【培训教材】锡膏基础知识生产工艺及使用问题讲解PPT(P77).ppt

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1、l焊锡膏l助焊剂l清洗剂lOSPl油墨锡膏制造与相关参数锡膏制造与相关参数锡膏的特性和各项参数锡膏的特性和各项参数:l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.各成分的性能指标各成分的性能指标:l锡粉:可印刷性,锡球分布,焊接温度.l松香:可印刷性,焊接特性,预防潮湿的性能.l活性剂:焊接特

2、性,锡球防止性,粘度的稳定性.l触变剂:可印刷性,埸陷流挂性(包括热流挂和冷流挂)l溶剂:置放时间,热流挂和印刷时间Solder PowderThixotropy AgentActivatorResinSolvent锡粉的制造过程锡粉的制造过程:l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.l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.Liquid solderSolder powderO2 control有铅有铅焊錫粉末合金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%623

3、62179183*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。锡膏中助焊剂的配比锡膏中助焊剂的配比:A类类B类类添加剂添加剂:l卤化物l中性有机酸：活化锡铅表面l胺类：活化银表面l有机酸：高温下配合助焊剂除污l氯化胺（RA）l溶剂：溶解固化物、活性剂，需有挥发速率及沸点（坍塌、空洞）l触变剂：印刷成型l润湿剂l增黏剂：保持贴片后，REFLOW前黏性l防氧化剂：防止焊粉氧化，酚类l表面活性剂：降低焊剂表面张力

4、，增加焊剂对焊粉及焊盘的亲润性l其它：厂家专利相关测试参数相关测试参数:l金属含量l锡球l粘度lSIR(表面阻抗测试)l铜镜l铬酸银试纸l粘力l塌落性l可焊性l助焊剂绝缘性l酸度（mgKOH/g)l卤化物含量影响粘度的因素影响粘度的因素:l焊膏中的金属含量焊膏中的金属含量l助焊剂的粘度助焊剂的粘度l温度温度l焊膏寿命、储存情况焊膏寿命、储存情况l预搅拌预搅拌 粘度金属含量锡膏的测试锡膏的测试(一一):l坍塌测试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，然后冷却到室温锡膏的测试锡膏的测

5、试(二二):l锡球锡球: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 显微镜下的锡粉锡膏的测试锡膏的测试(三三):l粘度测试粘度测试: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 的的 2.4.44锡膏的测试锡膏的测试(四四):l扩展率测试扩展率测试:扩展率是衡量锡膏活化性能的一个指标锡膏的测试锡膏的测试(五五):l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合格品不合格品锡膏的测试锡膏的测试(

6、六六):l焊接性测试:试验基板为铜制板试验温度为锡膏熔点加上50Sn-Pb-0.4Ag Sn-3Ag-0.5Cu 锡膏的分类锡膏的分类:l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-204-111l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焊錫粉末顆粒焊錫粉末顆粒(一一)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、m: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。mesh20025027

7、0325400500600 m74635344373125焊錫粉末顆粒焊錫粉末顆粒(二二)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fine pitch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fine pitch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。锡粉的分布图锡粉的分布图:锡膏的粘度和触变值锡膏的粘度和触变值:l良好的锡膏粘度值应在160 Pa s-240 Pa s之间.(PCU-205 10rpm 25)l触变值(TI)应在0.4-0.7之间.TI=log(viscosity of 3 rpm/viscosit

8、y of 30 rpm)转速(RPM)10330200300100TI is bigTI is small粘度存贮与运输存贮与运输锡膏的存贮锡膏的存贮:l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.l存贮运输的要求:需使用冷冻设备保存运输或者利用冰袋.锡膏的回温与搅拌锡膏的回温与搅拌:lTAMURA锡膏从冷藏环境中取出后需在常温下回温1.5-3小时lTAMURA锡膏回温完成后需要搅拌2-5分钟NGNGOK印刷印刷 PRINT錫膏與印刷條件錫膏與印刷條件(參考值參考值)QFP 腳距0.65mm0.5mm0.3mm錫粉末形狀:不規則 規則焊錫粉末最大粒

