千住锡膏.pdf.pdf

? 焊接基础 / 助焊剂的作用 ? 回流焊接的流程及对锡膏特性的要求 ?回流焊接在各工程的管理要点 ? 新产品介绍 焊接基础讲座 千住金属工業株式会社 開発技術部 senju metal industry co., ltd.senju metal industry co., ltd. ? 焊接基础 / 助焊剂的作用 焊接工程: 加热 浸润 扩散 合金化 ? 焊接基础 【浸润】溶化的锡膏在被接合部的金属表面扩散 【扩散】 物质有浓度之差时,会发生浓度高的物质向浓度 低的物质移动的现象 【合金化】 由于金属扩散具有两种以上的金属溶合成一种 性质不同的金属(合金)的現象 cu6sn5 化合物 cu3sn 化合物 焊锡中的sn 向cu一側扩散 cu扩散到融化的锡膏 中 锡膏 锡膏 尚未浸润正在浸润理想的浸润状态 焊锡槽（设定260） 溶化的焊锡snagcu （m705） 铜板 铜板助焊剂 ? 助焊剂在焊接中的作用 在铜板上做上锡实验 只用铜板时的状态 铜板助焊剂时的状态 ? 助焊剂在焊接中的作用 铜板表面 的氧化层 铜板 铜板 溶融的锡膏溶融的锡膏 铜板 ? 助焊剂在焊接中的作用 只用铜板的状态 氧化层妨碍焊 接进行 溶化的焊锡 溶化的焊锡 铜板 溶解铜板表面的氧化层 焊锡与铜之间相互扩散 焊接后的断面 焊锡 铜板 合金層（sncu反应物） ?助焊剂在焊接中的作用 铜板助焊剂的情况 铜板 助焊剂 热 （热风、红外线、铬铁） 接合部材加热 金属扩散反应 融化 金属扩散反应 助焊剂 -cooh（有机酸） -br（溴 卤素） 被焊接的金属 （铜、镍等） 焊锡 （snpb、snagcu等） ?助焊剂在焊接中的作用 活性化 溶解氧化膜 防止再氧化 降低表面张力 回流焊接 波峰焊接 手工焊接 助焊剂的形状加热的形态 各种焊接及助焊剂 ?助焊剂在焊接中的作用 回流焊接的流程及对锡膏特性的要求 印刷 流动性 印刷脱模性 形状保持力 部品保持力 （粘着性）实装贴片机 回流炉 ? 回流焊接的流程与对锡膏特性的要求 溶融性 浸润性 锡珠 电气可靠性 印刷性粘着力回流性 松脂 触变剂 活性剂（卤素） 活性剂（有机酸） 溶剂 ?回流焊接的流程与对焊膏特性的要求 对锡膏要求的特性与助焊剂成分的关系 电子显微镜照片 助焊剂 锡膏粉末 锡膏 ? 回流焊接各工程的管理要点 使用前准备与印刷工程 注意！ 不可在冷冻状态下开封 结露 ?回流焊接在各工程的管理要点使用前准备与印刷工程 使用前的准备 使用前回到常温 253 分以上 冷藏保管 010 （6个月） 印刷环境 推荐温度 253 推荐湿度 4060%rh 手搅拌 自动搅拌机 3060秒 注意！ 搅拌过久会导致 温度升高、粘度低下 ?回流焊接在各工程的管理要点使用前准备与印刷工程 使用时间的规定、再使用时的注意点 未使用剩余部分 作业结束后留在网板上的锡膏 （限使用8小时以内） 开封后 48小时以内使用 密封及在48h以内使 用时（不需冷藏） 预定使用的情况 密封后再冷藏保管 （再冷藏仅限1次） 无使用予定的情况 新旧不可混用 印刷机内的注意点 随时保持网板、刮刀清洁 ?回流焊接在各工程的管理要点使用前准备与印刷工程 防止混入不同型号、成份不同的锡膏 防止混入新旧不同的锡膏 钢网 pcb ?回流焊接在各工程的管理要点使用前准备与印刷工程 印刷机内的注意点 印刷对象范围内不要残留锡膏 大开口部的供給量过剩 小开口部的脱模不良 mask pcb 一般的激光加工高品位的激光加工一般的激光加工高品位的激光加工一般的加工一般的加工 process lab. micron ?回流焊接在各工程的管理要点使用前准备与印刷工程 钢网对印刷性的影响 印刷转印不足 开口部 照片 a社 b社 ?回流焊接在各工程的管理要点使用前准备与印刷工程 刮刀两边溢出锡膏对策 减少废弃量 印刷范围 印刷范围外 锡膏易干燥、氧化、 加速锡膏劣化 防止锡膏溢出的装置 抑制锡膏劣化 抑制印刷不良、减少废弃量 正常的锡膏吸湿后的锡膏氧化、劣化后的锡膏 正常的凝集成形突然加热引起飞散 ceramic ceramic 260 凝集性能劣化 操作不当导致性能异常的锡膏 ?回流焊接在各工程的管理要点使用前准备与印刷工程 ?回流焊接在各工程的管理要点 部品搭载工程 正确高精度地搭载 不可过度挤压 ?回流焊接在各工程的管理要点部品搭载工程 自动贴片机的注意点 贴片状态 溶化后 从pad溢出 锡珠 贴片偏位部品浮起立碑 注意点 使运送中的基板停止时不要对其冲击。 尽可能不要用手触碰部品的焊接部分。 压部品时注意不要使基板弯曲。 ?