1、電子成品焊接技術錫膏篇2005-05-20報 告 人 :,Copyright 2005 Shenmao(c) Design. All rights reserved.,1. 何謂錫膏,Rosin,Organic Acid,Solvent,含鉛錫膏,無鉛錫膏,錫粉,助焊劑,松香or 樹脂,活性劑,溶劑,2000倍,3700倍,混合攪拌,2. 錫粉合金,常用合金組成,錫粉粒徑分布,此粒徑分布為依照IPC規範所制定,藍色代表:含鉛合金 綠色代表:無鉛合金,2.1 合金特性,含鉛合金組成,無鉛合金組成,2.2 常用無鉛合金組成,4,Sn-3.9Ag-0.6Cu,Sn-3.8Ag-0.7Cu,Alloy
2、 composition,Sn-5.0Sb,Sn-0.7Cu,Sn-3.5Ag,Sn-3.0Ag-0.5Cu,Sn-8.8Zn,Sn-8.0Zn-3.0Bi,Sn-58Bi,Melting point(oC),243/236,227/227,221/221,219/217,219/217,219/217,199/199,197/187,138/138,Specific gravity,7.3,7.4,7.4,7.4,7.4,7.4,7.3,7.3,8.7,Sn-37Pb,183/183,8.4,Tensile strength(Kgf/mm2),5.1,3.4,3.2,3.6,3.5,3.5,
3、4.6,7.1,7.0,4.3,Elongation (%),35,28,30,38,37,37,37,23,12,32,Sn-3.5Ag-0.7Cu,219/217,7.4,3.6,38,Sn-3.5Ag-4.0In-0.5Bi,211/190,7.4,5.2,32,5,No.,1,2,3,10,11,12,13,6,8,Sn-3.5Ag-8.0In-0.5Bi,206/170,7.5,6.5,30,9,7,3. 助焊劑,由於各家廠商所使用之成份不同,且FLUX成分大多屬於各廠商的Know How所在,在此僅就其作用加以簡述。1.松香(rosin)/樹脂(Resin):可分為天然及合成兩種2
4、.溶劑(solvent):用以調整(降低)錫膏黏度3.活性劑(activator):用以清除待銲金屬表面上的氧化物4.增稠劑(thickeners):用以調整(增加)錫膏黏度5.流變劑(rheological additives):用以防止錫膏在印刷後發生崩塌現象6.其它添加劑:各家廠牌錫膏之不同配方,一、保存方法(1)、錫膏的保管要控制在0-10的環境下。(2)、錫膏使用期限為6個月(未開封)。(3)、不可放置於陽光照射處。二、使用方法 (開封前) (1)、開封前須將錫膏溫度回升到使用環境溫度上(25 2)，回溫時間約為3-4小時，並禁止使 用其他加熱器使其溫度瞬間上升的做法。(2)、回溫後
5、須充分攪拌，使用攪拌機的攪拌時間約為13分鐘，視攪拌機機種而定。三、使用方法 (開封後)(1)、將錫膏約2/3的量添加於鋼板上，盡量保持以不超過1罐的錫膏量於鋼板上。(2)、視生產速度，以少量多次的添加方式補足鋼板上的錫膏量、以維持錫膏的品質。(3)、當天未使用完的錫膏，不可與尚未使用的錫膏共同置放，應另外存放在別的容器之中。 錫膏開封後在室溫下緊閉罐蓋請於3天內使用完畢,並且若要使用時請按照步驟4所述。(4)、隔天使用時應先行使用新開封的錫膏，並將前一天未使用完的錫膏，與新錫膏以1：2的比 例攪拌混合，並以多次少量的方式添加使用。(5)、錫膏印刷在基板後，建議於46小時內置放零件進入迴銲爐完
6、成著裝。(6)、換線超過一小時以上，請於換線前將錫膏從鋼板上刮起收入錫膏罐內封蓋。(7)、錫膏連續印刷24小時後，由於空氣粉塵等污染，為確保產品品質，請按照步驟(4)的方法。(8)、為確保印刷品質，建議每四小時將鋼板雙面的開口以人工方式進行擦拭。(9)、室內溫度請控制於22-28，最大允許範圍為2130，濕度RH3060%為最好的作業環境。(10)、錫膏黏度值最佳化為20030 Pa.s(25)，最大允許使用範圍為150240 Pa.s(11)、欲擦拭印刷錯誤的基板，建議使用乙醇、IPA或去漬油。,4. 保存與使用方法,5. 溫度曲線圖-含鉛錫膏,溫度曲線圖中，每一段的溫度變化與錫膏中的何種成
