制程工程师专业知识基础教学-锡膏的介绍

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,制,程 工 程 师,专 业 知 识 基 础 教 学,-,锡,膏,的 介 绍,何谓锡膏?,锡,膏是,SMT,中最为关键的材料,.,b.由合金锡球solder powder及助焊剂Flux按照比例均匀混合而成.,d.它的胶状特性能让SMD附着.,c.它透过钢板上经计算切开的网孔,在锡膏印刷机中印在PCB的焊垫上.,e.经过回焊炉的加温熔解,让SMD的电极及PCB的焊垫焊在一起,构成回路,导通电流.,锡膏的主要成分介绍,合金锡球,Solder powder,锡膏,S,older Paste,助焊剂,Flux.,每一家廠商的錫膏都有差異,最主要的不同在於,:,1.,合金比例,.,2.,Flux,的成分差異,.,合金锡球主要成分,合金锡球主要成分为:,a.锡(Sb)b.银(Ag)c.铜(Cu)d.锑(Sb)e.铋(Bi)f.锌(Zn),g.铅(Pb)h.铁(Fe)i.铝(Al)j.砷(As)k.镉(Cd),其中铅(Pb)镉(Cd)为Rohs的管制原料,铅(Pb)含量需小于1000ppm,镉(Cd)含量需小于100ppm,不同合金及比例组合及所需熔融的大约温度:,No,Alloy,Liquidus Temperature,Remark,1,Sn63-Pb37,183,Lead,2,Sn62-Pb36-Ag2,179,Lead,3,Sn96.5-Ag 3.5,221,Lead-Free,4,Sn96.5-Ag 3-Cu0.5,217,Lead-Free,5,Sn89-Zn8-Bi3,194,Lead-Free,合金錫球粒徑大小的分類,:,Solder Power Type,Solder Power Size Classification,Remark,Type 2,25 63,Type 3,25 45,PAL,Type 4,25 38,Mostly,Type 5,15 32,Type 6,5 15,單位,:,m,當錫膏中的合金錫球愈小時，其形成銲點後向外逸出不良錫球之機會也就愈大。因為“表面積体積”的比值愈大時，也需要較多的助焊劑以減少其氧化，因而一些較小粒子者（,15m,以下）就很容易在熔焊時從主體中被“沖擠”出來。,故各型錫膏配置時必須訂定其選用粒徑大小（,Particle size,），與其重量百分比的分配（,Size Distribution,）兩種參數，以適應印刷時開口的大小及減少不良錫球的產生。,注意事項,:,合金锡球,的外觀,不正常,不正常,正常,當合金錫球之粒徑及外形相差過於懸殊時，對鋼板印刷甚至注射法,(,點錫膏,),的施工都很不利，常會造成出口的堵塞。不過經驗中也曾學習到錫粉中還須備有著某種“不均勻外形”者之比率存在，如此方可減少熔焊前預熱中錫膏的坍塌（,Slump,）,.,按标准粒度重量百分比所组成之,六,种细粒锡膏,:,Type,粒度直径上限,大粒度直径,(须在1以下),正确粒度直径,(须在80以上),小粒度直径,(须在10以下),1,160,150,15075,20,2,80,75,7545,20,3,50,45,4525,20,Type,粒度直径上限,大粒度直径,(须在1以下),正确粒度直径,(须在80以上),小粒度直径,(须在10以下),4,40,38,38,20,20,5,30,25,2515,10,6,20,15,155,5,J-STD-005,單位,:,m,Flux主要成分,载剂 Carrier Materials,溶剂,Solvent,活化剂,Activator,其它添加物,Theological Additive,助焊剂,Flux,Flux,各成分的功能,No.,Item,Description,a,载剂,Carrier Material,为助焊剂组成成分之主体,协助活化剂的分布及传热,.,b,溶剂,Solvent,有效混合各种添加物并调整锡膏粘稠度,c,活化剂,Activator,-清洁(腐蚀)锡球及PCB焊垫表面的氧化物,让焊接更加紧密,d,其它添加物,Theological