无铅合金接合不良现象及対策(中国语)(3)SMT回流

1、 2004.11.03千住金属工業（株千住金属工業（株)海外支援室（海外支援室（eIndustry ） Soldering Adviser 山田浩介（）山田浩介（）REFLOW配布用千住金属工業(株)草加研究所研究員日渡氏資料部分的活用掲載1.無鉛化状況、標準材料無鉛化状況、標準材料2.SMT接合工法回流式自動機錫膏接合工法回流式自動機錫膏SMT基板概要基板概要3 SMT接合工法無修正接合条件接合工法無修正接合条件4 SMT接合工法完全無修正接合技術接合工法完全無修正接合技術5.回流式自動機的不良解析基本、接合回流式自動機的不良解析基本、接合4要素及有鉛、無鉛合金相違点要素及有鉛、無鉛合金相違

2、点6.有鉛無鉛合金物性比較有鉛無鉛合金物性比較7.SMT接合工法回流式自動機管理接合工法回流式自動機管理8.錫膏要求特性無鉛合金最新錫膏錫膏要求特性無鉛合金最新錫膏9.SMT接合工法錫膏印刷特性改善事例接合工法錫膏印刷特性改善事例10 SMT接合工法有鉛無鉛錫膏接合工法有鉛無鉛錫膏(回流機回流機)温度余力温度余力11.回流機無鉛合金温度曲線回流機無鉛合金温度曲線12不良現象及対策不良現象及対策13結論結論(1)(2)無鉛合金接合不良原因及対策無鉛合金接合不良原因及対策(3)SMT回流接合回流接合目次（）目次（）Lead-free Solder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

3、網後工程後工程電子部品電子部品錫膏錫膏SMT接合工法回流式自動機錫膏接合工法回流式自動機錫膏SMT基板概要基板概要SMT接合工法回流式自動機錫膏接合工法回流式自動機錫膏SMT基板概要基板概要(2) N2 N2 Reflow Reflow Air ReflowAir Reflow LGA-ALGA-BLGA-CLGA-DLGA-ELGA-FLead-free SolderSMT工法基板工法基板錫膏錫膏Solder BallBGALGA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Pre Flux高信頼性高濡性高印刷性高粘

4、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3 SMT接合工法無修正接合条件接合工法無修正接合条件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%概念的概念的不良割合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%4 SMT接合工法完全無修正接合技術接合工法完全無修正接合技術完全無修完全無修正接合化正接合化総合技術総合技術確立確立高精度最適接合設計基板無鉛対応型高精度回流炉高機能最新錫膏高機能精密印刷機高精度精密鋼網高精度無鉛対応型部品高精度部品搭

5、載機千住金属千住金属無鉛化無鉛化 4要素中要素中3要素変更要素変更熱熱Flux接合合金接合合金(Solder)母材材料母材材料(電鍍電鍍)浸潤促進浸潤促進表面清浄化表面清浄化再酸化防止再酸化防止原子拡散接合原子拡散接合合金層合金層（金属間化合物形成）（金属間化合物形成）表面張力低下表面張力低下不要溶剤除去不要溶剤除去Flux作用活性化作用活性化溶解溶解熱熱(回流炉槽温度回流炉槽温度)有鉛有鉛:225無鉛無鉛:240錫膏材料組成錫膏材料組成有鉛有鉛:Sn37Pb無鉛無鉛:Sn3Ag0.5Cu予熱予熱接合接合4要素熱材料要素熱材料無鉛化接合技術最適要素平衡変更技術無鉛化接合技術最適要素平衡変更技術

6、表面清浄化表面清浄化再酸化防止再酸化防止活性化活性化接合不良要素不平衡状態時発生接合不良要素不平衡状態時発生浸潤浸潤促進促進合金化合金化5 回流式自動機的不良解析基本、接合要素及有鉛、無鉛合金相違点回流式自動機的不良解析基本、接合要素及有鉛、無鉛合金相違点NO諸特性諸特性合金組成合金組成1比重比重3溶融温度溶融温度()引張強度引張強度(MPa)伸長伸長(%)Young率率(GPa)0.2%耐力耐力(MPa)線膨張係数線膨張係数(ppm/)94578硬度硬度(Hv)26無鉛無鉛M705Sn3Ag0.5Cu7.421722053.34641.639.421.717.9有鉛有鉛(共晶共晶)Sn37P

7、b8.418356.05926.345.823.516.66 有鉛、無鉛合金物性比較有鉛、無鉛合金物性比較有鉛、無鉛合金物性比較設備維修材料管理的問題設備維修材料管理的問題設備維修及管理回流式自動接合装置日常点検項目日常点検項目基板内接合湾曲、不良状況変動確認作業設定条件（各種温度速度等）回流温度曲線定期的確認3.排気系風量確認中期的点検項目中期的点検項目制御系空気系駆動系排気系点検確認維修及槽内残渣清掃精度維持美麗工作基本7 SMT接合工法回流式自動機管理接合工法回流式自動機管理高精度回流機8温区要求特性高信頼性（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

