无铅制程-推行無鉛系統所需確認環節.ppt

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1、无铅制程无铅制程-推行無鉛系推行無鉛系統所需確認環節統所需確認環節vv PCB PCB 於無鉛於無鉛製程中之選用與影響製程中之選用與影響1.焊性可靠性焊性可靠性 :錫鉛板錫鉛板OSPOSP版化金版版化金版2.焊性平整性焊性平整性 :化金版化金版OSPOSP版錫鉛板版錫鉛板 以業界使用狀況而言,OSP&化金材質之PCB已是導入Lead Free之PCB Material主流(化銀板於2002/Q3才正式採用)OSP 版需注意雙面版之焊接性衰退現象(尤其在Bottom Side 是Wave Soldering時)化金版需注意Cost Down後之鍍金厚度問題,方能確保品質穩 定,同時成本也是考量因

2、素之一(疏孔)目前常用PCB之特點:1.化金板:平整度及接觸性佳 -易疏孔,Ni鈍化,價格高.2.化銀板:導電性及焊點信賴度佳 -PCB烘烤易氧化,價格高.3.OSP板 :平整度及價格低廉 -分多次與單次迴焊.4.浸/噴錫:焊接可靠度高 -平整度差.vv Solder Paste Solder Paste 於於長期印刷中之影響長期印刷中之影響O SnCH3CHCH3CH3COCH3CHCH3CH3CH3CH3OOCH3CHCH3CH3CH3COOHSnO(不斷滾動不斷滾動,溫度持續升高溫度持續升高,氧化物形成加快氧化物形成加快)H2O増粘作用物質増粘作用物質長期滾動與印刷提長期滾動與印刷提供熱

3、能所形成之反應供熱能所形成之反應松香類酸性物松香類酸性物松香類酸性物松香類酸性物(Sn/Pb:9.5%;Pb free:11%)(Sn/Pb:9.5%;Pb free:11%)SnSn並未消失並未消失5010015020010015020025050Sec.pre-heatpre-heatsoakingsoakingcoolingcoolingreflowreflow1.53.0 oC/secB oC230245 oCT2T31.22.3 oC/sec1.72.2 oC/secT1C oC220250T1:preheat time:5080 secT2:dwell time during so

4、aking:6090 secT3:time above 220 oC:1540 secvv Recommend Reflow Profile Recommend Reflow Profile(PF606-P(Sn-3.0Ag-0.5Cu)145175 oCvv Twin Peak Reflow Profile Twin Peak Reflow Profile(PF606-P(Sn-3.0Ag-0.5Cu)對於無法耐熱製程之解決對策理想狀況曲線 積分定義論積分定義論:以不同之以不同之Tmax Tmax 達到相同之液態點積分理論達到相同之液態點積分理論 所謂最佳之所謂最佳之ProfileProfi

5、le需考量需考量voids,voids,耐熱性耐熱性,亮點亮點,推拉力推拉力.綜合參考之綜合參考之vv Lead Free Lead Free 對爬對爬錫性之錫性之影響影響 Sn/Ag/Cu Sn/Ag/Cu 系列系列系列系列Sn/Pb Sn/Pb 系列系列系列系列D1D2 D1:It will reduce the bending stress limit on lead.D2:depend on IPC-610C&IPC-650TM(reliability testing)vv Lead Free Lead Free 對對VoidVoid(錫洞錫洞)之影響之影響(a)金屬酸化物與有機酸發生

6、還原反應造成金屬酸化物與有機酸發生還原反應造成水蒸氣生成水蒸氣生成2RCOOHSnO(RCOO)2SnH2O(b)有機酸分子間酯化反應造成有機酸分子間酯化反應造成水蒸氣生成水蒸氣生成RCOOHROHRCOORH2O(c)活性不足活性不足.?Voids(問題解析)活性反應vv Lead Free Lead Free 對對 BGAVoidBGAVoid(錫洞錫洞)之影響之影響(問題解析)Large voids Large voids IPC-7095中有明確規範Top/Bottom Side 之Voids允許範圍 對IPC-650TM中可靠度之明確測試 客戶要求之檢驗標準vv Lead Free