Additives,锡膏粘稠度的调整改善过回焊炉时锡膏熔融塌陷问题.,Flux,的種類,No,Type,Content,a,R,Rosin,(Isopropyl Alcohol),b,RMA,Rosin,Mildly Activated,c,RA,Rosin,Activated,d,OA,Organic Acid,e,SA,Synthetic,Activated,Solder paste,solder wire use RMA type.,Solder Paste,熔融過程,a.,b.,c.,d.,e.,錫膏液化後的銲錫性等級,:,Classification,Wetting Angle,Prefect wetting,0,10,Excellent wetting,10,20,Very good wetting,20,30,Good wetting,30,40,Adequate wetting,40,55,Poor wetting,55,70,Very poor wetting,70,90,None wetting,90,共熔合金的平衡相圖（,Phase Diagram),:,Sn,-Ag-Cu IMC(,Intermetallic,Compounds),介面合金共化物,Cu,6,Sn,5,&Ag,3,Sn,焊接動作之所以能夠焊牢，最根本的原因就是,銲錫與底金屬銅面之間,，已產生了IMC之良性介面合金共化物Cu,6,Sn,5,，此種如同樹根或家庭中子女般之介面層，正是相互結合力之所在。,但,IMC,有時也會在銲錫主體中發現，且呈現粒狀或針狀等不同外形。其液態時成長之初的厚度約為,m,之間，一旦冷卻固化,IMC,後還會緩緩繼續長厚，而且環境溫度升高時還將會長的更快，最好不要超,2m,。,一段時間,之後,，,在原先,Cu,6,Sn,5,之良性,IMC,與底銅之間還會另外生出一層惡性的,Cu,3,Sn.,此惡性者與原先良性者本質上完全不同，一旦,Cu,3,Sn,出現後其銲點強度即將漸趨劣化，脆性逐漸增加，,IMC,本身鬆弛，甚至整體銲點逐漸出現脫裂浮離等生命終期的到來。,一般,IMC,的性質與所組成的金屬完全不同，常呈現脆性高、導電差，且很容易鈍化或氧化等進一步毀壞之境界。並具有強烈惰性頑性，一般助焊劑均無法加以清除。,注意事項,:,Cu,6,Sn,5,Cu,Ag,3,Sn,SAC-IMC,層的種類,:,IMC,太厚,:,合金熔解時間過長,.,IMC,太厚,:,合金熔解時間過長,.,正常,IMC:,合金熔解時間請參照錫膏供應商的,sample profile.,冷卻速度的增加可減緩,IMC,的增長及分佈,正常,IMC,IMC,太薄,IMC,太厚,SAC-IMC,層的厚度,:,14,m,以上,1,m,以下,2,m,IMC,生長進程,:,此為錫鉛合金的,Solder Join IMC,衰敗過程,.,IMC,生長率,:,除了“焊錫性”好壞會造成生產線的困擾外，“銲點強度”更是產品後續生命的重點。但若按材料力學的觀點，只針對完工焊料的抗拉強度與抗剪強度討論時，則並不務實。反而是高低溫不斷變換的長期熱循環（又稱為熱衝擊,Thermal Shock,）過程中，其等銲點由於與被焊物之熱脹係數不同，而出現塑性變形，再進一步產生潛變甚至累積成疲勞才是重點所在。因此等隱憂遲早會造成銲點破裂不可收拾的場面，對焊點之可靠度危害極大。,元件的金屬引腳與元件本體，及與板面焊墊之間的熱脹係數並不相同，因而在熱循環中一定會產生熱應力進而也如響應的出現應變，多次熱應力之後將再因一再應變而“疲勞”，終將使得焊點或封裝體發生破裂，此種危機對無腳的,SMD,元件影響更大。,“細晶”的結構者，其強度與抗疲勞性才會更好,。,一旦引腳、銲點合金、與銲墊,(,即板材,),三種焊接單元之熱脹係數無法吻合匹配時，則經過高低溫多次變化中，其銲點會因漲縮之疲勞而逐漸發生故障，會因潛變而導致銲點的破裂,，銲點故障的主因就是溫度變化所造成的“疲勞”故障。許多完工的組裝板，即使放在貨架上而並未實際使用，經歷一段時間的日夜溫度變化下，就會發現一些通電不良的焊點故障情形。凡三種參與焊接之單元間其熱脹係數落差愈大者，則銲點愈容易發生故障。,注意事項,:,