制程工程师专业知识基成础 锡膏的介绍

制程工程师专业知识基础教学---锡膏的介绍何谓锡膏?a.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.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.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合金錫球粒徑大小的分類:SolderPowerTypeSolderPowerSizeClassificationRemarkType225~63Type325~45PALType425~38MostlyType515~32Type65~15單位:μm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: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）.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)4403838~20205302525~15106201515~55J-STD-005單位:μm主要成分载剂CarrierMaterials溶剂Solvent活化剂Activator其它添加物TheologicalAdditive助焊剂Flux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.的種類NoTypeContentaRRosin,(IsopropylAlcohol)bRMARosin,MildlyActivatedcRARosin,ActivateddOAOrganicAcideSASynthetic,ActivatedSolderpaste,solderwireuseRMAtype.熔融過程a.b.c.d.e.錫膏液化後的銲錫性等級:ClassificationWettingAnglePrefectwetting0≤θ10Excellentwetting10≤θ20Verygoodwetting20≤θ30Goodwetting30≤θ40Adequatewetting40≤θ55Poorwetting55≤θ70Verypoorwetting70≤θ90Nonewetting90≤θ共熔合金的平衡相圖（PhaseDiagram):Sn-Ag-CuIMC(IntermetallicCompounds)介面合金共化物–Cu6Sn5&Ag3Sn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:層的種類:IMC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生長進程:此為錫鉛合金的SolderJoinIMC衰敗過程.生長率: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(即板材)三種焊接單元之熱脹係數無法吻合匹配時，則經過高低溫多次變化中，其銲點會因漲縮之疲勞而逐漸發生故障，會因潛變而導致銲點的破裂，銲點故障的主因就是溫度變化所造成的“疲勞”故障。許多完工的組裝板，即使放在貨架上而並未實際使用，經歷一段時間的日夜溫度變化下，就會發現一些通電不良的焊點故障情形。凡三種參與焊接之單元間其熱脹係數落差愈大者，則銲點愈容易發生故障。注意事項: