无铅制程简介

4.設備考量: a.預熱系統:無鉛焊錫錫溫較高(260℃ ~270℃ ),為避 免較高的熱沖擊,需要有均勻有較的預熱.最理想的預熱 是強製熱風循環.
其優點包括:
減少PCB零件面與焊接面之溫差,除去了零件不均溫 造成的吃錫不飽之缺點. 針對水基之助焊劑,可加速水份之揮發而不需提高預 熱溫度. 直接之熱量傳遞確保所有待焊元件在有限預熱時間 內達到足夠熱 量卻不會過熱而損傷零件或效能. 此次實驗為節約成本, 我們利用原錫爐做些許修改:
日本電子工業振興協會之研究
＊波焊建議使用合金： SnAgCu、SnCu ＊研究結論： 容易產生“焊點剝離”之現 象發生，尤其在焊接時含 Bi的條件下極易發生。
業界已使用之合金
s y º ³ Ó Nokia Nortel Keyence Omron Panasonic Ï Î X ÷ ¤ ¥ § Sn-Ag-Bi Sn-Cu Sn-Ag-Cu Sn-Ag-Cu Sn-Ag-Bi-In Sn-Ag-Cu Sn-Cu Sn-Cu-Ni Sn-Ag-Cu Sn-Zn-Bi Sn-Ag-Cu Sn-Ag-Bi £ ~ ² ¨ GSM Telephone Sensor Sensor MD player PD drive Cassette Tape, Video Player TV VCR Notebook Computer Notebook Computer Refrigerator, Air Condition, TV, VCR, PC
Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5
Sn96/Ag2.5/Bi1/Cu0.5
現製程用錫棒,明確標示 無鉛錫棒 錫鉛成份比表面光潔呈銀 (Sn/Ag3.0/Cu0.5)無成 白色. 份比標識,表面粗糙,顏 色較暗略帶黃色.
除錫銅合金為共融點金屬較無異議,其它之合金組 合比例會稍有不同, 舉例而言,錫銀銅合金之共融點組 合約為Sn93.6/Ag4.7/Cu1.7之217℃.但基於美國(IOWA university/AMES lab)及日本(Senju/Panasonic)之專利 權限制,所有供應商均會少許變更合金比例,這些合金比 例之些微.差異在焊點 特性上並不會造成影響,Alpha Metals則擁有錫銀銅鉍合金之全球使用權.下表格就不 同合金特性略做比較:
e. 各站別用固定,非無鉛焊錫產品禁止使用,同時烙鐵, 烙鐵架,錫絲, 吸錫槍等修護工具均用無鉛標識.
~E N D~
3.助焊劑考量:
無鉛焊接較原有製程,焊錫性及合金毛細效 用(與合金比重成正比)都較弱 增加了焊接困難度, 因此有必要提升助焊劑焊性,可借由三種方式: a.增加活化劑之使用量:此做法會影響殘留之潔 淨度及頂針測試 之誤判率. b.改變活化劑種類:須考濾化學可靠度. c.改變活化反應機构:活化劑在水中的活性要比 在有機溶 劑中好,同時用水可達到提高安全性與 健康環保的目的,但缺點是揮發所需之較高預熱會 造成活化劑因耐熱問題而損失部份活性,也存在因 水份揮發不完全而造成錫噴濺.
Hitachi
NEC Toshiba Fujitsu
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無鉛合金資料收集及研究
替代合金之選擇要項
＊金屬特性--機械性可靠度越高越好 ＊熔 點--最好為共晶且越低越好 ＊潤 焊 性--擴錫性及焊接之爬錫性性 越佳越好 ＊毒 性--以無毒性且不易產生公害 為佳 ＊成 本--取得容易且越低越好
紫外光
鉛溶解
地下水污染
法令規範 歐洲無鉛法令現況
＊目前歐洲僅由歐盟(European Union) 要求於2008年1月開始，所有輸入歐洲 之各項產品都需達到完全無鉛的要求。
Pb
European
業界之對應時間
＊目前以日本電子業要求最快
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Sn
熔點溫度 : 231℃
防止溶蝕效應
Cu
熔點溫度 : 1083℃
降低熔點溫度
Zn
熔點溫度 : 420℃
各研究組織之合金推薦
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Sony NEC Hitachi
合金資料彙整
Sn-Pb Sn-3.5Ag-0.5Cu Sn-0.7(Cu+Ni) Sn-0.7Cu X ÷t C ¥ § ¥ 217~219 227~229 227~229 ² I ¢ ¹ Â (J ) 183.3 Yes Yes Yes Yes @ ¸ ¥ ´ 52MPs 33MPs 30MPs Ô i j 44MPs ¦ ¨ 25% 27% 48% 52% µ ù v ¦ ¥ ² ì k Ê » ² ¦ u ¿ | i ¦ ¤ Î t « k I é ÷ ² Â ª Â u ¿ | i ¦ ¤ | i ¦ ¤ ¦ ¤ | i k I j ² Â ¨ Î u ¿ u ¿ u ¿ Ag Limited ¦ ú o Ê u ¿ Î Î 5.83$/Kg 12.97$/Kg 8.62$/Kg 8.62$/Kg º ¥ ¤ No No Yes No M Q ª é OK OK OK OK ^ © Ê ¥ ¥ ¦
二.無鉛焊錫導入波焊製程的建議:
1.合金的選擇:要使無鉛合能夠實用化,就必須先確定 其物質性能,檢 討的項目為:成本,熔解溫度,bulk拉力,延 伸性,壽命,濕潤時間,應力, 擴散力,組識變化,接合剪斷,剝 離強度,導線焊接的creep強度等,目前為止,業界(日本為 主)所選用之合金為下列組合. Sn99.3/Cu0.7
1.錫爐上方之排氣孔出風量, 需調整為現行出風量之50%. 2.產品出錫爐後冷卻用之風 扇,其風向需背離錫爐出口 30° .