9、徑75m 50m 30m 錫膏黏度(Pa.s)200250180220160200鋼版厚度(mm)0.20.180.150.080.10鋼版的開口幅(mm)0.300.350.220.250.120.15鋼版與基板間隙(mm)0.30.500刮刀速度(mm/sec)30-12040-10030-90触变值的大小与印刷关系触变值的大小与印刷关系:Small(low)TI Big（high)no-goodSlumpgoodno-goodSolder oozinggoodgoodPaste rollingno-goodgoodTacky to squeegeeno-good刮刀的类型刮刀的类型:Ty

10、peMaterialMeritsDemeritsUserPolyurethaneEconomicalGap PrintingSolder oozingVery FewPolyurethaneSharp PrintingSolder oozingNot EconomicalVery FewPolyurethaneAngle AdjustabilityDifficult in Pressure SettingGood for StencilGeneral SUSSUS Coating Easy ControlPoor for StencilPopular锡粉直径与钢网开孔之间的联系锡粉直径与钢网开

11、孔之间的联系(一一)referenceRelationship stencil opening and solder powderRelationship stencil thickness and solder powderStencil openingThickness Printing abilitySquare patternRound patternVery goodover 6 powderover 10 powderover 5 powderGood 5 powder8 powder4 powderNo-goodless 4 powder less 7 powderless 3

12、powder锡粉直径与钢网开孔之间的联系锡粉直径与钢网开孔之间的联系(二二)stencilSolder Powder (m)Pitch Size (mm)Stencil Thickness(m)38-630.5150-20038-4520-450.4120-15020-380.3100-120Reference Data關於印刷速度關於印刷速度 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

13、不足印刷速度太快錫膏量過多印刷速度太慢關於印刷壓力關於印刷壓力 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印刷速度太快印刷速度太快 调整印刷速度调整印刷速度钢网不下锡钢网不下锡 调整脱网速度调整脱网速度刮刀压力过大刮刀压力过大 减小刮刀压力减小刮刀压力 印刷不良模拟图片印刷不良模拟图片(一一)减小印刷压力减小印刷压力减小刮刀速度减小刮刀速度检查钢网是否与检查钢网是否与PCB对准对准检查锡膏粘度与

14、触变值检查锡膏粘度与触变值印刷不良模拟图片印刷不良模拟图片(二二)不良现象解析不良现象解析(参考参考):锡珠产生的原因锡珠产生的原因(一一):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锡珠产生的原因锡珠产生的原因(二二):锡膏印刷量过大钢网开孔不佳印刷速度过慢锡珠解决方案锡珠解决方案(参考参考):l改变钢网开孔方式l调整钢网厚度(例如:从0.15mm改为0.12mm)锡珠现象影像锡珠现象影像:立碑现象的原因分析立碑现象的原因分析:lPCB板温不均匀lPAD水平高度不统一l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.立碑现象解析立碑现象解析:lPCB预热不够,在进入

15、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.lPAD焊点高度不水平l锡膏印刷不良l钢网未做防立碑处理(参考)空洞空洞(VOID)现象解析现象解析: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!回流焊接温度曲线回流焊接温度曲线TAMURA有铅锡膏回流曲线有铅锡膏回流曲线050100150200251301702102500.5-3C/sec130-170C,60-120sec1-4C/sec200C over 30-45sec210-230CPeak temp.Pre-heat zoneDecrease zoneRefl

16、oe zoneCooling zoneRate BRate CCool 1-4C/secTAMURA无铅标准回流曲线无铅标准回流曲线Time(s)Time(s)TempTemp.().()MeltingMeltingTimeTimePreheatRecommended：180-200finaltime:60-120secToolow.：DifficultyofpeaktemperatureincreaseinsolderballincreaseintombstonephenomenonToohigh：non-meltingdownofspreadfactordownofselfalignmen