回流焊接在各工程的管理要点部品搭载工程 自动贴片后的手动插入部品时注意点 回流焊接在各工程的管理要点 回流工程 cu pad cu氧化物 sn氧化物 （sno, sno2） （cuo） 电极sn镀层 锡膏 焊锡的融点 h2o h2o 溶剂 电子部品 预热时的作用 除去电极表面的氧化物 防止再氧化 回流时的作用 降低表面张力 增强浸润性 基板 电子部品 溶剂 电子部品 溶剂 焊锡焊锡和助和助焊剂间发焊剂间发生的化学反生的化学反应应 助焊剂中的 活性成分 mo 2r-nh2 hbr mbr22rnh2 h2o 锡膏有机金属盐 部品搭载状态 电极表面氧化 回流工程中助焊剂的作用 回流焊接在各工程的管理要点回流工程 温度曲线图各区域的设定推荐值 常温预热开始点 推荐升温速度（平均）： 4s以下 预热区域 推荐温度区：150180 推荐时间区：80sec前后 预热終了点开始加热区域 推荐升温速度（平均）： 23s 开始加热冷却 推荐最高温度： 230245 溶点（220）以上： 30sec以上 冷却速度（平均）： 5s 回流焊接在各工程的管理要点回流工程 注意点 急剧升温 助焊剂急剧软化 锡膏坍塌 常温预热开始点 推荐升温速度（平均）： 4s以下 回流焊接在各工程的管理要点回流工程 温度曲线图各区域的设定推荐值 产生锡珠 短路的增加 吸湿水分时急速加热（飞散） 回流焊接在各工程的管理要点回流工程 常温预热开始区域 急速升温产生的热量导致锡膏坍塌加剧 预热达到 不同的预热温度升温速度时的坍塌特性 预热区域 推荐温度：150180 推荐时间：80sec前后 注意点 过度预热（温度高时间长） 促进氧化、助焊剂劣化 溶融性恶化 产生锡珠 导致浸润不良 自我调整性能低下 预热不足（温度低时间短） 溶剂挥发不足 气泡 助焊剂飞散 温度曲线图各区域的注意点 回流焊接在各工程的管理要点回流工程 完全溶融 + + 助焊剂 已氧化的锡膏粉末 尚未氧化的锡膏粉末 助焊剂有除去金属表面氧化物的机能 ex1) 2rcooh + meo me(rcoo)2 + h2o ex2） r3n-hbr r3n + hbr 2hbr + meo mebr2+ h2o me：cu，sn（部品镀层、锡膏）等 回流炉中的热风 基板 o2 o2 o2 o2 o2 o2 o2 o2 o2（氧） 锡膏 flux flux 回流焊接在各工程的管理要点回流工程 过度预热导致氧化加快、助焊剂劣化 锡珠 焊接不良 预热的管理很重要 预热终了点加热区域 推荐升温速率（平均）： 23s ?回流焊接在各工程的管理要点 回流工程 温度曲线在各区域的注意点 注意点 急剧升温 锡膏的急速溶融 锡珠（部品侧的锡珠） 发生部品立碑 气泡増加 助焊剂飞散加剧 升温速度过缓 造成加热过多导致溶融性浸润性恶化 ?回流焊接在各工程的管理要点 回流工程 发生部品立碑浮起的原理 t4 t2 + t3 + t5 t1,t2:锡膏的粘着力 t3:部品重量 t4:锡膏的浸润力(部品外侧) t5:锡膏的浸润力(部品内侧) 部品电极间溶融时间的偏差很易导致上述不良 部品立碑浮起的原理 高温 加热冷却 推荐最高温度： 230245 溶融点（220）以上： 30sec以上 冷却速度（平均）： 5s 注意点 温度时间不足 焊接不充分 浸润不良 强度不足 温度过剩 过多的热量造成的不良影响 气泡増加 合金层的过度形成（强度低下） 部品的损坏 再次氧化 ? 回流焊接在各工程的管理要点 回流工程 温度曲线在各区域的注意点 ? 回流焊接在各工程的管理要点 其他 印刷前的基板 粘着清洁筒 付着物的观察元素分析 未使用的基板上回收 之异物的电子显微镜照片 ? 回流焊接在各工程的管理要点 其他 基板表面异物的对策 0.003.006.009.0012.0015.0018.0021.00 kev 1 (127,73) 0 800 1600 2400 3200 4000 4800 5600 6400 7200 8000 counts oka sika caka cakb brll brla brka brkb 元素質量%原子数% o k35.8557.61 si k25.1823.05 ca k21.313.66 br l17.675.69 a 纤维状异物的构成成分 si，ca，br，o ?回流焊接在各工程的管理要点 其他 纤维状的异物 基板制造时的切割粉屑 e 块状异物的构成成分: c，o，br，ba 纤维状异物的构成成分：c，o，si，ca，br 元素質量%原子数% c k28.3860.62 o k14.2922.92 br l46.3814.89 ba l2.310.43 pt m8.641.14 f 0.003.006.009.0012.0015.0018.0021.00 kev 2 (64,97) 0 800 1600 2400 3200 4000 4800 5600 counts cka oka brll brla brka brkb ptmz ptma ptmr ptll ptla ptlb ptlb2 ptlr ptlr3 0.003.006.009.0012.0015.0018.0021.00 kev 1 (137,134) 0 800 1600 2400 3200 4000 4800 5600 6400 counts cka oka brll brla brka brkb ball bala balb balb2 balr balr2 ptmz ptma ptmr ptll ptla ptlb ptlb2 ptlr ptlr3 0.003.006.009.0012.0015.0018.0021.00 kev 3 (43,139) 0 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 3600 4000 counts cka oka sika caka cakb brll brla brka brkb ptmz ptma ptmr ptll ptla ptlb ptlb2 ptlr ptlr3 元素質量%原子数% c k29.8661.83 o k14.5722.65 br l45.9214.29 pt m9.651.23 元素質量%原子数% c k29.6354.76 o k14.720.39 si k14.1611.19 ca k11.736.5 br l23.046.4 pt m6.740.77 g ? 回流焊接在各工程的管理要点 其他 块状纤维状的异物 基板制造时的切割粉屑 ? 回流焊接在各工程的管理要点 其他 基板上的异物引起的实装不良事例 部品浮起不良 从部品下面取下的异物的电子显微镜照片 对基板采取除尘措施能预防此类实装不良 senju metal industry co.,ltd. 无铅锡膏之最新产品 开发构思产品性能介绍 针对现有的grn360系列所做的主要改良点 改善的课题实装课题的详细内容与s70g-px的効果实装品 质 生产性 bga电子部件 未融合问题 此实装不良在电子部件氧化、弯曲、锡膏的活性力不足等情况时易发生、 在锡膏溶融的状态与锡珠未融合的状态等看似焊接的状态下进行电气 检查时、不易查出、由此易导致市场不良问题。s70g-px能彻底解决现 有的grn360系列所不能解决的问题。 ? 底面电极 部品的气泡 锡膏中的气泡是由于助焊剂的还元作用产生的气体，助焊剂中的溶剂、 浸润活性、印刷时的空隙等种种原因引起的。 s70g-px所产生的气泡直径为现有的grn360系列产生气泡直径的 、对于气泡的产生能起到抑制的効果。 ? 助焊剂飞散排插端子等的助焊剂飞散是造成接触不良常的原因、而锡膏的印刷供 给量及温度曲线成为造成助焊剂飞散的主要因素。对于现有的 grn360系列s70g-px能削减5080%助焊剂飞散。? 浸润扩散不良大气回流中的氧化、助焊剂活性失效、焊接端子氧化是造成浸润扩散性 恶化的主要原因、越是大面积的接合端子就越容易引起此不良。s70g- px有着良好的焊接浸润扩散性、提高实装后的印刷品质、有抑制露铜 不良的效果。 ? 印刷性能 （网版上的氧化） 现有的grn360系列、在无铅焊锡业界中首次实现保证6个月期限、在 滚动印刷中具备有保持粘度稳定的性能。s70g-px在印刷作业中能抑 制锡膏粉末氧化、稳定性方面更优于现有的grn360系列、由此能更大 程度上减少废弃量。 ? 印刷停止后的 印刷率低下 线别在进行点检保养、待料造成设备暂停印刷作业，再开始运转时的印 刷率低下会给生产性、品质造成很大的影响。针对现有的grn360系列 的这个缺点、s70g-px具有能保持更加稳定的印刷率性能。? 实装后的电气检查过完回流炉后、焊锡表面有很多的助焊剂残渣覆盖时、对用探针进行电 气检查时会阻碍其导通性、造成检查直通率降低。s70g-px能减少覆 盖在焊锡表面的助焊剂残渣、可以进行快速、准确的电气检查。?x eco solder paste s70g-px eco solder paste s70g-px实装密度与对应之型号（参考） 0.3 mm pitch 0.50.4 mm pitch 0402 1608 1005 1005 0603 0.40.3 mm pitch 0.650.5 mm pitch 0.65 mm pitch 0.650.5 mm pitch 实装密度距离、部品尺寸 qfp,排插等 引脚部品 bga ,lga等 底面电极部品 chip部品尺寸 (单位：mm) s70g-px type5s70g-px type4s70g-px type3 type5 powder 1525um type4 powder 2536um type3 powder 2545um 对应型号（参考） 使用sem观察 粉末的照片 粉末粒径类型 与现有的grn360系列对比进行改良的主要点 ?bga未融合 ?助焊剂飞散 ?电气检査性 ?印刷性能（抗氧化性能） ? 印刷作业中断再开始后的初期恢复性 不良发生部外观表面状态 sem观察断面状态 sem观察 不良电子部件剥离后的sem表面观察 由于无铅化引发发生次数増加 why? ? 与锡铅焊锡膏相比浸润性低下 ? 实装工程温度的上升 ? 锡氧化物的风险上升 ?在bga电子部件中锡膏与锡球间的未融合 有关有关b bgaga未融合未融合存在很多存在很多潜在潜在的的要因要因 bga部品印刷基板部品搭载 锡膏高温炉印刷作业 线路表面的异常 (由于锡 腐食, 其他元素引起的汚染) 助焊剂耐热性不足 由于保管滚动引 起助焊剂作用的劣化 由于线路构成引起的 热容量变化 接口端子表面的氧化、汚染 基板弯曲 印刷偏移 印刷供給量的不足 过剩的预热温度时间 (促进氧化) 实装环境 溶融温度时间的不足 部品弯曲 部品重量 部品偏移 搭载压力不足 由于浸润性引起部品的倾斜 bga未融合 热化学要因之支配 物理要因之支配 易成为主要原因的项目 物理要因之支配 例：bga电子部件的受热弯曲 bga pwb bga pwb 预热溶融点区间 真正加热区域 搭载状态 锡珠 锡膏 由于部品的受热弯曲使 锡球的底面与锡膏分开 case-1 case-2 锡膏的 溶融温度 融合 通常锡膏中的助焊剂、在预热时能除去锡球表面 的氧化膜、为真正加热时的融合作准备 理想的溶融 不良实装状态 锡膏中助焊剂的还原作 用对锡球底面没有影响 即便锡球、锡膏都溶融 时其相互间并未接触 此时开始的还原作用从 开始到融合需要时间 未融合 热化学的要因之支配 例：bga回路表面的污染 实装前的bga回路表面的sem观察结果 黒灰色的汚物： 锡球焊接时使用的助焊剂（水溶性） 残留由于清洗不彻底且有灰尘粘付所致。 锡长期与强活性的助焊剂接触时会使其容易受腐食。 bga未融合 回流炉内的活性变化表现图 s70g-px在抑制未融合不良方面起着最重要因 素的加热区域中有充足的余力。 m705-grn360-k2-v eco solder paste s70g-px click me! grn360k2vs70g-px grn360k2v s70g-px 观察高温炉模拟器中的溶融状态 top: 0.65mmbottom: 0.5mmpitch pop 印刷: 280um x 100umt 过回流炉后的未融合发生次数比较 top: 0.65mmbottom: 0.5mmpitch pop 印刷: 280um x 100umt eco solder paste s70g-pxbga融合不良的现有产品及其性能差 click me! 预热区间 rcooh + meo me(rcoo)2+ h2o 2hbr + meo mebr2+ h2o h2o r-oh (solvent) h2o r-oh r-oh h2o 锡膏 溶融温度 20mm以上 溶融点溶融顶点 在预热区间、溶剂的挥发、还原作用时产生 的水蒸气之挥发成了助焊剂飞散的主要原因。 溶融后、溶在焊锡中的液体状初期气泡 被排出、飞散出来。 由助焊剂飞散引起不良的排插 助焊剂飞散 助焊剂飞散在何时发生？ ?过回流炉后的助焊剂飞散 不良发生部外观表面状态 sem观察 別飛散数傾向別飛散数傾向 0 18 76 224 490 0 100 200 300 400 500 600 sp1sp2sp3sp4sp5 飛散発生数飛散発生数 随着温度的上升飞 散的次数也上升 印刷直径 对助焊剂飞散造成影响的因素 （焊锡印刷量温度曲线） m705-grn360-k2-v m705-grn360-k2-v 随着印刷厚度开口面积的 增加飞散的次数也増加 印刷直径 厚度 印刷厚度其开口引起的助焊剂飞散次数的发生倾向 印刷厚度（网板厚） 不同的温度助焊剂飞散次数的发生倾向 焊锡供 给量 峰值温度 飞散发生 能量 grn360k2v s70g-px其他公司产品 eco solder paste s70g-px与现有产品grn