7、份有關聯?下圖為含鉛錫膏(Sn63/Pb37)的溫度曲線建議圖,說明： PREHEAT階段-溶劑的揮發 SOAK階段-活性劑(清除氧化物)與搖變劑(防止崩塌) REFLOW階段-松香或松脂的潤濕,請點選兩次,5.1 溫度曲線圖-無鉛錫膏,A: ramp up rate during preheat: 1.53.0 oC/secBC: soaking temperature: 170 15 oCD: ramp up rate during reflow: 1.22.3 oC/secE: ramp down rate during cooling: 1.72.2 oC/secFG: peak te
8、mperature: 240 10 oCT1: preheat time: 65 15 secT2: dwell time during soaking: 60-120 secT3: time above 220 oC : 4070 sec,50,100,150,200,100,150,200,250,50,Sec.,pre-heat,soaking,cooling,reflow,A oC/sec,B oC,FG oC,T2,T3,D oC/sec,E oC/sec,T1,C oC,220,250,下圖為無鉛錫膏(Sn/Ag/Cu系列)的溫度曲線建議圖,6. 錫膏於SMT使用現場之管理,保管:
9、1. 放置冷藏庫中2. 使用開始:與室溫相同,基本上在印刷機相同的溫度環境下在回溫4小時內不可開封3. 為防止結露問題將一天的使用量放至在室溫內回溫.4. 攪拌:使用攪拌設備5. 在次使用時詳細記錄時間負責人品名製造編號開始使用時間及使用終了時間鋼板的清潔及保管:1. 以抗靜電的塑膠袋將鋼板放入並放在固定置放架保管2. 置放架不可有污染源,鋼板表面注意不可有傷痕,鋼板是以鋁框有厚度保存,場地須廣大.以one touch方式依鋼板的厚度收納管理檢查要點不良率的發生加以統計,以統計表表示1 在基本上感覺到其狀態有不同時(觀察 嗅覺,觸感等)2 錫膏的黏度測定3 印刷的狀態和錫膏的狀態4 印刷的狀態
10、和焊接完成的狀態(錫珠,光澤,架橋,浮起等)5 目測,配合放大鏡檢查焊接後的製品,清潔1. 取下在鋼板上的錫膏2. 以洗淨溶劑IPAA. 左手持擦拭紙並放在鋼板的下方B. 在鋼板的上方以清洗瓶將IPA倒出C. 右手持有擦拭紙,兩手同時拭擦鋼板D.左手換上乾淨的擦拭布,在鋼板面倒出IPAE. 以除水空氣槍由開口內部將錫膏吹出F. 以放大鏡觀查如仍有錫粉等需重覆4 5的作業程序.G. 以沾有IPA之擦拭布在兩面的鋼板上作擦拭 H. 若使用超音波需注意洗淨液的保管.其他注意點1 室溫 溼度的確認2 印刷機,括刀等的清潔,確認沒有殘餘錫膏附著3 使用前確認挖出用具沒有殘餘錫膏附著4 取出的錫膏在劣化前
11、使用完畢(溫度,溼度的影響,7. 錫膏信賴性評估測試項目總覽,7.1 鹵素含量試驗,a. 目的：檢測助銲劑中的氯或溴離子含量是屬於規範中的何種等級?b. 規範標準：JIS-Z-3284之4.2(Flux for solder paste) J-STD-004, IPC-TM-650 Method 2.3.35Bc. 儀器設備: 電位差自動滴定儀 or 毛細管電泳儀d. 判定標準：請按照此規範當中制定所開發出的flux為何種等級,並列出標準值與 最大誤差值。,7.2 鉻酸銀試驗,目的： 利用鉻酸銀試紙的顏色變化來檢測助銲劑中氯、溴離子的含量是否過量規範標準：J-STD-004之3.2.4.2.1
12、 & IPC-TM-650之2.3.33測試方法：將錫膏當中的助銲劑萃取後，再把一滴助銲劑溶液滴於51mm51mm 的鉻酸銀試紙，約過了10min 後，觀察試紙上顏色的變化。判定標準：試驗紙不能變為白色或白黃色,Pass,Fail,7.3 銅鏡試驗,a. 目的：利用銅鏡是否有透光或顏色消失來檢測助銲劑對真空蒸鍍成的銅的侵蝕性。b. 標準規範：J-STD-004之3.2.4.1 & IPC-TM-650之2.3.32 JIS-Z 3197之6.6.2 c. 測試方法：將約0.05ml的助銲劑溶液滴於銅鏡上，並且將銅鏡置於溫度為 232及相對溼度為505%RH的試驗箱中，放置24小時。d. 判定標