7、Lead Free 於於VoidVoid(錫洞錫洞)之對策之對策-ProfileProfile預熱時間預熱時間 :（135135160160）、）、100100秒秒最高温度最高温度 ：260260220220以上時間以上時間 ：4545秒秒預熱時間預熱時間 :（150150160160）、）、170170秒秒最高温度最高温度 ：235235220220以上時間以上時間 ：7070秒秒1.1.温度設定組別温度設定組別 A A 2.2.温度設定組別温度設定組別 B B Voids 集中於Body下方之Landvv Lead Free Lead Free 對對Solder Wicking之影響之影響

8、(問題解析)1.Increase heating PCB temperature2.Improve wetting ability of pad.3.Review reflow temperature profile.temperature profile.IC leadIC lead vv Lead Free Lead Free 對對 焊點亮度焊點亮度 之影響之影響Sn/PbSn/Ag/CuSn/Ag/Cu/Bi亮帶非亮帶幾乎無亮帶 表面坑洞與粗糙度決定亮度 液固態轉換時間長短決定結晶顆粒vv 焊點亮度之影響焊點亮度之影響 共晶與共晶與“固液態固液態”溫度之差異溫度之差異共晶點 人類大量使用

9、人類大量使用63/3763/37系列之原因系列之原因?vv Lead Free Lead Free 與與 Sn/Pb Sn/Pb 強度比較之影響強度比較之影響01020304050208218223228238Reflow Peak 温度温度（）接接合合強強度度(N N)接合強度接合強度 Sn/Ag/Cu/Bi接合強度接合強度 Sn/Ag/Cu広広 Sn/Ag/Cu/Bi広広 Sn/Ag/Cuvv Reflow 於無鉛系統之應用PROFILE PROFILE 精確性精確性精確性精確性 PCB PCB 變形變形變形變形 PID PID 控制性能控制性能控制性能控制性能 Reflow Reflow

10、 均溫性均溫性均溫性均溫性 Cooling Cooling 最佳化最佳化最佳化最佳化 LEAD FreeLEAD FreeIDEA forIDEA forWindows of lead free will be more narrow than Sn/Pb series materials.Even whole of worlds reflow had use PID control for a long time,ERSA never stop level up their PID parts Just the reason of narrow window of lead free pro

11、file,you should make sure every components on PCBA got the silimer temp during wetting process.More warpage,lower quality.How to let your PCBA got the less warpage in lead free process Cooling is the important factor of high stregth&smooth fillet,crystalizing.vv Reflow 之溫控性於無鉛系統之應用183 183 215 215 22

12、0 220 240 240 215 215 220 220 230 230 240 240 T Liq :焊接合金之液相區焊接合金之液相區 T process :焊接合金作用區焊接合金作用區T=32T=20T=10T=5v均溫性及陰影效應於無鉛系統之影響低壓風區產生易導致偏移及元件品質低劣 陰影效應一般常見於密度高及元件複雜之產品上陰影效應一般常見於密度高及元件複雜之產品上,但導入無鉛後會但導入無鉛後會 因無鉛產品需更高的溫度及溫控精確性因無鉛產品需更高的溫度及溫控精確性,使得陰影效應會更加放大使得陰影效應會更加放大 而導致不良率的提昇而導致不良率的提昇.均溫性同時發生在無鉛導入時均溫性同時發

13、生在無鉛導入時,由於無鉛導入時需更佳更高同時更由於無鉛導入時需更佳更高同時更 精確之溫度控制精確之溫度控制,因此均溫性的控制更加困難因此均溫性的控制更加困難vv X-RayX-Ray於無鉛製程上應用瓶頸於無鉛製程上應用瓶頸The graphic shows the number of the transmitted photons.Higher transmission The graphic shows the number of the transmitted photons.Higher transmission means lower absorption means lower absorption 電子束X-Ray 射線abca.低臨界振盪區C.高臨界振盪區b.突頻振盪區vv Lead Free Lead Free 於實際應用問題點於實際應用問題點1.BGA Ball 是否改成無鉛錫球?2.PCB material 材料選用,鍍金or OSP.?3.Reflow 整體效能是否足夠?4.冷卻系統於無鉛應用上之重要性.?5.元件之耐熱性與工作條件?6.PCB 之板彎現象影響及防止 7.PAD 設計與鋼板Pattern之應用 8.Voids 之影響9.Cornor效應對強度影響10.0402以下應用瓶頸.11.相關測試設備