8、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千住標準基板用無鉛対応錫膏対応錫膏(M705)標準錫膏標準錫膏GRN360K2V高精細印刷錫膏高精細印刷錫膏PLG-32-118錫膏要求特性錫膏要求特性無鉛合金最新錫膏無鉛合金最新錫膏項目項目M705-PLG-32-11試験方法試験方法（）（）FLUX構成ROJ-STD-004活性度L0J-STD-004塩素含有量0.02%Flux電位差滴定電圧印加耐湿性試験（8585%RH，電圧印加DC45V，1000h後）1.0E+10以上（）発生無JIS Z 3197銅鏡試験合格JIS Z 3197弗化物試験合格JIS Z

9、 3197水溶液抵抗1060mJIS Z 3197錫膏錫膏粘度200Pa.sJIS Z 3284Chikiso比0.6JIS Z 3284FLUX含有量11.0%JIS Z 3197加熱延性0.2mm以下JIS Z 3284粘着力1.3NJIS Z 3284粘着保持性24h1.0N以上JIS Z 3284濡広率78%JIS Z 3197濡効力及De WettingLank（）12JIS Z 3284錫球Lank（）12JIS Z 3284銅板腐食試験合格JIS Z 3197製品保証期限6月月未開封、冷蔵保管：0108.2錫膏要求特性無鉛合金対応錫膏要求特性無鉛合金対応M705-PLG-32-1

10、1特徴特徴FLUX残渣透明残渣透明耐熱性向上耐熱性向上錫珠抑制錫珠抑制連続印刷安定性連続印刷安定性増粘対策強化増粘対策強化高信頼性高信頼性高版抜性高版抜性最新最新従来品従来品PLG0.35mm0.30mm0.35mm0.30mm枚目枚目枚目枚目試験条件（高速印刷）試験条件（高速印刷）鋼網厚：鋼網厚：0.15mm0.15mm印刷速度：印刷速度：150mm / sec.150mm / sec.印刷圧：印刷圧：0.33N 0.33N （ （1mm1mm当）当）基板版離速度：基板版離速度：10mm / sec.10mm / sec.鋼網：鋼網：offoffGAPGAP： ：0.0mm0.0mm9 SM

11、T接合工法錫膏印刷性能改善例接合工法錫膏印刷性能改善例(1)従来品従来品PLG0.25mm slit0.23mm slit0.25mm slit0.23mm slit枚目枚目枚目枚目9 SMT接合工法錫膏印刷性能改善例接合工法錫膏印刷性能改善例(2)Heat-resistant limit of SMT components230 無鉛無鉛(SnAgCu)Solder melting temp. 温度余力温度余力47 温度余力温度余力20240温度温度 有鉛有鉛(63SnPb)無鉛合金無鉛合金、温度余力少、温度余力少管理精管理精度重要度重要無鉛合金無鉛合金、温度余力少、温度余力少管理精管理精度

12、重要度重要10 SMT接合工法有鉛、無鉛錫膏接合工法有鉛、無鉛錫膏(回流機回流機)温度余力温度余力11 SMT接合工法回流機温度曲線接合工法回流機温度曲線浸潤不足浸潤不足以上以上未溶融未溶融Reflow Temp.基板材質基板材質厚部品設厚部品設備構造変化備構造変化調整必要調整必要温度温度240予熱温度予熱温度18090120秒秒 0.51.5/秒秒100230 20秒以上保持秒以上保持180M705標準回流標準回流温度曲線温度曲線有鉛回流帯域200210220230240250012345濡時間(秒)温度()190180Sn37PbSn37Pb(有鉛合金)(有鉛合金)Sn3Ag0.5CuSn

13、3Ag0.5Cu(無縁合金)(無縁合金)260無鉛回流帯域Sn37PbSn37Pb(温度差37)(温度差37)Sn3Ag0.5Cu(温度差17)11 SMT接合工法回流温度溶融域条件設定接合工法回流温度溶融域条件設定温度温度230 時溶融時溶融時間約時間約5秒余力秒余力4倍倍=20秒保持秒保持220液相温度溶融温度時間不安定領域安定領域230 規定1SMT不良事例不良事例印刷機錫膏鋼網装着装着機機回流機基板電子電子部品部品他不良原因内容印刷条件不適性能劣化印刷性粘着性低下過薄押圧押圧不足不足過加熱酸化部品部品脚曲脚曲浮上浮上未接合未接合1SMT不良事例不良事例不足不足印刷機印刷機錫膏錫膏鋼網鋼