13、準：銅鏡的銅膜不能被除去而透光。 附註說明：此試驗方法公司並無能力進行,因此需委外進行。,7.4 銅板腐蝕試驗,a. 目的：檢測錫膏中的活性劑是否有強烈的腐蝕作用。b. 規範標準：JIS-Z-3197之6.6.1 IPC-TM-650 Method 2.6.15c. 儀器設備：銅片,恆溫恆濕箱。 d. 判定標準：將此試驗板與室溫下儲存之比較用試驗板互相比較，其腐蝕性並 未更加顯著。,7.5 擴散性試驗,a. 目的：測試錫膏的吃錫性，確認其擴散的能力b. 規範標準：J-STD-004之3.2.7.2 & IPC-TM-650之2.4.46 JIS-Z-3197之6.10c. 測試方法： 1、秤取
14、0.3克錫膏置於銅板上。2、將此試驗板置於220的加熱板上加熱30秒鐘。3、去除助銲劑殘渣後，量測銲錫的高度。4、由銲錫的高度計算銲錫擴散率。銲錫擴散率100(DH)/D H：銲錫的高度(mm) D：直徑(假設銲錫為球狀) D：1.24V1/3 V：錫膏重量/比重d. 判定標準：測試三個樣品取平均值,7.6 潤濕性試驗,a. 目的：測試錫膏的濕潤性能力b. 規範標準：J-STD-005之3.9 & IPC-TM-650之2.4.45 JIS-Z-3284之附件十c. 儀器設備：沾錫天平d. 評定標準 : 取三個測試值的平均值,7.7 助焊劑含量試驗,a. 目的：確認助焊劑的標準含量並加以制定上
15、下誤差值b. 規範標準：IPC-TM-650 Method 2.2.20 JIS-Z-3197之6.1篇c. 測試方法：參考規範內容所述,7.8 錫粉粒徑、形狀與含氧量試驗,a. 目的：確認所使用的錫粉粒徑、形狀以及含氧濃度是否符合規範標準b. 規範標準：J-STD-005 & IPC-TM-650之2.2.14 , 2.2.14.1 c. 儀器設備：3D畫像測定儀與氧氮分析儀與顯微鏡,含氧濃度標準,錫粉粒徑標準,7.9 崩塌性試驗,a. 目的：測試錫膏於印刷後與受熱後的抗坍塌性，以防止短路與錫球產生b. 規範標準：J-STD-005之3.6 & IPC-TM-650之2.4.35 JIS-Z
16、-3284之附件七(Cold slump)及附件八(Hot slump)c. 測試方法：內容請參考規範d. 附註：IPC與JIS規範內容有所不同，請參考規範中的測試樣板,印刷後,加熱後,7.10 黏著力試驗,a. 目的：確認錫膏有足夠的黏著力，以防止於高速移動時掉(飛)件。b. 規範標準：J-STD-005之3.8 & IPC-TM-650之2.4.44 & JIS-Z-3284之附件九c. 測試設備：如圖所示,7.11 黏度試驗,a. 目的：確保錫膏印刷品質及保持良好的下錫性,確認是否符合標準值,以及制定誤差值。b. 規範標準： JIS-Z-3284之附件六4.1篇 & IPC-TM-650
17、之2.4.34.3 c. 測試工具：日系Malcom PCU 203d. 判定標準：在25、10rpm轉速下，黏度值符合標準值範圍內,7.12 黏著指數試驗,目的：確保錫膏有足夠的防坍塌性及良好的脫膜效果規範標準：JIS-Z-3284附件六之5.2篇測試工具：Malcom 黏度計 PCU 203型判定標準：計算出Log(3rpm的讀值/30rpm的讀值) 。其讀值需介於0.5-0.65的 參考值()之間。 () ： 參考值界定依據如附圖所示，小於0.4則易坍塌，大於0.65則不易印刷,黏著指數(Thixotropy) ：大(0.65),黏著指數(Thixotropy) ：小(0.4),7.13