17、teffectReflowpeakandtimeRecommended：235240over220,20-60secChangeinyieldofvoidToolow：downofspreadfactornon-meltingToohigh：surfaceroughnessHeatingRecommended：13/sToofast：moreslumpincreaseinchipsideballincreasesolderballCoolingspeedrecommended：25/sTooslow：PossibilityjointReliabilitydownToofast：Possibil

18、ityChipshiftTAMURA无铅标准回流曲线无铅标准回流曲线(二二):Temp.()Melting TimePreheattimeislong,temp.ishighsoTTTTofpeak-temp.becamesmall.ProfileforPb-freeProfileforPb-freeNeed to change reflow condition！回流炉设置与焊接效果联系回流炉设置与焊接效果联系:Zone Condition Phenomenon Causes Preheat Temperature High Small solder ballOxidation of powd

19、erLow Manhattan,wicking PCBs temp.imbalanceTime Long Small solder ballOxidation of powderShort Manhattan,wicking PCBs temp.imbalanceReflow Temperature High Wicking Oxidation of solderLow No-melting(no-etting)Not enough calorieTimeShort Not good wettingNot enough calorie锡膏在回流中的各阶段锡膏在回流中的各阶段:无铅锡膏的无铅锡膏

20、的PROFILE注意事项注意事项l不同厂商PROFILE有区别.l金属成分相同但锡膏内焊剂不同对曲线有影响.l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.曲线预热对焊接的影响曲线预热对焊接的影响:Time（s）Temperature（）0501001502002501801801301302202208585s s3030s s PREHEAT温度影响温度影响:Preheat temperature130180 85s190200 90sWettability down and surface roughness无铅的无铅的“自我自我”角度调整能力角度调整能力(一一)Sn/A

21、g/CuSn/Pb无铅的无铅的“自我自我”角度调整能力角度调整能力(二二)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:BGA焊接后检测焊接后检测:l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.BGA的自我纠正能力的自我纠正能力:(参考参考)轨道速度对曲线影响轨道速度对曲线影响:8585s s165165s s255255s s105105s s6060s s3030s s1.0m/min0.6m/min0.4m/min0 0 120120240240 360360480480100150200轨道速度对曲

22、线影响轨道速度对曲线影响:CrackUneven flux residue1.0M/min 0.8M/min 0.6M/min温润性对焊接的影响温润性对焊接的影响(一一):TAMURA productRival manufacturer ARival manufacturer BSteady wettingUnstable wetting0.8mmP1.0mmP温润性对焊接的影响温润性对焊接的影响(二二):ew productOld goods新产品的新产品的VOID控制控制:After passing reflow onceAfter passing reflow twiceAfter pa

23、ssing reflow three timesNewOld无铅焊点的结合强度无铅焊点的结合强度:0 010102020303040405050208208218218223223228228238238Reflow peak temperature（）Joint strength of 3216 chip（N）0 02020404060608080100100Spread factor（%）Joint strength Sn/Ag/Cu/BiJoint strengthSn/Ag/CuSpreading Sn/Ag/Cu/BiSpreading Sn/Ag/CuPCB对焊接的影响对焊接的影响

24、:SurfacePb-FreeJoint StrengthSurfaceFlatnessCostProductivityOSPGoodGood GoodGoodGoodPrefluxGoodGoodAcceptableGoodGoodHASLAcceptableAcceptableNot acceptableAcceptableAcceptableNi/AuGoodNot acceptableGoodNot acceptableNot acceptablePAD对焊接的影响对焊接的影响:60708090100NonSnPlatingSn-AgPlatingSn-BiPlatingSn-PbPl

25、atingAuPlatingPdPlatingNonSnPlatingSn-AgPlatingSn-BiPlatingSn-PbPlatingCu42-AlloyTest:Sn/Ag/Cu metalSpread Factor(%)不同合金的不同外观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不同合金的熔点不同合金的熔点曲线选取的其它因素曲线选取的其它因素:l确定温度曲线的要素：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

