo)探針的電路線路包含在介 電基板200上設(shè)置的圓形焊盤201和同心圓環(huán)202。這種電路線路幾何形狀仿 真了可提高對于經(jīng)過同心圓環(huán)內(nèi)部的相對長的圓周的內(nèi)線路電導(dǎo)變化的靈敏 度的電路板接觸焊盤。關(guān)于圖1所示的實(shí)施例，線路201和202都經(jīng)由連接線 203和204被連接到電導(dǎo)計(jì)205 ，并且熱偶206經(jīng)由連接線207和208被連接 到第一伏特計(jì)209。通過使部分連接線204成為經(jīng)過同心圓環(huán)線路202 (未示 出)之間的間隔的電路線來提供金屬線路201的電接觸?？蛇x地，通過基板 200中的內(nèi)部電路來制作金屬線路201的接觸，從而消除環(huán)202之間的間隙。 可平行地連接多個(gè)這樣的電導(dǎo)探針(在同一基板上)以提高測量靈敏度并且提 高信p桑比。
在電導(dǎo)探針的金屬線路上施加助焊劑的方式依賴于將要執(zhí)行的助焊劑評 估的類型。為了評估在焊接或預(yù)加熱處理期間的焊接助焊劑的活性，需要對于 至少部分的金屬線路和至少部分的線路間的介電基板施加助焊劑(無金屬焊 料)。為了評估回流焊接期間的焊接用錫膏衰退特點(diǎn)，在焊接用錫膏中包含助 焊劑(包含金屬焊料粉末)，焊接用錫膏被施加到至少部分的電導(dǎo)探針的金屬 線路的至少其中之一，但不施加到線路之間的介電基板。在這種情況下，當(dāng)內(nèi) 線路電導(dǎo)劇烈增大時(shí)，可方便地檢測出在回流處理期間由于焊津牛衰退或焊料球 的形成所造成的金屬線路之間的電短路。
通過任何適當(dāng)?shù)难b置可將助焊劑或焊接用錫膏施加到電導(dǎo)探針的金屬線路(和基板)。施加助焊劑或焊接用錫膏的一種優(yōu)選方法是使用在生產(chǎn)回流焊 接處理中所用類型的自動(dòng)注射式滴涂器，其可準(zhǔn)確地滴涂預(yù)定量的焊接用錫 膏。施加助焊劑或焊接用錫膏的另 一種優(yōu)選方法是如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的使
用鏤花涂裝(stencil)和橡膠滾軸(squeegee )。在這種情況下，通過鏤花涂裝 的厚度來確定所施加的助焊劑或焊接用錫膏的厚度。根據(jù)本發(fā)明，還可通過例 如噴灑、浸涂、涂刷、或印刷等來施加助焊劑或焊接用錫膏。
優(yōu)選地，由于在電導(dǎo)測量中所反映出來的助焊劑的活性依賴于所存在的助 焊劑量，因此可對于電導(dǎo)探針施加預(yù)定量的助焊劑。理論上可以從電導(dǎo)數(shù)據(jù)中 計(jì)算出助焊劑的傳導(dǎo)率，但是這種方法并不實(shí)用，理由是必須考慮隨時(shí)間和溫 度變化的金屬線路相對于助焊劑形狀和體積的幾何形狀，并且知道作為溫度函 數(shù)的助焊劑的傳導(dǎo)率。因此優(yōu)選地，應(yīng)該滴涂預(yù)定量的助焊劑并且使用金屬線 路之間的傳導(dǎo)率作為助焊劑活性的相對量度，這依賴于趨于增大傳導(dǎo)率的離子 種類的形成。另外優(yōu)選地，為了評估衰退特點(diǎn)對于金屬線路施加預(yù)定量的焊接 用錫膏，這非常依賴于所存在的焊接用錫膏量。
優(yōu)選地，選擇預(yù)定量的助焊劑或焊接用錫膏來仿真其中使用助焊劑或焊接 用錫膏的生產(chǎn)焊接處理。在這種情況下，可基于包括金屬線路之間的間隔在內(nèi) 的線路幾何形狀來調(diào)節(jié)要施加到金屬線路的給定區(qū)域中的焊接用錫膏的量。優(yōu) 選這樣的間隔可與通過正在評價(jià)的回流焊接處理將要焊接的生產(chǎn)板 (production board)上接觸焊盤之間的最小間隔相比較。
優(yōu)選地，通過具有用來控制溫度曲線的傳送帶和加熱區(qū)的回流爐或預(yù)加熱 爐的裝置來執(zhí)行本發(fā)明的方法的加熱步驟。然而，還可利用或不利用已編程的 加熱程序，通過包括不具有傳送帶的穩(wěn)態(tài)爐(static oven)在內(nèi)的任《可適當(dāng)?shù)?裝置來提供根據(jù)本發(fā)明的加熱。
根據(jù)本發(fā)明的方法的電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線的分析典型地涉及當(dāng)電導(dǎo)探針經(jīng) 過回流爐或是被加熱時(shí)，繪圖測量得到的作為時(shí)間函數(shù)的電導(dǎo)和溫度。例如， 還可使用表格數(shù)據(jù)，優(yōu)選地通過計(jì)算機(jī)，或是使用不同類型的電導(dǎo)是溫度的函 數(shù)的曲線來執(zhí)行這種分析。通常^f艮設(shè)所測量得到的電導(dǎo)與助焊劑活性成比例。 回流焊接處理的電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線的關(guān)鍵特點(diǎn)包括初始室溫助焊劑活性， 其可檢測會縮短助焊劑的保質(zhì)期并且降低助焊劑的有效性的助焊劑的早熟激活；相對于焊接回流時(shí)間和溫度的激活助焊劑的時(shí)間和溫度，這會產(chǎn)生在^f吏用 的回流條件下的助焊劑有效性；以及緊跟回流處理之后在較低溫度下的助焊劑
劑殘留物。波峰焊接處理的電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線的關(guān)鍵特點(diǎn)與回流焊接處理的 電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線相類似。
可以多種方式來分析根據(jù)本發(fā)明所得到的數(shù)據(jù)以提供關(guān)于焊接處理的性 能的量化信息。例如，可相對于時(shí)間或溫度來繪圖電導(dǎo)數(shù)據(jù)以產(chǎn)生被直接分析
的曲線圖(curve),或是求電導(dǎo)數(shù)據(jù)的微分以產(chǎn)生第一或第二導(dǎo)數(shù)曲線圖，這 強(qiáng)調(diào)了隨時(shí)間或溫度的電導(dǎo)的變化?？赏ㄟ^(由本領(lǐng)域技術(shù)人員)檢查和/或 通過提取曲線特征來分析數(shù)據(jù)曲線圖，這樣的曲線特征包括(但不局限于)斜 率、峰值區(qū)域、峰值區(qū)域比、峰值高度、峰值高度比以及電導(dǎo)保持在預(yù)定值之 上的時(shí)間。
本發(fā)明的方法可進(jìn)一步包括如下步驟監(jiān)視來自粘結(jié)在電導(dǎo)探針或是包含 電導(dǎo)探針的電路板架上的環(huán)境傳感器的輸出。可提供有用信息的環(huán)境傳感器包 括用來感應(yīng)處于回流焊接爐的環(huán)境中的氧濃度、相對濕度(RH)、以及總氣體 壓力、或是波峰焊接的預(yù)加熱的傳感器。通過監(jiān)視并且分析根據(jù)本發(fā)明的涉及 多項(xiàng)評估的如上所述的傳感器的輸出(優(yōu)選地，通過調(diào)節(jié)環(huán)境改變他們的值)， 來確定關(guān)于助焊劑激活特點(diǎn)的所感應(yīng)到的參數(shù)和變化的效果。
如果對于金屬線路以及金屬線路之間的間隔兩者都施加助焊劑，則在周邊 溫度下在線路之間測量得到的電導(dǎo)提供了在測量之前已經(jīng)發(fā)生的助焊劑激活 的量度。因此，可檢測到發(fā)出縮短的助焊劑保質(zhì)期的信號的早熟助焊劑活性和 /或?qū)τ诳煽亢附觼碇v不充足的剩余助焊劑活性。Frederickson等人的 5,656,933、 6，005，399, 6,278,281和6,300,788號專利說明了用來以在周邊溫度 下的焊接用錫膏為特征的ac阻抗波譜的使用。這涉及作為應(yīng)用電壓頻率的函 數(shù)的復(fù)雜阻抗測量，并且與對應(yīng)的電路建模一同操作，以便檢測出可引起生產(chǎn) 焊接缺陷的焊接用錫膏中的焊料顆粒的氧化。然而，本發(fā)明人最先認(rèn)識到焊接 助焊劑的電導(dǎo)可提供助焊劑活性的量度，以及可使用處于環(huán)境(ambient)溫 度下的助焊劑活性來評價(jià)助焊劑的保質(zhì)期并且預(yù)測焊接性能。
本發(fā)明的這個(gè)實(shí)施例提供了 一種評價(jià)焊接助焊劑的活性的方法(使用前)，該方法涉及包括如下步驟的筒化流程(1 )提供包含在介電材料的基板上的預(yù) 定區(qū)域中設(shè)置的兩條金屬線路的電導(dǎo)探針；(2)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(yù)定區(qū)域中施加預(yù)定量的助焊劑；以及(3) 測量電導(dǎo)探針的金屬線路之間的電導(dǎo)。在這種情況下，相對高的電導(dǎo)表示焊接 助焊劑的相對高的活性。
本發(fā)明的設(shè)備包括(1 )包含在介電材料的基板上的預(yù)定區(qū)域中設(shè)置的兩 條金屬線路的電導(dǎo)探針；(2)用來測量電導(dǎo)探針的溫度的溫度探針；以及(3 ) 用來測量電導(dǎo)揮^十的兩條金屬線if各之間的電導(dǎo)的電導(dǎo)計(jì)。在優(yōu)選實(shí)施例中，在 至少部分的預(yù)定區(qū)域上方施加助焊劑并且當(dāng)測量作為溫度的函數(shù)的電導(dǎo)探針 的金屬線路之間的電導(dǎo)時(shí)加熱電導(dǎo)探針，從而產(chǎn)生電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線，并且 分析電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線來確定焊接處理中的助焊劑的性能。
本發(fā)明的設(shè)備的電導(dǎo)計(jì)通常包括可以是dc或ac的電壓源、以及電流-測 量設(shè)備。電流-測量設(shè)備可以是包含電阻和第二伏特計(jì)的單個(gè)設(shè)備，或是例如 包括電流跟隨器和/或緩沖器/放大器的更復(fù)雜的設(shè)備。由于電導(dǎo)是電阻的倒數(shù)， 因此電阻測量也可產(chǎn)生電導(dǎo)。
本發(fā)明的設(shè)備可進(jìn)一步包括用來同時(shí)測試多個(gè)電導(dǎo)探針的電路板架；用 來提高熱偶探針的信噪比的電壓放大器；用來提高電導(dǎo)計(jì)的信噪比的電流放大 器；模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器和用來方便可確定焊接處理性能的電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線的 分析的計(jì)算機(jī)；用來將數(shù)據(jù)信號從電導(dǎo)探針和溫度探針以及從任何其它所使用
的傳感器傳送到數(shù)據(jù)收集和處理系統(tǒng)的無線鏈接；用來收集并且存儲在完成加 熱步驟之后被下載的數(shù)據(jù)的板上數(shù)據(jù)鏈接；以及用來提供電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線 的硬拷貝的打印機(jī)。 優(yōu)選實(shí)施例的^兌明
圖3說明了本發(fā)明的設(shè)備的優(yōu)選實(shí)施例，其包括具有形成交叉梳狀樣式 的金屬線路對311與312、 331與332、以及351與352的多個(gè)電導(dǎo)探針310、 330和350;電路板架370;電導(dǎo)計(jì)370、包括利用連接線381和382連接到第 一伏特計(jì)383的熱偶380的溫度纟果針；用來提高來自電導(dǎo)計(jì)370和第一伏特計(jì) 383的輸出371、 384的信噪比的緩沖器/放大器模塊390;用來使來自緩沖器/ 放大器模塊390的輸出391數(shù)字化的模擬數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器392;用來分析來自A/D轉(zhuǎn)換器392的輸出393的個(gè)人計(jì)算機(jī)394;以及用來提供來自計(jì)算機(jī) 的輸出395的硬拷貝的打印機(jī)396。金屬線路對311與312、 331與332、以及 351與352分別經(jīng)由連接線313、 314、 333、 334、 353和354連接到電路斧反邊 緣接觸315、 316、 335、 336、 355和356,其可被插入電路板架370上的插槽 317、 318、 337、 338、 357和358，并且電路板架370經(jīng)由連4妻線319、 320、 339、 340、 359和360又連接到電導(dǎo)計(jì)370。緩沖器/放大器390包括兩個(gè)電路， 其中一個(gè)電路是來自電導(dǎo)計(jì)370的輸出371，而另一個(gè)電路是溫度探針的第一 伏特計(jì)383的輸出。圖4和圖5分別示出了電導(dǎo)探針和溫度探針的優(yōu)選緩沖器 /放大器的示意性電if各圖。
容納有多個(gè)電導(dǎo)探針的電路板架的使用實(shí)現(xiàn)了在基本上相同的條件下操 作的同一回流焊接中執(zhí)行的多個(gè)測試。電導(dǎo)探針可基本上相同，從而提供了結(jié) 果的再現(xiàn)性的指示，或者電導(dǎo)探針還可以不同，從而提供了一個(gè)或多個(gè)變量的 效果的指示。例如，可以改變對于表面相同的電導(dǎo)探針?biāo)┘拥闹竸┑牧炕?組成，或者利用相同的助焊劑來測試不同的電導(dǎo)探針幾何形狀。電路板架可以 是任何合適的設(shè)計(jì)并且可容納任意數(shù)目的電導(dǎo)探針，可以包括僅有一個(gè)探針。
電路板(大約為6.0cm長x 6.0cm寬x 0.8mm厚)具有形成交叉梳狀樣式的一 對銅線路。所釆用的梳狀樣式與根據(jù)IPC-TM-650 (方法2.6.3.3)的表面絕緣 電阻(SIR)測量中指定的B-25樣式相同。B-25樣式包括連接到一起的五個(gè) 梳狀部分以形成總共包括41個(gè)梳齒(0.4mm寬和25mm長，并通過0.5mm間 隔分離)的一對交叉梳狀物。銅線路是25，厚并且無表面光潔料。 一個(gè)或多 個(gè)探針上的邊緣連接器被插入可容納多達(dá)5個(gè)電導(dǎo)探針的不銹鋼電路板架 (35cm長x25cm寬x O.lcm厚)中的插槽當(dāng)中。包括單個(gè)熱偶(Omega GG-K-30-SLE-500,類型K)的溫度探針在物理上與電^各板架相接觸。
通常利用可提供大約3密耳(75//m)厚度的助焊劑或焊接用錫膏的鏤花 涂裝和橡膠滾軸來施加助焊劑或焊接用錫膏，這種^t婁花涂裝和橡膠滾軸典型地 在生產(chǎn)回流焊接中使用。橡膠滾軸被設(shè)計(jì)用來利用焊接用錫膏覆蓋所有的電導(dǎo) 探針梳狀物的梳齒的交叉部分，其中，焊接用錫膏包含用于焊接用錫膏衰退測 試的金屬焊料粉末。關(guān)于涉及助焊劑(無金屬焊料粉末)的助焊劑活性測量，橡膠滾軸被相對于電導(dǎo)探針梳狀物旋轉(zhuǎn)90。，從而沿著金屬線路以及在基板電 介質(zhì)之間垂直地條狀施加助焊劑。
通過Heller 1700回流爐來提供加熱，在此回流爐中以45厘米/分鐘的速度 傳送具有插入的電導(dǎo)探針的電路板架?；亓鳡t具有6個(gè)加熱區(qū)(每個(gè)區(qū)大約 25cm長)，其中，電導(dǎo)探針被順序地暴露于一組預(yù)定溫度。關(guān)于低溫溫度曲線， 順序的預(yù)定區(qū)溫度是160、 170、 180、 190、 215和230。C。關(guān)于中間溫度曲線， 順序的預(yù)定區(qū)溫度是180、 190、 190、 185、 185和245。C。關(guān)于高溫溫度曲線， 順序的預(yù)定區(qū)溫度是190、 190、 185、 180、 175和260。C?？梢哉{(diào)節(jié)傳送速度， 從而對于低溫溫度曲線、中間溫度曲線以及高溫溫度曲線完成整個(gè)曲線所需的 時(shí)間分別是3.5、 4.5和6.0分4中。
例1 -圖6示出了關(guān)于利用低溫溫度曲線來回流兩種可商業(yè)購得的焊接助 焊劑形成物(Kester244和Kester256GS)測量得到的說明性電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲 線。在室溫下可測量的電導(dǎo)對于兩種焊接用錫膏都是明顯的，這表明了可能限 制助焊劑的保質(zhì)期的某些助焊劑活性。對于Kester 256GS很明顯的較高室溫
保質(zhì)期。實(shí)際的保質(zhì)期測試表明了 Kester 256GS助焊劑具有4個(gè)月的保質(zhì)期 (shelf life )，而Kester 244助焊劑具有6個(gè)月的保質(zhì)期。
從圖6中的大約45。C (0.5分鐘)處開始，Kester256GS助焊劑的電導(dǎo)劇
活性。正如測量得到的電導(dǎo)所指示的一樣，可以看出在這個(gè)溫度/時(shí)間區(qū)域中
在圖6中的大約140°C ( 1.4分鐘)處開始，Kester 256GS助焊劑的電導(dǎo) 處于峰值并且隨后劇烈地下降，這表明了助焊劑溶液揮發(fā)時(shí)助焊劑活性隨之降 低。Kester244助焊劑的活性在這個(gè)溫度/時(shí)間區(qū)域中保持很高。從圖6中的大 約18(TC處開始，Kester256GS助焊劑的電導(dǎo)再次增大，這表明了當(dāng)樹脂系統(tǒng) 和助焊劑的微弱有機(jī)激活物液化時(shí)助焊劑活性隨之升高。在這個(gè)溫度/時(shí)間區(qū) 域中(一直到最大溫度232。C)， Kester 244助焊劑的活性持續(xù)升高，這反映了 244激活物的相對低的揮發(fā)性。
在圖6中，已經(jīng)達(dá)到峰值溫度并且溫度已經(jīng)下降到大約220°C ( 3.6分鐘)之后，電導(dǎo)對于兩種焊接助焊劑都降低，這反映了助焊劑活性會隨著溫度的降
低而降低。然而，Kester244助焊劑的活性下降的更緩慢并且在較長時(shí)間內(nèi)保 持高水平，并且達(dá)到了對應(yīng)于峰值焊接溫度的最大值。值得注意的是，Kester 256GS助焊劑直到3.6分鐘時(shí)才達(dá)到了全部活性，這是在2.2分鐘時(shí)達(dá)到了回 流溫度(180°C)之后?？墒褂眠@樣的結(jié)果來選擇對于給定應(yīng)用的最佳焊接助 焊劑。例如，提供了高水平持續(xù)助焊劑活性的Kester 244助焊劑對于利用例1 中的低溫溫度曲線來焊接具有相對差的可焊性的部件是優(yōu)選的。
從圖6中的大約115。C處開始，兩種焊接助焊劑的電導(dǎo)在低值上處于平穩(wěn) 狀態(tài)，這表明了當(dāng)助焊劑樹脂系統(tǒng)固化時(shí)助焊劑活性可被忽略。因此，兩種這 樣的焊接助焊劑提供了用來避免本領(lǐng)域中存在的腐蝕以及漏電流問題所需的 低殘留助焊劑活性。兩種助焊劑都具有可被接受殘留在電子組件上的焊接后殘 留物。
可商業(yè)購得的焊接助焊劑形成物(Kester 244和Kester 256GS )測量得到的i兌 明性電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線。例如，對于利用具有高于傳統(tǒng)錫鉛焊料的熔點(diǎn)的錫 銀銅焊料執(zhí)行回流焊接，需要上述的溫度升高。對于中間溫度曲線，Kester 256GS助焊劑展現(xiàn)出性能被改善了的兩個(gè)相同的電導(dǎo)峰值，這通過最大焊接溫 度處的非常高的助焊劑活性所表明。另一方面，Kester244助焊劑的活性盡管 趨于很高，仍在高溫處展現(xiàn)出巨大的變化，這表明了 Kester 244激活系統(tǒng)的某 些成分在中間溫度曲線中的較高溫度下具有很大的揮發(fā)性。在這種情況下， Kester 256GS助焊劑可以是優(yōu)選的，尤其是在增長回流循環(huán)時(shí)間的情況下。
例3 -圖8示出了關(guān)于利用高溫溫度曲線而不是低溫溫度曲線對例1和例 2中的兩種可商業(yè)購得的焊接助焊劑形成物(Kester 244和Kester 256GS )測 量得到的說明性電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線。對于高溫溫度曲線，Kester 256GS助焊 劑還展示出了相同的兩個(gè)電導(dǎo)峰值并且性能被進(jìn)一步改善，這通過在最大焊4妻 溫度下非常高的助焊劑活性(與中間溫度曲線相比較)所表明。與此相對比， 在高溫溫度曲線的較高溫度下，Kester244助焊劑的活性下降(與中間溫度曲 線相比4交)。
從例1至例3中給出的結(jié)果可以明顯地得出，Kester256GS助焊劑對于高溫溫度曲線是優(yōu)選的，而Kester 244助焊劑利用低溫溫度曲線會對具有相對差 的可焊性的焊接部件產(chǎn)生更佳的結(jié)果?；贙ester 244助焊劑的較低室溫活性， 因而其具有較長的保質(zhì)期。
例4 -圖9示出了使用高溫溫度曲線對于典型的水溶性助焊劑測量得到的 說明性電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線。典型地，對于通常具有低可焊性的難以焊接的金 屬系統(tǒng)使用這樣的助焊劑。可以看出水溶性助焊劑的活性(圖9)在整個(gè)回流 過程中都保持相對很高。此外，助焊劑活性在焊接處理之后(室溫下)也保持 很高，這表明了需要清潔處理以去除可引起腐蝕和/或感應(yīng)電遷移的助焊劑殘 留物。
例5-圖10示出了使用低溫溫度曲線對于三種回流膠嚢密封材料測量得 到的說明性電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線。典型地，這樣的材料被應(yīng)用到球柵陣歹'KBGA) 設(shè)備，球柵陣列(BGA)設(shè)備是使用陣列的焊料球面以提供與印刷線路基板 的互連的無鉛電子封裝體。膠嚢密封材料的存在加強(qiáng)了封裝體與基^1之間形成 的焊接點(diǎn)，因此提高了互連的粘結(jié)可靠性。在典型的回流焊接處理過程中，回 流膠嚢密封材料必須體現(xiàn)出達(dá)到焊料合金的熔點(diǎn)溫度的助燃特性?；亓髂z嚢密 封材料隨后交聯(lián)并且彎曲而成為完全聚合的膠嚢密封材料。正如Kirsten在美 國專利6,819,004中所說明的一樣，如果在回流處理中回流膠嚢密封材料過早 地彎曲，則所得到的凝膠體將會妨礙焊接點(diǎn)的形成。當(dāng)回流膠嚢密封材料彎曲 時(shí)，它的電導(dǎo)隨之降低。
從圖IO中可以清楚地看出，EL2-33-l和9110S材料與9101材料相比較， 在低得多的溫度下出現(xiàn)了彎曲，這使得它們(即，EL2-33-l和9110S材料) 不適于對某些較高溫度合金系統(tǒng)使用。在實(shí)際的焊接研究中，EL2-33-1和 9110S回流膠嚢密封材料對于熔點(diǎn)為183。C的共熔的錫-鉛焊料(63%的Sn和 37%的Pb)具有4艮好的性能，而只有9101材料對于熔點(diǎn)為221。C的無鉛合金 (96.5。/o的Sn、 3.0。/o的Ag、以及0.5 %Cu)是有效的。這些結(jié)果表明了本發(fā) 明還可被用來建立對于彎曲回流膠嚢密封材料所適用的溫度曲線，并且提供在 特定回流條件下具有的彎曲度的量度。
以上已經(jīng)描述并且說明了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人 員來說，變化及附加實(shí)施例無疑是明顯的。進(jìn)一步，等效元件可以替代這里已經(jīng)描述并且說明的元件，部件和連接可以被顛倒或是互換，并且還可獨(dú)立于其 它特征來使用本發(fā)明的特定特征。因此，這些示例性實(shí)施例應(yīng)該被視作為說明 性的而不是概括性的，本發(fā)明的完整保護(hù)范圍應(yīng)該由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1. 一種用來評價(jià)焊接處理中助焊劑的性能的方法，包括步驟提供電導(dǎo)探針，所述電導(dǎo)探針包括在介電材料的基板上的預(yù)定區(qū)域內(nèi)設(shè)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(dǎo)探針的溫度；在至少部分的所述預(yù)定區(qū)域上施加預(yù)定量的助焊劑；根據(jù)預(yù)定的溫度-時(shí)間曲線，利用所施加的助焊劑加熱電導(dǎo)探針；作為溫度的函數(shù)，測量電導(dǎo)探針的金屬線路之間的電導(dǎo)，從而得到電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線；以及分析電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線以確定在焊接處理中助焊劑的性能。
2. 根據(jù)權(quán)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(yù)定區(qū)域 內(nèi)施加助焊劑。
3. 根據(jù)權(quán)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(yù)定區(qū)域內(nèi)、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(dǎo)的步驟中檢測金 屬線路之間發(fā)生的電短路。
4. 根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過回流爐或波峰焊接預(yù)加熱爐的裝置來執(zhí)行加熱的步驟。
6. 根據(jù)權(quán)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(yīng)來作為溫度的函數(shù)測量 電導(dǎo)探針的金屬線路之間的電導(dǎo)。
7. 才艮據(jù)權(quán)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(yù)定頻率的ac電壓。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，在多個(gè)預(yù)定頻率下重復(fù)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(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中， 使用計(jì)算機(jī)來執(zhí)行所述分析的步驟。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述分析的步驟包括產(chǎn)生作為時(shí)間或溫度的函數(shù)的電導(dǎo)的數(shù)據(jù)曲線圖。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其中，所述分析的步驟進(jìn)一步包括從數(shù)據(jù)曲線圖中提取特征，該特征選自包括斜 率、峰值區(qū)域、峰值區(qū)域比、峰值高度、峰值高度比以及電導(dǎo)保持在預(yù)定值之 上的時(shí)間的纟且。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括如下步驟監(jiān)視來自粘結(jié)到電導(dǎo)探針或是包含電導(dǎo)探針的電路板架上的環(huán)境傳感器 的輸出。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，環(huán)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(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，對于來自環(huán)境傳感器的多個(gè)輸出重復(fù)所述施加的步-驟、所述加熱的步驟、 所述測量的步驟、所述監(jiān)視的步驟以及所述分析的步驟。
15. —種用來評價(jià)焊接助焊劑的活性的方法，包括如下步驟 提供電導(dǎo)探針，所述電導(dǎo)探針包括在介電材料的基板上的預(yù)定區(qū)域內(nèi)設(shè)置的兩條金屬線路；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(yù)定區(qū)域 內(nèi)施加預(yù)定量的助焊劑；以及測量電導(dǎo)探針的金屬線路之間的電導(dǎo)，其中，相對高的電導(dǎo)表明了焊接助焊劑的相對高的活性。
16. —種用來評價(jià)焊接處理中助焊劑的性能的設(shè)備，包括電導(dǎo)探針，其包括在介電材料的基板上的預(yù)定區(qū)域內(nèi)設(shè)置的兩條金屬線路；溫度探針，其用來測量電導(dǎo)探針的溫度；以及 電導(dǎo)計(jì)，其用來測量電導(dǎo)探針的兩條金屬線路之間的電導(dǎo)， 其中，在至少部分的所述預(yù)定區(qū)域上施加助焊劑，并且當(dāng)作為溫度的函數(shù) 測量電導(dǎo)探針的金屬線路之間的電導(dǎo)時(shí)加熱電導(dǎo)探針，從而產(chǎn)生電導(dǎo)-溫度時(shí) 間曲線，分析所述電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線以確定焊-接處理中的助焊劑的性能。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中， 兩條金屬線路形成交叉梳狀樣式。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中， 所述介電材料包括聚合物。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中， 所述介電材料包括陶瓷。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中， 所述溫度探針包括熱偶和第 一伏特計(jì)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中， 所述熱偶與部分的電導(dǎo)探針物理上接觸。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中， 所述電導(dǎo)計(jì)包括電壓源和電流測量設(shè)備。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中， 所述電壓源是ac電壓源。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中， 所述電流測量設(shè)備包括電阻和第二伏特計(jì)。
25. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中， 通過回流爐或預(yù)加熱爐來加熱電導(dǎo)探針。
26. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括 電路板架，其用來同時(shí)測試多個(gè)電導(dǎo)4笨針。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的設(shè)備，其中， 所述熱偶與部分的電路板架物理上接觸。
28. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括 電壓放大器，其用來提高熱偶探針的信噪比。
29. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括 電流放大器，其用來提高電導(dǎo)計(jì)的信噪比。
30. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器；以及計(jì)算機(jī)，由此實(shí)現(xiàn)用來確定焊接處理中的助焊劑的性能的電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線的分析。
31. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括無線鏈接，其用來將數(shù)據(jù)信號從電導(dǎo)探針和溫度探針以及從任何其它所使 用的傳感器傳送到lt據(jù)收集和處理系統(tǒng)。
32. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括板上數(shù)據(jù)鏈接，其用來收集并且存儲在完成加熱的步驟之后^^皮下載的數(shù)
全文摘要
通過監(jiān)視助焊劑的活性來評價(jià)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(dǎo)得到的。測量得到的電導(dǎo)-溫度時(shí)間曲線提供了對于給定的應(yīng)用而言選擇合適的助焊劑形成物以及焊接條件、關(guān)于確定焊接處理問題的形成原因、以及關(guān)于開發(fā)改良的助焊劑形成物等有用的信息。
文檔編號G01R27/22GK101437641SQ200780016221
公開日2009年5月20日 申請日期2007年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月17日
發(fā)明者保羅·克利馬, 尼克·辛基諾, 布賴恩·德雷姆 申請人:凱斯特公司