14、網装着機回流機基板電子電子部品部品他不良原因内容印刷条印刷条件不適件不適性能性能劣化劣化印刷印刷性版性版抜性抜性低下低下開口開口面積面積小小過薄過薄押圧不足過加熱酸化熱不足酸化過多過多厚厚脚浮脚浮上上NG品OK品1端子濡不足端子濡不足NG品OK品部品脚浮上部品脚浮上NG品OK品1SMT不良事例不良事例NOOK品OK品部品底面樹脂部分有突起部品底面樹脂部分有突起部品脚浮上状態部品脚浮上状態実装呈部品脚部濡不足実装呈部品脚部濡不足(接合量不足接合量不足)NG品NG品1SMT不良事例不良事例NOOK品OK品差込部品挿入部分差込部品挿入部分有突起、部品脚浮上有突起、部品脚浮上状態呈濡不足状態呈濡不足(

15、接合量不足接合量不足)NG品NG品1SMT不良事例不良事例1SMT不良事例不良事例未溶融未溶融印刷機錫膏錫膏鋼網装着機回流回流機機基板電子部品他不良原因 内容印刷後放置錫球径小錫球径小酸化酸化水混入水混入攪拌過多攪拌過多期限超過期限超過温度温度低下低下予備予備加熱加熱過大過大酸化酸化RESIST OVER酸化Heat Temp.Cold SlumpHot Slump 150 3min170 3min190 3min0.7mm Slit1.5mm Slit0.7mm Slit1.5mm Slit12.SMT不良事例不良事例印刷機錫膏錫膏鋼網鋼網装着機回流回流機機基板電子部品他不良原因内容位置精度

16、印刷条件不一致性能不良清掃不良再転写開口面積位置精度押圧温度曲線不一致吸湿酸化LAND面積酸化電鍍1SMT不良事例不良事例錫球飛散錫球飛散FLUX飛散飛散H2OR-OH合金溶融時合金溶融時合金溶融後合金溶融後H2OR-OH合金溶融時合金溶融時合金溶融後合金溶融後外部接触端子外部接触端子FLUX付着付着関連要素関連要素対策対策溶剤沸点回流炉温度不一致。本加熱時溶剤残留溶剤沸点低温化Or高温化予備加熱温度強化還元時発生水分、材料吸湿突沸吸湿性少材料選定印刷後放置時間短縮合金融合速度速活性力制御抑制昇温速度慢慢化気泡排出挙動時発生飛散予備加熱温度抑制昇温速度万慢化基板部品汚染、吸湿管理1SMT不良事

17、例不良事例印刷機印刷機錫膏錫膏鋼網鋼網装着機回流機基板電子部品他不良原因内容位置精度印刷条件不一 致 錫球流失性開口面積開口部汚再転写位置精度押圧温度曲線不一致LAND間GAP狭小Resist没有酸化1SMT不良事例不良事例錫球飛散錫球飛散錫珠錫珠(Side Ball)加熱溶融時加熱溶融時FLUX沿壁面移動沿壁面移動錫球移動、集合体形成錫球移動、集合体形成大錫珠大錫珠錫球飛散錫球飛散1SMT不良事例不良事例錫珠錫珠(Side Ball)対策方法錫膏量過多調整対策方法錫膏量過多調整鋼網開口面積内側部分鋼網開口面積内側部分CUT部品押圧時適正部品押圧時適正拡張拡張SLUMP錫球流失錫球流失防止防止

18、2./秒以下秒以下対策方法対策方法温度曲線調整温度曲線調整印刷機 錫膏鋼網装着機回流機基板基板電子部品他不良原因内容位置精度印刷条件不一致酸化性能不良温度曲線予熱過多酸化酸化電鍍電鍍不良不良吸湿吸湿酸化1SMT不良事例不良事例現象対策現象対策観察呈濡引戻現象Au電鍍電鍍Ni電鍍電鍍印刷機錫膏錫膏鋼網鋼網装着機回流機基板基板電子電子部品部品他不良原因内容位置精度印刷条件不一致酸化酸化濡性濡性能不能不良良開口開口面積面積低温度予熱過多設計設計不良不良酸化酸化濡不良濡不良IC先端後切断電鍍没有先端後切断電鍍没有濡不良、呈凹現象濡不良、呈凹現象1SMT不良事例不良事例1SMT不良事例不良事例L寸法長大

19、視認外観視認外観判定安心感判定安心感LAND長長短短Resist処理処理先端後切断電鍍没有先端後切断電鍍没有濡不良、呈凹現象濡不良、呈凹現象対策1.LAND L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以上以上t印刷機錫膏錫膏鋼網装着機回流機基板電子電子部品部品他不良原因内容気泡気泡抜性抜性能能性能性能不良不良温度曲線不一致吸湿電鍍電鍍不良不良12 SMT不良事例不良事例気泡電極底面気泡電極底面気泡存在多数存在多数同一廠家CHIP部品（LOT相違）電極接合部気泡発生状態有意差観察1SMT不良事例不良事例OK品品NG品品元素(keV)質量%原子数%C K0.27751.4

20、369.99O K0.52525.9926.55S K2.3070.940.48Sn L3.44221.652.98合計1001000.001.002.003.004.005.006.007.008.009.0010.00keVB (黒色部)040080012001600200024002800320036004000CountsCKaOKaSKescSKaSKbSnLescSnLlSnLaSnLbSnLb2SnLrSnLr2,3BB元素(keV)質量%原子数%Ni K7.4713.26.27Sn L3.44296.893.73合計1001000.001.002.003.004.005.006

21、.007.008.009.0010.00keVA (白色部)01503004506007509001050120013501500CountsNiLlNiLaNiKaNiKbSnLescSnLlSnLaSnLbSnLb2SnLrSnLr2,3AA1SMT不良事例不良事例OK品品NG品品電極電鍍不良残渣発泡状態（紙基材基板実装）残渣中多数気泡発生確認関連要素回流接合時基板内GAS放出回流接合時FLUX残渣粘性対策基板再加熱除湿、吸湿対策、吸湿保護樹脂膜etc錫膏FLUX（残渣)流動性向上基板材質変更1 SMT不良事例不良事例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

22、態気泡発生可能性大有鉛SnPb Ball vs無鉛M705 Paste無鉛M705 Ball vs 無鉛M705 PasteSnPb BallM705 PasteM705 PasteM705 Ball0.5mmPitchCSP：0.3mmDia：110umt0.5mmPitchCSP：0.3mmDia：110umt1SMT不良事例不良事例同時溶融同時溶融有鉛速溶融開始以後無鉛溶融有鉛速溶融開始以後無鉛溶融 有鉛SnPb Ball vs 無鉛M705 Paste無鉛M705 Ball vs 無鉛M705 Paste1SMT不良事例不良事例BGA部品錫球組成融点低時(有鉛)、初期溶融無鉛錫膏以後溶

23、融呈捲込融合形態気泡発生大気泡発生量大気泡発生量大濡引戻現象濡引戻現象(DE WETTING)原因原因1.基板銅面有酸化皮膜基板銅面有酸化皮膜(及及Ni電鍍電鍍面面)濡浸潤作用阻害、初期一次浸濡浸潤作用阻害、初期一次浸潤以降溶融合金、呈引戻現象潤以降溶融合金、呈引戻現象観察呈濡引戻現象Au電鍍電鍍Ni電鍍電鍍1.基板吸湿酸化2.基板電鍍処理方法不適3.Au電鍍有PIN HOLENi電鍍酸化対策1.基板交換2.基板製造廠家変更1SMT不良事例不良事例現象対策現象対策電解電解Au電鍍剥離電鍍剥離HG0.001.202.403.604.806.007.208.409.6010.80keVG08016

24、0240320400480560640720CountsNiLlNiLaNiKaNiKbAuMzAuMaAuMrAuLlAuLaAuLbAuLb20.001.202.403.604.806.007.208.409.6010.80keVH020040060080010001200CountsNiLlNiLaNiKaNiKbG： Au主体主体H： Ni主体主体濡不良濡不良Chip強度不足強度不足1SMT不良事例不良事例Au電鍍不良電鍍不良黄色変色黄色変色外観不好外観不好1SMT不良事例不良事例印刷機錫膏錫膏鋼網装着機回流機基板電子部品他不良原因内容FLUX材料材料性能性能過加熱錫膏変更錫膏変更回流

25、接合後発生脚部界面剥離回流接合後発生脚部界面剥離関連要素関連要素対策対策冷却（凝固）過程発生応力（基板湾曲）湾曲対策湾曲防止板部品電鍍Pb混入接合界面組成低融点化無鉛電鍍使用各合金Pb混入溶融温度変化1SMT不良事例不良事例引巣（）引巣（）応力破壊断裂冷熱周期試験冷熱周期試験後状態後状態（分分分）分）呈材料組織破壊破壊進行没有破壊進行没有信頼性無問題信頼性無問題無鉛特有問題原因原因慢慢的冷却時最終凝固部液相没有呈凹現象（冷却収縮偏差固相、液相不一致）対策対策 接合直後強制冷却、組織密度強化及均一冷却化接合体積平衡化1SMT不良事例不良事例 M 引巣現象及対策引巣現象及対策PKG側基板側錫球変形錫球変形aa