无铅焊锡熔融过程.doc

無鉛銲錫熔融過程觀察與比較熔融過程觀看的標的物(1) 溫度profile不同時，Sn-Ag-Cu無鉛銲錫的吃錫性比較。(2) Sn-Ag-Cu無鉛銲錫&Sn-Pb鍍層電極之小Chip零件銲接過程。(3) Sn-Ag-Cu無鉛銲錫&Sn鍍層電極之小Chip零件銲接過程。(4) Sn-Zn系無鉛銲錫在不同O2濃度下的吃錫性比較。(5) QFP包裝之零件腳在PCB pad上，銲接時腳踝部份fillet之成長過程。(6) BGA包裝之錫球熔融過程。說明1表1.不同溫度profile的吃錫性比較試件名稱Sn-Ag-Cu無鉛銲錫底板銅板：10mm，厚0.1mm錫膏廠商 畫面上方：A公司，畫面下方：B公司銲錫成份畫面上方：Sn-3Ag-0.5Cu，畫面下方：Sn-3Ag-0.5Cu印刷形狀直徑0.6mm，厚0.15mm溫度曲線圖1(a)、(b)爐環境大氣Sn-Ag-Cu無鉛銲錫溫度Profile不同吃錫性不同例：A公司推薦的溫度曲線B公司推薦的溫度曲線 (a) (d)Peak溫度240A公司銲錫A公司銲錫Peak溫度235(b) B公司銲錫 (e) B公司銲錫良好吃錫不夠有錫珠良好凝固後 (c)凝固後(f)【結語】各家公司所推薦的溫度profile對自家的銲錫皆沒問題。另外，再拿第3家來比較，即使成份相同，預熱溫度&Peak溫度不同，結果仍不同，此時可斷言各家的flux才是主要因素。2小chip電極表面鍍層不同材質對無鉛銲錫之吃錫性又如何?試件名稱2012 chip電極鍍層Sn-Pb銲錫A公司銲錫成份Sn-3Ag-0.5Cu無鉛銲錫銲錫的印刷形狀1.3mm0.7mm，厚0.15mm溫度曲線圖1(a)爐環境大氣照片1 (2)的連續動作Sn-Ag-Cu無鉛銲錫與Sn-Pb電極鍍層小chip零件。(a) 電極熔融前181 (b)電極熔融後190(c)銲錫開始熔融219 (d)銲錫熔融中223(e)peak溫度240 (f)凝固後217【結語】Sn-Pb電極鍍層先熔，而後無鉛銲錫與其相熔，結果良好。(3)無鉛銲錫與Sn電極鍍層的吃錫性如何?表3 Sn-3Ag-0.5Cu無鉛銲錫與Sn電極鍍層試件名稱2012 chip電極鍍層Sn銲錫廠商A公司銲錫成份Sn-3Ag-0.5Cu無鉛銲錫銲錫印刷形狀1.3mm0.7mm，厚0.15mm溫度曲線圖1 (a)爐環境大氣照片2 3的連續動作(a)Sn-Ag-Cu熔融前217 (b)Sn-Ag-Cu熔融中221(c)Sn-Ag-Cu銲錫向上爬升225 (d)Sn電極鍍層熔融237(e)Sn電極鍍層熔融終了239 (f)凝固後223結語無鉛銲錫與Sn兩者相熔融得很好。但另外觀看234236時，Peak溫度為235，Sn電極鍍層熔融得不充分。故為求電極鍍層也要充分熔融，得保持Peak溫度。4表4 Sn-Zn系無鉛銲錫在不同O2濃度中的吃錫性比較試件Sn-Zn系無鉛銲錫底板銅板：10mm，厚0.1mm銲錫廠商畫面14：A公司 Sn-8.1Zn-3.1Bi(熔點：197)銲錫的印刷形狀直徑0.6mm，厚0.15mm溫度profile圖2(a)爐環境畫面1：100 ppm O2濃度畫面2：5,000 ppm畫面3：50,000 ppm畫面4：大氣(a) (b) Sn-Zn銲錫熔融前 (c) Peak溫度(熔融)畫面1：良好畫面2：有錫珠畫面3：少部份未熔畫面4：未熔部份多(d)凝固後結語銲錫廠商提供了100ppm O2濃度下較佳之建言，故畫面1效果好。就組裝基板而言，有些零件的銲接點也有可能處在5,000ppm下，不是嗎?另外，O2濃度50,000ppm, 未熔部份實際係由內層熔融向外沸騰之現象。所以，將來無鉛導入時，遇上未熔現象的話，應該先確認”未熔的發生過程”才是。5表5 QFP零件腳踝fillet形成過程試件QFP IC腳pitch0.65mm腳鍍層Sn-Pb銲錫廠商B公司銲錫成份Sn-3Ag-0.5Cu無鉛印刷形狀厚0.15mm溫度曲線圖1 (d)爐環境大氣照片3 QFP腳踝fillet生成過程(Sn-Ag-Cu無鉛銲錫) 218 236 (a)熔融中 195 (b) Peak溫度 (c)凝固後(腳踝fillet完成)結語由於腳鍍層先熔，無鉛銲錫後熔，故吃錫性良好。不過要注意，QFP置件不當，則腳踝的fillet必不佳。6表6 BGA的球腳銲接狀況試件 BGA包裝試件尺寸 45mm球腳距 0.8mm球徑 0.4mm球腳成份 一般Sn-Pb共晶銲錫銲錫廠商 C公司銲錫成份 一般Sn-Pb共晶銲錫溫度曲線 圖4 (a)爐環境 N2，含氧量500ppmBGA銲錫溫度曲線(Sn-Pb) 211 (a) 214 (b)錫膏熔融中(c)錫膏熔融