18、 錫膏壽命連續測定試驗,a. 目的：確認錫膏經過長時間的攪拌,紀錄其黏度的變化值,來加以判定其使用壽命b. 規範標準： 自訂 c. 測試工具：日系Malcom PCU 203d. 測試方法 : 將錫膏放置在攪拌機中,使用10rpm轉速使錫膏持續攪拌,並加以紀錄 黏度的變化e. 判定標準：在25、10rpm轉速下，黏度經過多少小時之後會超出原始黏度值的20%,7.14 錫珠試驗,a. 目的：測試錫膏於加熱融化後，於氧化鋁板上是否收縮成一顆錫球的能力與 安定不飛濺的穩定度。b. 規範標準：J-STD-005之3.7及3.71 & IPC-TM-650之2.4.43 JIS-Z-3284之附件十一c
19、. 測試方法：把銲錫膏放在銲錫不會濡潤的氧化鋁(或陶瓷)基板上溶融，焊錫膏中的 焊錫粒子以特定的條件測定其凝集性能。(請詳閱規範內容)d. 判定標準：焊錫溶融成一個大球，周圍沒有錫球或小於75 m以下的錫球不得超過3個,7.15 S.I.R試驗,a. 目的：確認錫膏迴銲後的助銲劑殘留，是否有足夠的絕緣阻抗值b. 規範標準：J-STD-004之3.2.4.5 & IPC-TM-650之2.6.3.3 JIS-Z-3284之附件三測試方法：本試驗方法，將銲錫膏在IPC-B-25上印刷、迴銲後進行為期168小時的 絕緣抵抗值的量測。附註說明：此項測試是否進行端看前面的測試項目加以評斷e. 判定標準
20、: 168小時後,電阻值必須大於100MB 以上,7.16 電子遷移試驗,目的：確認錫膏迴銲後的助銲劑殘留，是否於電路間因高溫及高濕環境下形成漏 電流，而隨著電子遷移形成樹突狀細絲。 b. 規範標準：JIS-Z-3284之附件十四 , IPC-TM-650 Method 2.6.14.1 Bellcore TR-NWT-000078 Issue 3 試驗方法：本試驗法將銲錫膏迴銲後，在基板上的2個電極間印加電壓，確認有無 遷移現象發生。d. 判定標準：用放大鏡如看到一極往另一極生成樹枝狀的金屬的話，即可判定有遷移 現象發生。e .附註說明：此項測試是否進行端看前面的測試項目加以評斷,7.17
21、錫膏連續印刷性試驗,目的：確保錫膏經過長時間的印刷之後,不會有黏括刀的現象出現規範標準：None測試工具：MPM3000印刷機d. 測試方法 : 將錫膏放置於MPM3000印刷機上,使其不間斷的來回印刷e. 判定標準： 不得產生黏括刀的現象,7.17.1 錫膏印刷性成型試驗,目的：主要測試錫膏初期印刷與連續印刷後在pcb板上的成型規範標準：參考JIS-Z-3284附件5或者由昇貿自訂測試工具：MPM3000印刷機d. 測試方法 : 將錫膏放置於MPM3000印刷機上,觀察印刷初期與連續印刷後的成型判定標準： 印刷初期不得出現短路,狗耳朵,並且判定錫膏可在不擦拭鋼板的情 形下連續印刷幾片不會出現
22、短路與狗耳朵現象,7.18 ICT探針試驗,目的：確認錫膏經過reflow加熱之後,所殘留在焊點上的flux可以被ICT探針刺穿規範標準：昇貿自訂測試工具：ICT探針測試機d. 測試方法 : 將回焊後的pcb板放置於針床上再施加外力e. 判定標準： 不得有任何誤判的現象出現,7.19 X-Ray試驗,目的：確認錫膏經過reflow之後,經過X-ray照射,所有焊點內的void符合IPC-7095規範規範標準：IPC-7095測試工具：HP的 5DS X-Ray(此項測試由業務協調跟客戶借調設備)測試方法 : 將回焊後的pcb板放置5DS當中進行void觀察,並加以量測其void面積是否 符合標
23、準e. 判定標準： Void面積,最基本要求不得超過25%,7.20 焊接外觀觀察,目的：確認錫膏經過reflow之後,觀察Chip,QFP等零件的吃錫高度與銲點外觀規範標準：IPC-A-610D測試工具：顯微鏡測試方法 : 將回焊後的pcb板放置顯微鏡中進行外觀觀察,並加以拍照 e. 判定標準： 所有零件的吃錫高度都必須符合規範內容所述,7.21 金相切片試驗,目的：進行BGA,QFP,CHIP等零件的切片,觀察其焊接剖面圖,IMC層.等等規範標準：測試工具：實體顯微鏡與SEM測試方法 : 選定零件後進行切片研磨拋光動作後,進行拍照 e. 判定標準： 確認零件焊接面沒有產生不良的IMC層,8. 組裝成品的不良原因與對策,THANKS!,