26、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测试炉温的测点选择测试炉温的测点选择:l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)锡膏的无铅进程锡膏的无铅进程Japan19971997 Issued Recycle Initiative for Auto Mobile regulationIssued Recycle Initiative for Auto Mobile regulation19981998 Execution Disposal of Waste Matter reg

27、ulation Execution Disposal of Waste Matter regulation 20012001 Execution Home Electronics Product Recycle regulation Execution Home Electronics Product Recycle regulation 20012001 Execution Pollutant Release and Transfer Resister regulationExecution Pollutant Release and Transfer Resister regulation

28、USA19991999 NEMI Task ForceNEMI Task ForceRecommend Recommend Sn/3.9Ag/0.6CuSn/3.9Ag/0.6CuEU19991999 Eco-label regulation draft for portable computer goods Eco-label regulation draft for portable computer goods 20062006 WEEEWEEE：Proposal for Proposal for a a directive on Waste fromdirective on Waste

29、 from Electrical and Electronic EquipmentElectrical and Electronic Equipment (2004=2008=2006)(2004=2008=2006)日系产商无铅化进程日系产商无铅化进程Sanyo denkiMarch 2002 Pb-free start(every company 1 model）TDKApril 2002 all Pb-freeMatsushitaMarch 2003 all Pb-freeSonyMarch 2005 all Pb-freeNECMarch 2005 all Pb-freeFujitsu

30、End of 2002 all Pb-freePioneerSeptember 2002 Pb-free startSharpMarch 2003 Pb-free startMitsubishiMarch 2005 all Pb-freeHitachiMarch 2005 all Pb-freeToshibaMarch 2005 all Pb-freeAutomobileEnd of 2004 all Pb-free无铅焊料合金成分与市场无铅焊料合金成分与市场(一一)Dip（Wave)AlloySn-3.0Ag-0.5CuS-0.7Cu-NiSn-0.7Cu-SbMarketPublic we

31、lfare Industry machine（Both sides PCB）Public welfare（One side PCB）Public welfare（One side PCB）Ratio80%20%无铅焊料合金成分与市场无铅焊料合金成分与市场(二二)SMT（Reflow)Sn-Ag-CuSn-Ag-InSn-Ag-BiSn-Zn-BiSn-3Ag-0.5CuSn-3.5Ag-0.75CuSn-3.5Ag-0.5Bi-8InSn-3.5Ag-7InSn-2.5Ag-0.5Cu-1.0BiSn-2.8Ag-0.5Cu-1.0BiSn-1.0Ag-57BiSn-1.0Ag-35BiSn-

32、8.0Zn-3.0BiSn-7.0Zn-AlThe whole companySpecial user Hand-held deviceP CompanyH CompanyS CompanyAUDIOMDV CompanyDVDS CompanyN CompanyA CompanyTUNER 85%2%10%3%田村设备简介田村设备简介:FA与与KAKEN Solder pasteSolder paste Flux Flux Pre-flux Pre-flux Reflow ovenReflow oven Wave soldering machine Wave soldering machin

33、eTamura KakenTamura FA System田村的服务（一）田村的服务（一）:提供各项检测以及技术支持：包括锡膏检测和成品检测为客户提供满意的服务SEMSnPbAuNiAg田村的服务（二）田村的服务（二）:BGAExpansion point-2Expansion point-1Expansion point-2Expansion point-3Expansion point-3田村的客户：田村的客户：Solder PasteCustomer ProductsTLF-204-93KSonyHand-phone,TLF-204-41SharpLCD-TVTLF-204-49FCSanyo Handy-phoneKyushu MatsushitaTelephone,FaxTLF-209-41NNEC Hand-phoneTLF-204-65Sony PS2,Video cameraTLF-204-85Canon Digital cameraPanasonic Handy-phoneTLF-204-97SonyMemory cardTLF-801-13SHARPTUNER谢谢大家！谢谢大家！