焊锡原理

(2).熱穩定性 助焊劑能承受高溫,在焊錫作業的溫度下不會分解,去除氧化物的同時, 形成一個保護膜防止被焊物表面再度被氧化,直到接触焊錫為止﹒
3. 各種品牌的助焊劑，其等保密之商業配方當然各有千秋，然其中主 要化學性成分則不脫下列范疇： （1） 載運劑或載劑（Carrier Materials）一為組成份之主體及協助活 性劑之分布及傳熱。
錫
63 60 50 40
鉛
37 40 50 60
(1).63/37因其無固液共存溫區,不經過半熔融狀態而迅速液化或固化, 因而焊接溫度低(熔點183 ℃),是各類焊錫材料中最理想的焊錫材料.
(2). 潤濕性能好﹐可以滲透金屬上极微空隙﹒
Tin-Lead Alloy Phase Diagram
350℃
4.PWB表面处理
(1). PCB可焊性表面处理通常有 a.HASL; b.ENIG; c.OSP; d.I-Ag; e.I-Sn ; f.选化法(先局部ENIG,其余OSP),常用于手机和PDA. (2). 无铅喷锡(SAC 217℃,或SC 227 ℃ ) 但很快会铜污染,即锡池中铜量增加0.1% by wtJF ,其 m.p 就会上升3 ℃,即造成针状IMC,流动性差,散热性不佳. 并还熔蚀板面的各种铜导体.
5 助焊劑之早期分類法，系按其主成份的屬性而做區別（最早按ISO-9454-1）， 電子用助焊劑可概分如下： （1） 樹脂型（Resin）--按其主劑之不同又可再分為鬆脂型（Colophony Rosin） 及非鬆脂型（Non- Colophony）或隻稱樹脂型等兩類。所加入的活性劑則有： 非活性、鹵素活性、及非鹵素活性等三類。至於制品外形則另有液態、固態及 漿態三種。 （2） 有機型（Organic）---有水溶及非水溶兩型，其助焊劑之類別同上，制 品外型也如同上三種。 無機型（Inorganic）---本項中由Flux主劑性質之差異而又有鑒類（如氯化銨或 其他）、酸類（磷酸或其他）與胺類（胺類或氨水類）之不同。
关键：在一个合理的时间和温度范围内形成锡铜合金。
一.銲料介紹
1.有鉛部分
錫鉛合金的組成:
成分` 特 性 用 途 熔點低,作業容易,結果完美,自動焊錫 用 拉力強度大,一般電子用 机械性能良好,一般配線用. 半熔融狀態廣,強度小.配管用. 种類 熔點(℃) 63Sn 183 60Sn 190 50Sn 215 41Sn 238
(5). I-Ag处理 在I-Ag共镀下,可避免拒焊,但无法剥除重工,与绿漆边 缘的贾凡尼式凹蚀仍是待解难题. (6). I-Sn 处理 在这种配方化学品,高温,长时间下,导致绿漆受损,狭窄 面易浮离,从而遭到离子污染.
三.助焊劑介紹
1、助焊劑的概要 從實務中歸納出助焊劑的功能如下：
(1) 在外加熱量的助力下，其中之活性物質可將待焊表面的氧化物與雜質予以 還原性的清除.
(5)制程溫度不致太高而能被廣泛認同(Acceptable processing Tem
(6).銲點可靠度良好(Form Reliable Joints).
目前較重視的無鉛配方如下: A..錫銀銅合金Sn/Ag/Cu
此合金是目前無鉛銲料中最具主流的合金,成份一般 在Sn3.0Ag0.5Cu附近,其熔點約217 ℃, 少量銅成份的起的作
OQA
清孔及電 測
表面處 理
2.雙面板流程
資料及 工具 鑽孔 通孔電 鍍 裁板 內層干膜 預疊板及 疊板 蝕銅 AOI檢查
壓合
外層干膜
二次銅
蝕銅
檢查
外觀檢查
電測
成型
印文字
液態防 焊
OSP處理
出貨檢查
包裝出貨
3.板材的涨裂
由于LF与TL的焊接温度相比提高了约34 ℃,高温液态时间 也由60 秒延长到90 秒,对PCB和零件造成极大的伤害. 对板材的规格要求主要有4项,除Tg已正式列入IPC-4101B 外,还将在2005YQ3增加已下三项耐强热的新品质要求:
80
90
100
錫鉛合金的雜質:
雜質元素 銅 金 鋅 鐵 警告點 0.25% 0.1% 0.005% 0.0015% 危險點 0.3% 0.2% 0.008% 0.002% 影響 影響粘錫性(附著力降低) 形成銅,金,錫化合物 影響粘錫性和焊點機械強度 影響錫渣量,老化焊點 影響錫渣量,砂焊點
定期送錫樣到專業檢測机构進行化驗分析, 確認錫雜質是否超標
焊錫原理
2006/07/13
提綱
1. 焊料的介紹;
2.PWB 的介紹; 3. 助焊劑的介紹; 4. 焊接的形成.