30°
利用錫箔紙將錫槽外圍包覆保溫。
無鉛焊錫爐需求介紹
d.氮氣:
氮氣可減少錫渣的產生并協助達成最佳上錫角度,
然而由于其成本高,加上錫爐改造的技術難度太大,目前 還沒法導入.
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.
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可能之替代合金
＊主要合金-- 錫（Sn） ＊次要合金--1.銀（Ag）：改善潤濕性、 焊點強度。 2.鉍（Bi）： 降低熔點溫度， 改潤濕性。 3.銅（Cu）：改善焊點強度。 4.鋅（Zn）：低熔點，低成 本。
替代合金之特性
Ag
熔點溫度 : 961℃
增加焊點強度 改善銲錫性
降低熔點溫度
Bi
熔點溫度 : 271℃
Sn/Ag 221 OK 7.4 100 poor û z ¸ ® OK ª °
Sn-Ag-Cu 218-219 bad 7.39 101 OK û ª ¸ ° OK ª °
Sn 216-217 poor 7.4 95 Good ® z bad ª °
Sn-Cu 227 bad 7.3 113 poor û z ¸ ® OK û ª ¸ °
5.可靠度評估:
試產之成品做可靠的評估是不可或缺的.我們的
可靠度評估分兩部份: Solder ability Test及Reliability
Test.
三.無鉛焊錫製程管制 1.製程:
a. SOP均標以無鉛焊錫標識如圖.
d. 錫爐用醒目牌標識,錫爐必須由取得無鉛焊錫專技的ME 技術員操作.任何其他人不得操作.
兩預熱段之間及預熱二段與錫槽之間空隙均用不銹鋼板 蓋住,以避免PCB在經過此處時溫度發生陡降造成較大的 熱沖擊.
將反射板直接蓋在軌道上,減少溫量的散失,從而降 低了PCB板正背面之溫差.
b.錫爐結構
因無鉛合金上錫速度及角度較差,現有錫爐結 構需做修改,較強的涌出式錫波能提供較大之上錫 力量以補強無鉛焊錫潤濕力,但這樣錫波不穩,容易 造成溢錫. 錫爐 產品出口 錫爐需求
Sn-Pb 183 Excellent 8.Hale Waihona Puke Baidu 100 Excellent ò ° ·Ç OK ò ° ·Ç
由上表可看出,綜合成本及焊錫性之考量, 選擇
Sn/Ag3.0/Cu0.5合金較合適. 2.材料考量:
目前印刷線路板一般有OSP保護之裸銅板及化銀板和 化鎳金 板(Immersion Ni-Au),OSP板成本低使用歷史久,焊 接性較化銀和化鎳金板稍差;而化銀板焊接性好成本較高穩 定性好;化鎳金板焊接性較好,穩定性較化銀板差,且價格高. 所以化銀板應為未來無鉛焊錫重要候選,但現階段OSP板為 首選.
無
鉛
銲
錫
製 程
簡 介
導入無鉛製程之理由
環境的危害 人體健康的 影響 導入無鉛 之需求
全球環境保 護或工業團 體之要求
法令規範
環境的危害
臭氧層 O3 平流層 對流層N2, O2 臭氧分解
O2
氯分解 光化學氧化 四氯化碳 揮發有機化合物 溫室效應 (CO2) 戴奧辛污染 ClO 酸雨 汽車廢氣(NO2) 溫室效應 (CO2) PCB 鉛中毒 森林、湖泊及土壤污染