BGA锡球脱落问题解说.ppt

200 千住金属工業 株 海外支援室 e Industry SolderingAdviser山田浩介 無鉛合金回流後 錫球脱落及界面剥離的接合不良原因及対策 REFLOW 配布用 千住金属工業 株 草加研究所研究員日渡氏資料他文献部分的活用掲載 無鉛合金 錫球脱落及界面剥離的接合不良原因及対策 目次 錫球 回流後 脱落 或界面剥離発生原因及対策 電鍍問題 気泡発生問題 関連技術 錫 金金属間化合物特性 千住金属最新錫膏紹介 接合工法 回流温度曲線 他 不良 原因及対策 錫膏印刷 部品搭載 合金接合 回路基板 印刷機 搭載機 回流機 鋼網 後工程 電子部品 錫膏 錫球脱落問題 SMT接合工法 回流式自動機 錫膏 SMT基板概要 錫球脱落 回流接合後 側錫球脱落 錫膏印刷 部品搭載 合金接合 回路基板 印刷機 搭載機 回流機 鋼網 電子部品 錫膏 高精度回路板 高精度Resist高濡性電鍍 高耐熱性PreFlux 高信頼性 高濡性 高印刷性 高粘着力 高印刷耐久性 連続印刷性 残渣美麗etc 高精度印刷位置偏差 版離速度印刷速度 印圧 高精度搭載位置偏差極小 押圧微調整 開口部位置精度壁面平滑度 厚 錫球脱落問題 SMT接合工法 不良発生原因比率 錫球脱落注目 高寸法精度 搭載安定性部品電鍍高濡性 酸化耐久性 高耐熱性 無鉛 10 45 25 20 概念的不良割合 理想的温度曲線自在性温度偏差極小 10 15 20 20 5 最近 錫球脱落問題注目 錫球脱落問題 錫球狭縊現象 脱落現象 界面剥離現象写真 狭縊現象 脱落現象 界面剥離現象 回流後的 錫球不良三態 単品時接合没問題 回流後発生 基板 錫球脱落問題 CSP 接合部工程別不良発生要因 接合及接合後錫球形状変化解説 狭縊現象或錫球脱落要因 錫球 電鍍 錫球間金属間化合物接合 側絶縁樹脂 錫膏印刷 基板 銅箔 回流接合 電鍍 錫球間金属間化合物接合 但 回流時再加熱 再溶融 金属間化合物成長 構成変化或溶食促進 溶融後錫球径 大化 錫球 錫膏内球体積 溶融固化時流動変形或量的偏差拡大 錫膏 銅箔間接合金属間化合物 接合没問題 接合没問題 接合有問題 再加熱 再溶融 脱落問題発生 錫球脱落問題 錫球脱落及変形現象分類及問題点整理 実装不良 回流接合後 錫球部接合不良発生 回流接合直後電気的接合不良発生 基板側隣端子間導通 連錫 側接合部部分的不導通 錫膏印刷不良或位置偏差或錫膏量過多 設計構造的問題錫球脱落 絶縁樹脂厚 間隙問題 電鍍不良 接合界面破壊 回流接合後電気的接合没問題 然 衝撃或冷熱試験時電気的接合不良発生 側試験後接合部部分的不導通 設計構造的問題錫球脱落寸前縊発生 絶縁樹脂厚 間隙問題 電鍍不良剥離強度低下 接合界面破壊 基板側接合部界面剥離 接合界面気泡多数 PKG側 基板側 錫球変形 a a 錫球脱落 b b 錫球脱落問題 CSP実装不良 錫球脱落及変形現象解説 事例 設計構造的問題錫球脱落 絶縁樹脂厚 間隙問題 設計構造的問題錫球脱落寸前狭縊発生 絶縁樹脂厚 間隙問題 絶縁樹脂厚有問題 錫球径大化 変形 表面張力作用 気泡膨張 錫球脱落問題 CSP実装不良 錫球脱落及変形現象 事例 錫球変形 錫球変形 錫球脱落 基板側 側 錫球脱落 錫球脱落問題 CSP実装不良 錫球脱落及変形現象 事例 表面張力作用力 絶縁樹脂厚 有問題 設計構造的問題錫球脱落 絶縁樹脂厚 間隙問題 構造設計不良 錫球脱落問題 CSP 実装不良ex 錫球脱落及変形現象解説 錫膏印刷 基板 銅箔 電鍍 錫球間金属間化合物接合 但 回流時再加熱 再溶融 金属間化合物成長或溶食促進 溶融後錫球径 大化 錫球 錫膏内球体積 溶融固化時流動変形 錫膏 銅箔間接合金属間化合物 本体 基板 絶縁樹脂的溶融錫球下方押下分離力発生 結果錫球分離或狭縊現象促進 原因 接合構造不良 錫球脱落問題 CSP 実装不良ex 金属間化合物相界面剥離 金属間化合物相界面剥離 錫球脱落問題 CSP 実装不良ex 金属間化合物相界面剥離 電気的不導通接合箇所 錫球脱落問題 CSP 実装不良ex 金属間化合物相界面剥離 電鍍不良 剥離応力回流溶融後固化時発生剥離応力錫球量偏差大 固体収縮応力発生量 時間差偏差大 冷却速度不均一 有温度差 部品取付偏差大 基板湾曲 電鍍不均一落下 衝撃 冷熱試験短期破壊接合面積小化 界面接合力低下 界面金属間化合物 電鍍 汚損 電鍍方法不適 錫球脱落問題1 錫球脱落及変形現象 対策方法 根本的対策 部品改良 接合部設計変更 部品 廠家変更 日本製没問題 暫定的対策 錫膏印刷量低減 面積或厚少化 溶融後錫球大化防止 錫膏印刷精度向上 位置偏差縮小 錫量偏差縮小 或搭載位置偏差縮小 回流温度曲線変更 多数錫球及錫膏同時的溶融促進 錫球脱落問題1 錫球接合界面破壊現象 対策方法 電鍍問題 錫球接合界面破壊現象 電鍍問題 一般的 側電鍍構造是無電解 方式 緻密清浄的 理論合理的電鍍時没問題 電鍍液不純物管理力 或技術力不足原因 未熟電鍍是有問題 必要電鍍 有総合技術力的廠家 指定重要 電鍍液汚染影響 汚染少 清浄電鍍液使用時 汚染没有 金属間化合物相 是 呈均一組成形状 衝撃曲試験強 没問題 衝撃切断強度強 錫球脱落 没有 汚染大 汚染電鍍液使用時 汚染有 金属間化合物相 是 呈異相 層構造組成形状 且 電鍍界面近傍 存在 的存在 是 拡散阻害 到 状態 硬 脆 衝撃曲試験弱 完全破壊 衝撃切断強度弱 錫球脱落 拡散層破壊 汚染時接合力低下 電鍍問題 錫球接合界面破壊現象 電鍍 汚染問題 汚染組成構造 汚染没有 金属間化合物相 是 呈均一組成形状 汚染有 金属間化合物相 是 呈異相 層構造組成形状 且 電鍍界面近傍 存在 的存在 是 拡散阻害 到 状態 硬 脆 約 電鍍層 電鍍層 金属間化合物層 層 汚染 金属間化合物層 金属間化合物層 汚染大 汚染電鍍液使用時 拡散層生成 清浄電鍍液使用接合界面摸式図 汚染電鍍液使用接合界面摸式図 電鍍問題 錫球接合界面破壊現象 電鍍汚染 接合力低下現象 衝撃曲試験内容 結果 衝撃発生棒 保持台 時間 秒 衝撃曲試験結果 電鍍 清浄電鍍 汚染電鍍 錫球脱落試験 抜粋 頁 電鍍液 汚染 強度 錫球脱落強度 清浄且 汚染没有液使用対比約 程度強度低下 錫球材質 電鍍問題 錫球接合界面破壊現象 電鍍諸条件影響問題 基板 錫球 錫球 銅箔 銅 無電解 置換 電鍍 電鍍諸条件影響 低濃度燐浴 中濃度燐浴 高濃度燐浴 置換金浴 置換金浴 電鍍 燐浴濃度的錫球引張強度関係 引張強度 錫膏 電鍍問題 電鍍諸条件影響問題 無電解電鍍条件 実験電鍍浴条件 電鍍問題 電鍍諸条件影響問題 置換金電鍍浴浸漬時間影響 中燐 置換金 中燐 置換金 置換金電鍍浸漬時間影響大 制御重要 電鍍問題 錫球接合界面破壊現象 接合界面合金厚 接合強度 界面摸式図 金属間化合物相厚 金属間化合物相厚 金属間化合物相厚 金属間化合物相厚 厚 有問題薄 没問題 CSP BGA 気泡問題 気泡発生原因 気泡 接合部気泡的信頼性影響 錫球内気泡 没有影響 界面気泡 接合面積対比影響 基板 錫球 BGA部品錫球組成融点低時 有鉛 初期溶融 無鉛錫膏以後溶融 呈捲込融合形態 