焊接在PCBA中的重要性和作用
PCBA----Printed Circuit Board Assembly
PWBA----Printed Wire Board Assembly 焊接在PCBA中的重要性
而且浮渣也不多.但其焊溫高,且沾錫性變差,機械強度亦差.適合於DIP 及不過貼片零件的Wave soldering .
與其性能較相似的合金如: Sn99.3/Ag0.3/Cu0.7
C.錫銀合金Sn96.5/Ag3.5 or Sn97/Ag3.0 此兩相合金之熔點為221 ℃,導電性較好, 其液態時表面張力過
SnZn
199℃
低熔點焊料 (180℃以下)
SnBI
138℃
3.有鉛和無鉛焊點
Lead-free paste Surface, slightly grainy 無鉛材料:表面多粒狀.
Conventional paste Surface, shiny & smooth 傳統材料:表明光滑閃亮.
4.有鉛和無鉛銲料比較
（2） 活性劑（Activator）一可於高溫中對金屬氧化物產生還原作用。 （3） 溶劑（Solvent）一調節整體之黏度與比重，及協助傳熱。 （4） 濕潤劑（Wetting Agent）一協同助焊劑本體對板面的附著及分 散。
4 助焊劑的品質要求 （1） 固形物（Solid Content）含量---也就是溶劑與揮發物以外的固形本體化 學品，如鹵化物或固酸類，又稱為 “ 非揮發性 ”（Non-volatile matter）。
用: (1).可減少銲點中外來銅份的繼續增加; (2). 可降低銲料的熔點; (3).可改善沾錫性,加強銲點的耐久潛變性及長耐熱疲勞性等品質 與可靠度. 目前臺達使用的為SAC305,SAC405.
B.錫銅合金(Sn99.3/Cu0.7) 此兩項合金之熔點為227 ℃,其價格便宜且錫流中不易發生氧化,
高熔點焊料 (205℃以上)
沾錫性尚好可熔焊,耐疲 銀之溶出物具毒性. 勞性亦佳,可靠度不錯 波焊與熔焊兼用,抗拉強 銀之溶出物具毒性. 度很好,廣受歡迎. 可供波焊,可靠度良好. 銀與銻之溶出物均有毒.
適於SMT貼裝,Bi可降低 銀溶出物有毒,會發生通 熔點,熔焊與波焊兼用 孔Fillet Lifting的現象 鋅易氧化,焊點久了容易 為熔點較低之焊料,兼用 腐蝕,需強烈助焊劑,經常 於波焊與熔焊 產生浮渣,沾錫性差. 鉍為鉛礦的副產物,可添 可用於不耐高溫之焊接, 加於其焊料中用以降低 且SMT耐疲勞性良好,亦 熔點,但亦會出現通孔 可用波焊 Fillet Lifting之缺點.
Sn-Pb 183 Excellent 8.4 100 Excellent 基準 OK 基準
焊點可靠度 較弱
二.PWB板介紹
1.單面板制程
資料及工具 準備 大切 鑽定 位孔 磨刷及 清洗 線路印 刷
印防焊 油墨 印刷文 字
磨損及 清洗
蝕刻及 去墨 鑽模衝 定位孔
UV干 燥 V-CUT
UV干燥
包裝及出 貨
(3). 化镍浸金 容易发生黑垫,且焊点强度不如铜基地.若改变置换金 为还原金,则可解决部份烦恼,但成本却增加较多. (4). OSP处理 目前的OSP第五代产品,已可耐三次LF,但这只是在没有 没有湿气影响及皮膜最佳品质下的特效. OSP厚度不要超过:0.35um,以便助焊剂的驱赶.
左图中: 有机皮膜未被完全 驱赶,从而形成焊点空洞.
（2） 酸價（Acid Value）--系上述各固形物所提供 “ 活性 指標之一，但也 是後續板面腐蝕的來源。
（3） 導電度（Cinductivity）--可從助焊劑水溶液進行的試驗，由其數值之 大小可得知，其不利於絕緣性的離子濃度是否符合規范之要求。 （4） 銅鏡反應（Copper Mirror）--可試驗出助焊劑的腐蝕性。 （5） 絕緣電阻試驗（Insulation Resistance Test）--可看出助焊劑或其他制程 化學品，其板面殘跡的不可靠度如何（又稱為表面絕緣電阻試驗SIR），也就 是想找出對產品壽命有負面影響的離子存在情況。 （6） 其他有鉻酸銀、助焊效率，殘渣清除性，濺出試驗，黏著性等各類有 關之品質檢驗。
高,造成接觸角過大,沾錫性差.目前較多作用于
Sn96.5Ag3.0Cu0.5銲焊Cu超標時的稀釋銲料.
D.錫銀銅再加上其它金屬:Sn/Ag/Cu/X 此處的X較多的為:In,Bi, Sb.一般較多的為避專利.
說明 分類 合金焊料 SnCu SnAg SnAgCu SnAgCuBi SnAgCuBi 中熔點焊料 (180℃以上) 熔點 227℃ 221℃ 217℃ 217℃ 200-216℃ 性能及用途 便宜,可用於波焊或噴錫. 出現的問題 熔點太高會對板材與綠 漆造成軟化與傷害
百度文库
(3). T耐热裂时间 即在热环境中的抵抗Z胀多久而不裂开的时间. IPC 4101B中:LF板材的T耐热规格值暂定为: T260为30分钟; T288为15分钟; T300为2分钟.
good 小结: 1.Tg值并非越高越好; 2.Td值高比Tg值高的板材好; 3.Td值高比a2-CTE高者更重要; 4.高温下板越厚则越容易爆裂;
2..銲料無鉛部分 隨著歐盟的ROHS的頒布,亦即:禁鉛,禁汞,禁鎘,禁六价鉻,禁溴 化联苯(PBB) ,禁溴化联苯醚(PBDE).無鉛銲料成為電子行業的研 究重點.無鉛銲料的一些公認的評選準則: (1). 無毒性(Nontoxic); (2). 供應無缺且價格合理(Available and Affordable); (3).塑性範圍要很窄(Narrow Plastic Range)指抗拉強度試驗; (4).沾錫性頇能允收(Acceptable wetting)
A 温度300
250
350
液体Liquid 半熔融状
D C 固相线Solidus Sn 61.9％ 固体Solid
300
200 183.3 150 100 50
B
Sn% 19.5%
半熔融状 Sn% 97.5% E
250 232 200
150 100 50
10
20
30
40 50 Sn%(wt)
60 63 70
(1). Td(Decomposition Temp) 裂解温度 即将树脂加热中失重5%的温度点定义为Td. 普通的FR-4属于Td 不耐高热板材. 目前业界:LF板材的Td规格值定为≥340℃. 对于无铅而言,高Td值比高Tg值更好. 如Tg175/Td310 与Td140/Td350相比,后者更好. 当然,项Tg与Td值都高则更好.
在今日电子工业从业者积极追求其制品体积小，功能要多，信赖度要高 且容易生产及降低成本。。。。。等，深俱挑战的经营理念之下其中不 难理解的是构成任何一种电子产品，绝不可能与焊锡作业无关，因此焊 锡作业的良莠可能成为产品信赖度的关键之一，同时也是影响制造成本 高低的因素之一。
焊接在PCBA中的作用
1. 2. 起一个连接和导通的作用。 起一个固定的作用。
合金 融點℃ Lifting 比重 導電率 吃錫性 Cycling 成本
Sn/Ag 221 OK 7.4 100 poor OK 高
Sn-Ag-Cu Sn-Ag-Cu-Bi Sn-Cu 217 OK 7.39 101 OK 較高 OK 高 232 poor 7.4 95 Good 弱 bad 高 227 bad 7.3 113 poor 較弱 OK 較高
(2) 還原清潔後到焊接完成前，於組裝板行走的高溫環境中，尚可繼續保護待 焊表面不致被再氧化，並協助傳熱。 (3) 協助焊台墊向外排除各種污廢物，防止板面產生錫網（Webbing）、搭橋 （Bridging）及形成錫尖（Icice）與錫球（Solder Ball）等缺失。
2.助焊劑的特性 (1).化學活性 要達到良好的焊點,被焊物必需要有一個完全無氧化層的表面﹒ 助焊劑与氧化層起化學作用,除掉氧化物,形成干淨表面﹒
Traditional FR-4与Enhanced FR-4 D的在失重5%时的裂解温图
裂解温度 失重5%
(2). Z-CTE 热胀系数 即测量板材Tg后段热胀系数(a2-CTE,) 目前业界:LF板材的a2-CT规格值暂定为≤300ppm. a2-CTE
a1-CTE
good
右图: A,B,C三种板材的比较:Tg值大时, a2-CTE比较C>A,Tg值相同时, a2-CTE比较C> B. Tg值高并不代表耐热情好, a2-CTE(斜率)不可太高才重要.