制程工程师专业知识基础教学锡膏的介绍

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1、制制 程程 工工 程程 师师专专 业业 知知 识识 基基 础础 教教 学学-锡锡 膏膏 的的 介介 绍绍 何谓锡膏何谓锡膏?a.锡锡膏是膏是SMT中最为关键的材料中最为关键的材料.b.由合金锡球由合金锡球solder powder及助焊剂及助焊剂Flux按照比例按照比例均匀混合而成均匀混合而成.d.它的胶状特性能让它的胶状特性能让SMD附着附着.c.它透过钢板上经计算切开的网孔它透过钢板上经计算切开的网孔,在锡膏印刷机中在锡膏印刷机中印在印在PCB的焊垫上的焊垫上.e.经过回焊炉的加温熔解经过回焊炉的加温熔解,让让SMD的电极及的电极及PCB的焊的焊垫焊在一起垫焊在一起,构成回路构成回路,导通

2、电流导通电流.锡膏的主要成分介绍锡膏的主要成分介绍 合金锡球合金锡球 Solder powder锡膏锡膏 Solder Paste助焊剂助焊剂 Flux.每一家廠商的錫膏都有差異每一家廠商的錫膏都有差異,最主要的不同在於最主要的不同在於:1.合金比例合金比例.2.Flux的成分差異的成分差異.合金锡球主要成分合金锡球主要成分合金锡球主要成分为合金锡球主要成分为:a.锡锡(Sb)b.银银(Ag)c.铜铜(Cu)d.锑锑(Sb)e.铋铋(Bi)f.锌锌(Zn)g.铅铅(Pb)h.铁铁(Fe)i.铝铝(Al)j.砷砷(As)k.镉镉(Cd)其中铅其中铅(Pb)镉镉(Cd)为为Rohs的管制原料的管制

3、原料 铅铅(Pb)含量需小于含量需小于1000ppm镉镉(Cd)含量需小于含量需小于100ppm不同合金及比例组合及所需熔融的大约温度不同合金及比例组合及所需熔融的大约温度:NoAlloyLiquidus TemperatureRemark1Sn63-Pb37183Lead2Sn62-Pb36-Ag2179Lead3Sn96.5-Ag 3.5221Lead-Free4Sn96.5-Ag 3-Cu0.5217Lead-Free5Sn89-Zn8-Bi3194Lead-Free合金錫球粒徑大小的分類合金錫球粒徑大小的分類:Solder Power TypeSolder Power Size Cla

4、ssificationRemarkType 225 63Type 325 45PALType 425 38MostlyType 515 32Type 65 15單位單位:m 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。因為之機會也就愈大。因為“表面積体積表面積体積”的比值愈大時，也需的比值愈大時，也需要較多的助焊劑以減少其氧化，因而一些較小粒子者（要較多的助焊劑以減少其氧化，因而一些較小粒子者（15m以下）就很容易在熔焊時從主體中被以下）就很容易在熔焊時從主體中被“沖擠沖擠”出來。出來。故各型錫膏配置時必須訂定其選

5、用粒徑大小（故各型錫膏配置時必須訂定其選用粒徑大小（Particle size），），與其重量百分比的分配（與其重量百分比的分配（Size Distribution）兩種參數，以適）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。應印刷時開口的大小及減少不良錫球的產生。注意事項注意事項:合金锡球合金锡球的外觀的外觀不正常不正常不正常不正常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注射法(點錫膏點錫膏)的施工都很不利，常會造成出口的堵塞。不過的施工都很不利，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

6、種經驗中也曾學習到錫粉中還須備有著某種“不均勻外形不均勻外形”者之者之比率存在，如此方可減少熔焊前預熱中錫膏的坍塌（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按标准粒度重量百分比所组成之六六种细粒锡膏种细粒锡膏:Type粒度直径上限粒度直径上限 大粒度直径大粒度直径(须在须在1以下以下)正确粒度直径正确粒度直径(须在须在80以上以上)小粒度直径小粒度直径(须在须在10以下以下)116015015075202807575452035045452520Type粒度直径上限粒度直径上限 大粒度直径大粒度直径(须在须在1以下以下)正确粒度直径正确粒度直径(