気泡発生可能性大 CSP BGA 気泡問題 CSP BGA 実装時発生気泡分析 錫球組成 錫膏組成変化 回流接合挙動相違点 同時溶融 有鉛速溶融開始以後無鉛溶融 有鉛SnPbBallvs無鉛M705Paste 無鉛M705Ballvs無鉛M705Paste X rayImage CSP BGA 気泡問題 CSP BGA 実装時発生気泡分析 錫球組成 錫膏組成変化 回流接合挙動相違点 BGA部品錫球組成融点低時 有鉛 初期溶融 無鉛錫膏以後溶融 呈捲込融合形態 気泡発生大 気泡発生量大 錫球 基板 基板 基板 基板 錫球 錫球 錫球 基板側錫膏 基板側錫膏 基板側錫膏 基板側錫膏 錫球 錫球 気泡少 気泡大 気泡小 気泡中 従来方式 無鉛化移行途上 完全無鉛化 温度曲線変更必要 CSP BGA 気泡問題 錫球組成 錫膏組成変化 関連技術 CSP BGA 錫球脱落問題参考資料錫 金溶食速度 的金溶食速度 秒 約 秒 関連技術 CSP BGA 錫球脱落問題参考資料錫 金溶融温度変化 溶融温度変化 関連技術 CSP BGA 錫球脱落問題参考資料金濃度 強度関係 金濃度高 金属強度増加傾向 但 濃度 超過漸次低下傾向 金濃度 強度関係 関連技術 CSP BGA 錫球脱落問題参考資料金濃度 伸長関係 金濃度高 是金属的伸長低下顕著 脆化破壊要因大 超過 呈伸長急激低下現象 注意 超過 呈伸長急激低下現象 注意 金濃度 伸長関係 関連技術 CSP BGA 錫球脱落問題参考資料錫膏印刷厚 金濃度的関係 合金中金濃度 金電鍍厚 銅箔 鋼網厚 金電鍍厚 鋼網厚 鋼網厚 鋼網厚 錫膏 関連技術 CSP BGA 錫球脱落問題参考資料金属間化合物 AgAl Fe3Sb3FeSb2 FeSnFeSn2 Fe 鉄 Ni15SbNi8SbNi7Sb3 NiBiNiBi3 Ni3SnNi3Sn2Ni3Sn4 Ni Au6I nAu9In6AuInAuIn2 AuSb2 AuBi Au2Pb AuSnAuSn2AuSn4 Au 金 Ag3InAg2InAgiN2 AgxSby Ag6SnAg3Sn Ag 銀 CuIn4CuIn2Cu4In3 Cu13Sb3Cu2Sb Cu3SnCu6Sn5 Cu 銅 In Sb Bi Pb 鉛 Cu 銅 Ag 銀 Sn 錫 金属 母材 接合合金金属間化合物 Sn 錫 多種金属相溶 金属間化合物生成 関連技術 CSP BGA 錫球脱落問題参考資料金属間化合物 基板 部品間無鉛合金接合時発生金属間化合物 QFP 2次波峰熱伝播 再溶融界面剥離部品脚剥離 190 以下 混載実装基板 基板湾曲変位剥離力発生 高温下剥離強度低下関係図 混載実装時波峰熱伝播 基板湾曲原因接合部剥離力 合金 銅箔間界面剥離発生 対応策 基板湾曲防止板使用 表面温度制御 無鉛合金 鉛濃度 固相温度低下関係図 電鍍 Sn10Pb 0 5 2 Pb濃度 界面鉛濃度大 固相温度低下 178 220 温度 220 190 200 強度 温度 無鉛合金高温剥離強度低下 関連技術 SMT不良事例 混載実装界面剥離現象及対策 回流接合後発生脚部界面剥離 各合金Pb混入溶融温度変化 関連技術 SMT不良事例ex 脚部界面剥離原因 対策 LAND剥離 独立LAND高温領域LAND 基板間呈剥離現象 LAND剥離原因1 接合直後高温状態 基板湾曲時 部品脚部剥離応力発生 独立LAND等面積小部分基板 LAND間剥離発生2 基板 LAND間接着強度 高温時 呈低下現象 対策1 LAND面積大化 接着強度補強2OVERRESIST処理 OVERRESIST 基板湾曲変位 