制程工程师专业知识基础教学-锡膏的介绍.ppt

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 Solder 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:,合金錫球粒徑大小的分類 :,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 :,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,Flux的種類,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 :,共熔合金的平衡相圖（Phase Diagram):,Sn-Ag-Cu IMC (Intermetallic Compounds)介面合金共化物 Cu6Sn5 & Ag3Sn,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Cu6Sn5，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0.5-1.0m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Cu6Sn5 之良性IMC與底銅之間還會另外生出一層惡性的Cu3Sn. 此惡性者與原先良性者本質上完全不同，一旦Cu3Sn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:,Cu6Sn5,Cu,Ag3Sn,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 :,14m以上,1m以下,2m,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