7、须在须在80以上以上)小粒度直径小粒度直径(须在须在10以下以下)4403838202053025251510620151555J-STD-005 單位單位:m Flux主要成分主要成分载剂载剂 Carrier Materials 溶剂溶剂 Solvent 活化剂活化剂 Activator 其它添加物其它添加物 Theological Additive 助焊剂助焊剂 FluxFlux各成分的功能各成分的功能No.ItemDescriptiona载剂载剂 Carrier Material为助焊剂组成成分之主体为助焊剂组成成分之主体,协助协助活化剂的分布及传热活化剂的分布及传热.b溶剂溶剂 Sol

8、vent有效混合各种添加物并调整锡有效混合各种添加物并调整锡膏粘稠度膏粘稠度c活化剂活化剂 Activator-清洁清洁(腐蚀腐蚀)锡球及锡球及PCB焊垫表焊垫表面的氧化物面的氧化物,让焊接更加紧密让焊接更加紧密d其它添加物其它添加物Theological Additives锡膏粘稠度的调整改善过回焊锡膏粘稠度的调整改善过回焊炉时锡膏熔融塌陷问题炉时锡膏熔融塌陷问题.Flux的種類的種類NoTypeContentaRRosin,(Isopropyl Alcohol)bRMARosin,Mildly ActivatedcRARosin,ActivateddOAOrganic AcideSASyn

9、thetic,Activated Solder paste,solder wire use RMA type.Solder Paste 熔融過程熔融過程 a.b.c.d.e.錫膏液化後的銲錫性等級錫膏液化後的銲錫性等級:ClassificationWetting AnglePrefect wetting0 10Excellent wetting10 20Very good wetting20 30Good wetting30 40Adequate wetting40 55Poor wetting55 70Very poor wetting70 90None wetting90 共熔合金的平衡相

10、圖（共熔合金的平衡相圖（Phase Diagram):Sn-Ag-Cu IMC(Intermetallic Compounds)介面合金共化物介面合金共化物 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銲錫與底金屬銅面之間面之間，已產生了，已產生了IMC之良性介面合金共化物之良性介面合金共化物Cu6Sn5，此種如，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。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有時也會在銲錫主體中發現，且呈現粒狀或針狀

11、等不同外形。其液態時成長之初的厚度約為外形。其液態時成長之初的厚度約為0.5-1.0m之間，一旦冷之間，一旦冷卻固化卻固化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，最好不要超長的更快，最好不要超2m。一段時間一段時間之後之後，在原先在原先Cu6Sn5 之之良性良性IMC與底銅之間還會另外生出一層惡性的與底銅之間還會另外生出一層惡性的Cu3Sn.此惡性此惡性者與原先良性者本質上完全不同，一旦者與原先良性者本質上完全不同，一旦Cu3Sn出現後其銲點強出現後其銲點強度即將漸趨劣化，脆性逐漸增加，度即將漸趨劣化，脆性逐漸增加，IMC本身鬆弛

12、，甚至整體銲本身鬆弛，甚至整體銲點逐漸出現脫裂浮離等生命終期的到來。點逐漸出現脫裂浮離等生命終期的到來。一般一般IMC的性質與所組成的金屬完全不同，常呈現脆性高、導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。惰性頑性，一般助焊劑均無法加以清除。注意事項注意事項:Cu6Sn5CuAg3SnSAC-IMC層的種類層的種類:IMC太厚太厚:合金熔解時間過長合金熔解時間過長.IMC太厚太厚:合金熔解時間過長合金熔解時間過長.正常正常IMC:合金熔解時間請參照

13、錫膏供應商的合金熔解時間請參照錫膏供應商的sample profile.冷卻速度的增加可減緩冷卻速度的增加可減緩IMC的增長及分佈的增長及分佈正常 IMCIMC 太薄IMC 太厚SAC-IMC層的厚度層的厚度:14m以上以上1m以下以下2mIMC生長進程生長進程:此為錫鉛合金的此為錫鉛合金的Solder Join IMC衰敗過程衰敗過程.IMC生長率生長率: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Thermal Shock）過程中，其等銲

14、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。注意事項注意事項: