制程工程师专业知识基础 锡膏的介绍

制

程

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程

师专业

知识

基础

教

学---锡膏

的

介

绍

/sundae_meng何谓锡膏?锡膏是SMT中最为关键的材料.b.由合金锡球solderpowder及助焊剂Flux按照比例均匀混合而成.d.它的胶状特性能让SMD附着.c.它透过钢板上经计算切开的网孔,在锡膏印刷机中印在PCB的焊垫上.e.经过回焊炉的加温熔解,让SMD的电极及PCB的焊垫焊在一起,构成回路,导通电流./sundae_meng锡膏的主要成分介绍合金锡球

Solderpowder锡膏

SolderPaste助焊剂

Flux.每一家廠商的錫膏都有差異,最主要的不同在於:1.合金比例.2.Flux的成分差異./sundae_meng合金锡球主要成分合金锡球主要成分为:

a.锡(Sb)b.银(Ag)c.铜(Cu)d.锑(Sb)e.铋(Bi)f.锌(Zn)g.铅(Pb)h.铁(Fe)i.铝(Al)j.砷(As)k.镉(Cd)其中铅(Pb)镉(Cd)为Rohs的管制原料铅(Pb)含量需小于1000ppm镉(Cd))含量需小于100ppm/sundae_meng不同合金及比例组合及所需熔融的大约温度:NoAlloyLiquidusTemperatureRemark1Sn63-Pb37183Lead2Sn62-Pb36-Ag2179Lead3Sn96.5-Ag3.5221Lead-Free4Sn96.5-Ag3-Cu0.5217Lead-Free5Sn89-Zn8-Bi3194Lead-Free/sundae_meng合金錫球粒徑大小的分類

:SolderPowerTypeSolderPowerSizeClassificationRemarkType225~63Type325~45PALType425~38MostlyType515~32Type65~15單位:μm

/sundae_meng當錫膏中的合金錫球愈小時，其形成銲點後向外逸出不良錫球之機會也就愈大。因為“表面積／体積”的比值愈大時，也需要較多的助焊劑以減少其氧化，因而一些較小粒子者（15μm以下）就很容易在熔焊時從主體中被“沖擠”出來。故各型錫膏配置時必須訂定其選用粒徑大小（Particlesize），與其重量百分比的分配（SizeDistribution）兩種參數，以適應印刷時開口的大小及減少不良錫球的產生。注意事項:/sundae_meng合金锡球的外觀不正常不正常正常當合金錫球之粒徑及外形相差過於懸殊時，對鋼板印刷甚至注射法(點錫膏)的施工都很不利，常會造成出口的堵塞。不過經驗中也曾學習到錫粉中還須備有著某種“不均勻外形”者之比率存在，如此方可減少熔焊前預熱中錫膏的坍塌（Slump）.

/sundae_meng按标准粒度重量百分比所组成之六种细粒锡膏

:Type粒度直径上限大粒度直径(须在1﹪以下)正确粒度直径(须在80﹪以上)小粒度直径(须在10﹪以下)1160150150~75202807575~45203504545~2520Type粒度直径上限大粒度直径(须在1﹪以下)正确粒度直径(须在80﹪以上)小粒度直径(须在10﹪以下)4403838~2020530252555J-STD-005單位:μm

/sundae_mengFlux主要成分载剂CarrierMaterials溶剂

Solvent活化剂Activator其它添加物

TheologicalAdditive助焊剂

Flux/sundae_mengFlux各成分的功能No.ItemDescriptiona载剂CarrierMaterial为助焊剂组成成分之主体,协助活化剂的分布及传热.b溶剂

Solvent有效混合各种添加物并调整锡膏粘稠度c活化剂Activator-清洁(腐蚀)锡球及PCB焊垫表面的氧化物,让焊接更加紧密d其它添加物TheologicalAdditives锡膏粘稠度的调整改善过回焊炉时锡膏熔融塌陷问题./sundae_mengFlux的種類NoTypeContentaRRosin,(IsopropylAlcohol)bRMARosin,MildlyActivatedcRARosin,ActivateddOAOrganicAcideSASynthetic,Activated

Solderpaste,solderwireuseRMAtype./sundae_mengSolderPaste熔融過程

a.b.c.d.e./sundae_meng錫膏液化後的銲錫性等級

:ClassificationWettingAnglePrefectwetting0≤θ<10Excellentwetting10≤θ<20Verygoodwetting20≤θ<30Goodwetting30≤θ<40Adequatewetting40≤θ<55Poorwetting55≤θ<70Verypoorwetting70≤θ<90Nonewetting90≤θ/sundae_meng共熔合金的平衡相圖（PhaseDiagram):Sn-Ag-CuIMC(IntermetallicCompounds)介面合金共化物–Cu6Sn5&Ag3Sn/sundae_meng焊接動作之所以能夠焊牢，最根本的原因就是銲錫與底金屬銅面之間，已產生了IMC之良性介面合金共化物Cu6Sn5，此種如同樹根或家庭中子女般之介面層，正是相互結合力之所在。但IMC有時也會在銲錫主體中發現，且呈現粒狀或針狀等不同外形。其液態時成長之初的厚度約為0.5-1.0μm之間，一旦冷卻固化IMC後還會緩緩繼續長厚，而且環境溫度升高時還將會長的更快，最好不要超2μm。一段時間之後，在原先Cu6Sn5

之良性IMC與底銅之間還會另外生出一層惡性的Cu3Sn.此惡性者與原先良性者本質上完全不同，一旦Cu3Sn出現後其銲點強度即將漸趨劣化，脆性逐漸增加，IMC本身鬆弛，甚至整體銲點逐漸出現脫裂浮離等生命終期的到來。一般IMC的性質與所組成的金屬完全不同，常呈現脆性高、導電差，且很容易鈍化或氧化等進一步毀壞之境界。並具有強烈惰性頑性，一般助焊劑均無法加以清除。

注意事項:/sundae_mengCu6Sn5CuAg3SnSAC-IMC層的種類

:/sundae_mengIMC太厚:合金熔解時間過長.IMC太厚:合金熔解時間過長.正常IMC:合金熔解時間請參照錫膏供應商的sampleprofile.冷卻速度的增加可減緩IMC的增長及分佈正常IMCIMC太薄IMC太厚SAC-IMC層的厚度

:14μm以上1μm以下2μm/sundae_mengIMC生長進程

:此為錫鉛合金的SolderJoinIMC衰敗過程./sundae_mengIMC生長率:/sundae_meng除了“焊錫性”好壞會造成生產線的困擾外，“銲點強度”更是產品後續生命的重點。但若按材料力學的觀點，只針對完工焊料的抗拉強度與抗剪強度討論時，則並不務實。反而是高低溫不斷變換的長期熱循環（又稱為熱衝擊ThermalShock）過程中，其等銲點由於與被焊物之熱脹係數不同，而出現塑性變形，再進一步產生潛變甚至累積成疲勞才是重點所在。因此等隱憂遲早會造成銲點破裂不可收拾的場面，對焊點之可靠度危害極大。元件的金屬引腳與元件本體，及與板面焊墊之間的熱脹係數並不相同，因而在熱循環中一定會產生熱應力進而也如響應的出現應變，多次熱應力之後將再因一再應變而“疲勞”，終將使得焊點或封裝體發生破裂，此種危機對無腳的SMD元件影響更大。“細晶”的結構者，其強度與抗疲勞性才會更好。一旦引腳、銲點合金、與銲墊(即板