培训教材锡膏基础知识生产工艺及使用问题讲解

培训教材锡膏基础知识生产工艺及使用问题讲解第1页/共78页焊锡膏助焊剂清洗剂OSP油墨第2页/共78页锡膏制造与相关参数第3页/共78页锡膏的特性和各项参数:组成部分:锡粉主要指标:成分和大小

助焊剂主要指标:松香,活性剂,触变剂和溶剂锡粉的成分直接影响到锡膏的熔点和可靠性等.锡粉的直径大小分类按IPC标准可以分为几类,市场上常见的是三号和四号锡粉.松香和活性剂都有预防氧化的功能,松香还有去除氧化的功能.触变剂的主要作用是防止各成分的分离.溶剂的主要功能是溶解锡膏的各项成分,使各成分能够均匀分布.第4页/共78页各成分的性能指标:锡粉:可印刷性,锡球分布,焊接温度.松香:可印刷性,焊接特性,预防潮湿的性能.活性剂:焊接特性,锡球防止性,粘度的稳定性.触变剂:可印刷性,埸陷流挂性(包括热流挂和冷流挂)溶剂:置放时间,热流挂和印刷时间SolderPowderThixotropyAgentActivatorResinSolvent第5页/共78页锡粉的制造过程:锡粉由液态焊料通过离心器的作用,最后经过分类而得出我们所需要的锡粉.整个过程中我们需要控制氧气的含量.同时分类时我们会根据要求而筛选.LiquidsolderSolderpowderO2control第6页/共78页有铅焊錫粉末合金銲錫粉末=錫鉛合金或是添加其他特殊金屬合金比例錫鉛銀熔點(℃)備註63/376337183共晶銲錫含銀2%62362179~183*添加銀(Ag)金屬會使強度硬度增加，連機械強度耐疲勞也會增加。*添加鉍(Bi)金屬會降低熔點並使焊點變得又硬又脆，使焊點產生斷裂，但其導電性奇佳。*鋅(Zn)是錫膏中極欲排除雜質之一，無法與錫鉛融合，經時變化後會析出，易造成焊點斷裂。第7页/共78页锡膏中助焊剂的配比:A类B类第8页/共78页添加剂:卤化物中性有机酸：活化锡铅表面胺类：活化银表面有机酸：高温下配合助焊剂除污氯化胺（RA）溶剂：溶解固化物、活性剂，需有挥发速率及沸点（坍塌、空洞）触变剂：印刷成型润湿剂增黏剂：保持贴片后，REFLOW前黏性防氧化剂：防止焊粉氧化，酚类表面活性剂：降低焊剂表面张力，增加焊剂对焊粉及焊盘的亲润性其它：厂家专利第9页/共78页相关测试参数:金属含量锡球粘度SIR(表面阻抗测试)铜镜铬酸银试纸粘力塌落性可焊性助焊剂绝缘性酸度（mgKOH/g)卤化物含量第10页/共78页影响粘度的因素:焊膏中的金属含量助焊剂的粘度温度焊膏寿命、储存情况预搅拌粘度金属含量第11页/共78页锡膏的测试(一):坍塌测试冷坍塌测试，#1板在25+/-5C和湿度为50+/-10%的环境下放置30分钟

热坍塌测试，#2板在150+/-10C的电炉上加热10至15分钟，然后冷却到室温第12页/共78页锡膏的测试(二):锡球:锡球测试是测试锡膏回流后，在未润湿的底板上出现的小锡球

测试方法依照IPC-TM-650的2.4.43

回流后将样板放在10X或20X的显微镜下观察无成簇或大锡球

显微镜下的锡粉第13页/共78页锡膏的测试(三):粘度测试

:粘着力测试非常重要，对于测试在高速贴片过程中，锡膏对电子元件的粘接能力

粘着力的测试方法依照IPC-TM-650的2.4.44第14页/共78页锡膏的测试(四):扩展率测试

:扩展率是衡量锡膏活化性能的一个指标第15页/共78页锡膏的测试(五):溶熔性测试:试验基板为陶器板试验温度为锡膏熔点加上50℃合格品不合格品第16页/共78页锡膏的测试(六):焊接性测试:试验基板为铜制板试验温度为锡膏熔点加上50℃

Sn-Pb-0.4Ag

Sn-3Ag-0.5Cu

第17页/共78页锡膏的分类:从原料方面可以分为有铅和无铅锡膏例:TAMURA有铅

RMA-20-21

无铅:TLF-204-111从焊接条件上可以分为高温焊接和低温焊接用锡膏例:TAMURA低温:

TLF-401-11低温焊接用锡膏曲线第18页/共78页焊錫粉末顆粒(一)一、單位類別1、mesh:使用每英吋網目篩選所需焊錫粉末大小，通常用於不規則形狀之焊錫粉末。2、μm:公制單位(10-3mm)，使用光學檢測篩選所需焊錫球徑大小，粉末為規則形狀(真圓形)才適用。mesh200250270325400500600μm74635344373125第19页/共78页焊錫粉末顆粒(二)二、粉末形狀1、不規則型:印刷後易下塌造成短路，球徑大小也難一致，較不適合finepitch印刷作業。2、規則型:因為是球形的關係，球徑大小也較規則，較適合finepitch印刷作業，另外球型粉末在不活性氣體中製造，所以焊錫氧化率較低。第20页/共78页锡粉的分布图:第21页/共78页锡膏的粘度和触变值:良好的锡膏粘度值应在160Pa•s--240Pa•s之间.(PCU-20510rpm25℃)触变值(TI)应在0.4-0.7之间.TI=log(viscosityof3rpm/viscosityof30rpm)转速(RPM)10330200300100TIisbigTIissmall粘度第22页/共78页存贮与运输第23页/共78页锡膏的存贮:存贮温度的要求:锡膏需保存在10℃以下,根据原料不同,保质期为制造成品后90天或者180天.存贮运输的要求:需使用冷冻设备保存运输或者利用冰袋.第24页/共78页锡膏的回温与搅拌:TAMURA锡膏从冷藏环境中取出后需在常温下回温1.5-3小时TAMURA锡膏回温完成后需要搅拌2-5分钟NGNGOK第25页/共78页印刷PRINT第26页/共78页錫膏與印刷條件(參考值)QFP腳距0.65mm0.5mm0.3mm錫粉末形狀:不規則規則○○╳○╳○焊錫粉末最大粒徑75μm50μm30μm錫膏黏度(Pa.s)200~250180~220160~200鋼版厚度(mm)0.20.18~0.150.08~0.10鋼版的開口幅(mm)0.30~0.350.22~0.250.12~0.15鋼版與基板間隙(mm)0.3~0.500刮刀速度(mm/sec)30-12040-10030-90第27页/共78页触变值的大小与印刷关系:

Small(low)TIBig（high)no-goodSlumpgoodno-goodSolderoozinggoodgoodPasterollingno-goodgoodTackytosqueegeeno-good第28页/共78页刮刀的类型:TypeMaterialMeritsDemeritsUserPolyurethaneEconomicalGapPrintingSolderoozingVeryFewPolyurethaneSharpPrintingSolderoozingNotEconomicalVeryFewPolyurethaneAngleAdjustabilityDifficultinPressureSettingGoodforStencilGeneralSUSSUSCoatingEasyControlPoorforStencilPopular第29页/共78页锡粉直径与钢网开孔之间的联系(一)referenceRelationshipstencilopeningandsolderpowderRelationshipstencilthicknessandsolderpowderStencilopeningThicknessPrintingabilitySquarepatternRoundpatternVery–goodover6powderover10powderover5powderGood5powder8powder4powderNo-goodless4powderless7powderless3powder第30页/共78页锡粉直径与钢网开孔之间的联系(二)stencilSolderPowder(μm)PitchSize(mm)StencilThickness(μm)38-630.5150-20038-4520-450.4120-15020-380.3100-120ReferenceData第31页/共78页關於印刷速度印刷速度如太快，會發生虛印、漏印或錫膏量不足(錫膏印刷時下降未完全)。相反印刷速度太慢，錫膏雖有充分時間下降，但鋼版與基板接觸時間過長，而使錫膏流至反面，造成錫膏拉絲而出現小錫珠。當錫膏黏度太低，再連續印刷時易造成滲漏下塌而產生短路。良好印刷狀態錫膏量不足印刷速度太快錫膏量過多印刷速度太慢第32页/共78页關於印刷壓力印刷壓力過大時，鋼版前端會彎曲，易造成錫膏滲透，而產生小錫珠。相反如印刷壓力不足，無法達到良好印刷效果，可能會造成漏印虛印等等現象。適當印刷壓力不但可保護鋼版、刮刀更可確保產品良率穩定。印壓過強造成滲漏易發生短路印壓不足鋼版上錫膏殘留易產生空焊第33页/共78页印刷速度太快>>调整印刷速度钢网不下锡>>调整脱网速度刮刀压力过大>>减小刮刀压力

印刷不良模拟图片(一)第34页/共78页减小印刷压力减小刮刀速度检查钢网是否与PCB对准检查锡膏粘度与触变值印刷不良模拟图片(二)第35页/共78页不良现象解析(参考):第36页/共78页锡珠产生的原因(一):印刷过后网板上沾有流挂的锡.锡粉氧化锡膏超过了保质期限第37页/共78页锡珠产生的原因(二):锡膏印刷量过大钢网开孔不佳印刷速度过慢第38页/共78页锡珠解决方案(参考):改变钢网开孔方式调整钢网厚度(例如:从0.15mm改为0.12mm)第39页/共78页锡珠现象影像:第40页/共78页立碑现象的原因分析:PCB板温不均匀PAD水平高度不统一钢网开孔方式不佳PS:含有少量银元素的锡膏此不良会有明显减少.第41页/共78页立碑现象解析:PCB预热不够,在进入回流前焊点温度不均,造成焊锡的熔融时间不统一,一侧张力较大.PAD焊点高度不水平锡膏印刷不良钢网未做防立碑处理(参考)第42页/共78页空洞(VOID)现象解析:ReflowVoid由于无铅锡膏的成分特性,存在于锡膏中的气体或产生的气体相对于有铅锡膏难于“冒泡”而出!第43页/共78页回流焊接温度曲线第44页/共78页TAMURA有铅锡膏回流曲线050100150200251301702102500.5-3°C/sec130-170°C,60-120sec1-4°C/sec200°Cover30-45sec210-230°CPeaktemp.Pre-heatzoneDecreasezoneRefloezoneCoolingzoneRateBRateCCool1-4°C/sec第45页/共78页TAMURA无铅标准回流曲线Time(s)Temp.(℃)MeltingTimePreheatRecommended：180-200℃finaltime:60-120sec・Toolow.：Difficultyofpeaktemperatureincreaseinsolderballincreaseintombstonephenomenon・Toohigh：non-meltingdownofspreadfactordownofselfalignmenteffectReflowpeakandtimeRecommended：235～240℃over220℃,20-60sec・Changeinyieldofvoid・Toolow：downofspreadfactornon-melting・Toohigh：surfaceroughnessHeatingRecommended：1～3℃/s・Toofast：moreslumpincreaseinchipsideballincreasesolderballCoolingspeedrecommended：2～5℃/s・Tooslow：PossibilityjointReliabilitydown・Toofast：PossibilityChipshift第46页/共78页TAMURA无铅标准回流曲线(二):Temp.(℃)MeltingTimePreheattimeislong,temp.ishighso⊿Tofpeak-temp.becamesmall.ProfileforPb-freeNeedtochangereflowcondition！第47页/共78页回流炉设置与焊接效果联系:ZoneConditionPhenomenonCausesPreheatTemperatureHigh

SmallsolderballOxidationofpowderLow

Manhattan,wickingPCB’stemp.imbalanceTimeLong

SmallsolderballOxidationofpowderShort

Manhattan,wickingPCB’stemp.imbalanceReflowTemperatureHigh

WickingOxidationofsolderLow

No-melting(no-etting)NotenoughcalorieTimeShortNotgoodwettingNotenoughcalorie第48页/共78页锡膏在回流中的各阶段:第49页/共78页无铅锡膏的PROFILE注意事项不同厂商PROFILE有区别.金属成分相同但锡膏内焊剂不同对曲线有影响.厂商推荐曲线有一定的范围值.原因是因为客户产品或者设备的不同.第50页/共78页曲线预热对焊接的影响:Time（s）Temperature（℃）05010015020025018013022085s30s０１２０２４０第51页/共78页PREHEAT温度影响:Preheattemperature130～180℃､85s190～200℃､90sWettabilitydownandsurfaceroughness第52页/共78页无铅的“自我”角度调整能力(一)Sn/Ag/CuSn/Pb第53页/共78页无铅的“自我”角度调整能力(二)相对于有铅制程,无铅制程要求更高的置件精度,以满足对于焊接后的精度要求.有铅的“纠正”影像:第54页/共78页BGA焊接后检测:由于BGA的特殊性,所以给检测带来了一些难度,但通过仪器设备,还是能够进行全面的检测.第55页/共78页BGA的自我纠正能力:(参考)第56页/共78页轨道速度对曲线影响:85s165s255s105s60s30s1.0m/min0.6m/min0.4m/min0120240360480100150200第57页/共78页轨道速度对曲线影响:

CrackUnevenfluxresidue1.0M/min0.8M/min0.6M/min第58页/共78页温润性对焊接的影响(一):TAMURAproductRivalmanufacturerARivalmanufacturerBSteadywettingUnstablewetting0.8mmP1.0mmP第59页/共78页温润性对焊接的影响(二):

ＮewproductOldgoods第60页/共78页新产品的VOID控制:AfterpassingreflowonceAfterpassingreflowtwiceAfterpassingreflowthreetimesNewOld第61页/共78页无铅焊点的结合强度:01020304050208218223228238Reflowpeaktemperature（℃）Jointstrengthof3216chip（N）020406080100Spreadfactor（%）JointstrengthSn/Ag/Cu/BiJointstrengthSn/Ag/CuSpreadingSn/Ag/Cu/BiSpreadingSn/Ag/Cu第62页/共78页PCB对焊接的影响:SurfacePb-FreeJointStrengthSurfaceFlatnessCostProductivityOSPGoodGoodGoodGoodGoodPrefluxGoodGoodAcceptableGoodGoodHASLAcceptableAcceptableNotacceptableAcceptableAcceptableNi/AuGoodNotacceptableGoodNotacceptableNotacceptable第63页/共78页PAD对焊接的影响:60708090100NonSnPlatingSn-AgPlatingSn-BiPlatingSn-PbPlatingAuPlatingPdPlatingNonSnPlatingSn-AgPlatingSn-BiPlatingSn-PbPlatingCu42-AlloyTest:Sn/Ag/CumetalSpreadFactor(%)第64页/共78页不同合金的不同外观:Sn/PbSn/3Ag/0.5CuSn/3.5Ag/0.7Cu/3BiSn/3.5AgSn/58BiSn/2CuSn/3Bi/8ZnSn/3.5Ag/0.5Cu/8In第65页/共78页不同合金的熔点第66页/共78页曲线选取的其它因素:确定温度曲线的要素：PCB层结构/地线层等PCB尺寸/厚度/材料PCB上元器件密度焊盘材料类型回流炉的类型焊膏类型元器件的温度敏感性第67页/共78页测试炉温的测点选择:选择测试点时应考虑以下几点:测试点的选择应尽量分散大的地线焊盘元器件密度元器件材料元器件尺寸焊接夹具热敏感元器件颜色的选择(适用于红外炉子)第68页/共78页锡膏的无铅进程Japan1997IssuedRecycleInitiativeforAutoMobileregulation1998

ExecutionDisposalofWasteMatterregulation2001ExecutionHomeElectronicsProductRecycleregulation2001

ExecutionPollutantReleaseandTransferResisterregulationUSA1999

NEMITaskForce

RecommendSn/3.9Ag/0.6CuEU

Eco-labelregulationdraftforportablecomputergoods2006

WEEE：ProposalforadirectiveonWastefrom

ElectricalandElectronicEquipment(2004=>2008=>2006)第69页/共78页日系产商无铅化进程SanyodenkiMarch2002Pb-freestart(everycompany1model）TDKApril2002allPb-freeMatsushitaMarch2003allPb-freeSonyMarch2005allPb-freeNECMarch2005allPb-freeFujitsuEndof2002allPb-freePioneerSeptember2002Pb-freestartSharpMarch2003Pb-freestartMitsubishiMarch2005allPb-freeHitachiMarch2005allPb-freeToshibaMarch2005allPb-freeAutomobileEndof2004allPb-free第70页/共78页无铅焊料合金成分与市场(一)Dip（Wave)AlloySn-3.0Ag-0.5CuSｎ-0.7Cu-NiSn-0.7Cu-SbMarketPublicwelfareIndustrymachine（BothsidesPCB）Publicwelfare（OnesidePCB）Publicwelfare（OnesidePCB）Rat