剥離応力発生 関連技術 SMT不良事例 銅箔剥離現象及対策 要求特性 高信頼性 耐湿絶縁特性 粘着力持続性 高耐熱持続性4 高濡浸潤性5 高印刷特性 版抜性 6 粘度持続安定性 連続印刷安定性 印刷後形状変化没有 7 残渣色調透明美麗 千住標準基板用無鉛対応錫膏 M705 標準錫膏GRN360 K2 V 高精細印刷錫膏PLG 32 11 千住金属最新錫膏 錫膏要求特性 無鉛合金千住金属最新錫膏紹介 型式M GRN K V 粘度 Pa s標準 合金組成Sn3Ag0 5Cu 溶融温度217 表面絶縁抵抗1 0E 12以上 銅鏡試験合格 弗化物試験合格 銅板腐食試験合格 FLUX含有量11 5 塩素含有量0 0 粒度25 36 製品保証 月 FLUX残渣透明 耐熱性向上 錫珠抑制 連続印刷安定性 増粘対策強化 高信頼性 特徴 粘着力 保持力変化 1 0 1 55 1 35 12Hr 0 0 24Hr 48Hr 24Hr 粘着力 N 粘度 Pa S 225 180 千住金属最新錫膏 錫膏要求特性 無鉛合金対応 最多実績標準無鉛錫膏 最新 千住金属最新錫膏 錫膏要求特性 無鉛合金対応 M705 PLG 32 11 特徴 FLUX残渣透明 耐熱性向上 錫珠抑制 連続印刷安定性 増粘対策強化 高信頼性 高版抜性最新 試験条件 高速印刷 鋼網厚 0 15mm印刷速度 150mm sec 印刷圧 0 33N 1mm当 基板版離速度 10mm sec 鋼網 offGAP 0 0mm 千住金属最新錫膏 SMT接合工法 錫膏印刷性能改善例 1 千住金属最新錫膏 SMT接合工法 錫膏印刷性能改善例 2 有鉛 63SnPb 無鉛合金 温度余力少 管理精度重要 無鉛合金 温度余力少 管理精度重要 SMT接合工法 回流温度曲線 有鉛 無鉛錫膏 回流機 温度余力比較 SMT接合工法 回流温度曲線 回流機温度曲線 浸潤不足 以上 基板 材質 厚 部品 設備構造変化 調整必要 SMT接合工法 回流温度曲線 回流温度溶融域条件設定 温度230 時溶融時間約5秒 余力4倍 20秒保持 220 液相温度 溶融温度時間不安定領域 安定領域230 規定 他 MT不良事例ex 接合合金 未溶融 未溶融 他SMT不良事例ex 連錫 連錫 他SMT不良事例ex 錫膏連錫原因HOTSlumpTest高温長時間Slump発生大 他SMT不良事例ex 錫球 FLUX飛散 錫球飛散 FLUX飛散 外部接触端子FLUX付着 他SMT不良事例ex FLUX飛散 錫球飛散 他SMT不良事例ex 錫珠 錫球対策例 錫珠 SideBall 対策方法 錫膏量過多調整 鋼網開口面積内側部分CUT 部品押圧時適正拡張 SLUMP錫球流失防止2 秒以下 対策方法 温度曲線調整 他SMT不良事例ex 現象対策 他SMT不良事例ex IC脚先端部濡不良対策例 L寸法長大 視認外観判定安心感 LAND長 短Resist処理 先端後切断電鍍没有 濡不良 呈凹現象 対策1 LANDL寸法短縮化2 鋼網開口寸法 LAND寸法 錫膏印刷 0 3mm 寄揚効果 t以上 t 他SMT不良事例ex CHIP部品電極下気泡 気泡 残渣発泡状態 紙基材基板実装 他SMT不良事例ex FLUX残渣中気泡 濡引戻現象 DEWETTING 原因1 基板銅面有酸化皮膜 及Ni電鍍面 濡浸潤作用阻害 初期一次浸潤以降溶融合金 呈引戻現象 1 基板吸湿酸化2 基板電鍍処理方法不適3 Au電鍍有PINHOLE Ni電鍍酸化 対策1 基板交換2 基板製造廠家変更 他SMT不良事例ex 現象 対策 他SMT不良事例ex 電鍍不良起因CHIP