無 鉛 焊 錫 制 程

1、無 鉛 銲 錫 製 程 簡(jiǎn) 介導(dǎo)入無鉛製程之理由環(huán)境的危害人體健康的影響全球環(huán)境保護(hù)或工業(yè)團(tuán)體之要求導(dǎo)入無鉛之需求法令規(guī)範(fàn)酸雨森林、湖泊及土壤污染汽車廢氣(NO2)O2光化學(xué)氧化臭氧分解ClO揮發(fā)有機(jī)化合物 四氯化碳氯分解平流層對(duì)流層N2, O2紫外光臭氧層 O3鉛中毒 地下水污染環(huán)境的危害PCB戴奧辛污染溫室效應(yīng)(CO2)溫室效應(yīng)(CO2)鉛溶解法令規(guī)範(fàn)歐洲無鉛法令現(xiàn)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(xiàng)產(chǎn)品都需達(dá)到完全無鉛的要求。EuropeanPb業(yè)界之對(duì)應(yīng)時(shí)間目前以日本電子業(yè)要求最快力信在“焊接組裝”上將逐漸 導(dǎo)入無鉛製程，以

2、達(dá)到 2005年完全無鉛化的目標(biāo)無鉛合金資料收集及研究替代合金之選擇要項(xiàng)金屬特性-機(jī)械性可靠度越高越好熔 點(diǎn)-最好為共晶且越低越好潤(rùn) 焊 性-擴(kuò)錫性及焊接之爬錫性性 越佳越好毒 性-以無毒性且不易產(chǎn)生公害 為佳成 本-取得容易且越低越好可能之替代合金主要合金- 錫（Sn）次要合金-1.銀（Ag）：改善潤(rùn)濕性、 焊點(diǎn)強(qiáng)度。 2.鉍（Bi）： 降低熔點(diǎn)溫度， 改潤(rùn)濕性。 3.銅（Cu）：改善焊點(diǎn)強(qiáng)度。 4.鋅（Zn）：低熔點(diǎn)，低成 本。 替代合金之特性Sn熔點(diǎn)溫度 : 231Ag熔點(diǎn)溫度 : 961Cu熔點(diǎn)溫度 : 1083Bi熔點(diǎn)溫度 : 271Zn熔點(diǎn)溫度 : 420增加焊點(diǎn)強(qiáng)度降低熔點(diǎn)溫度防

3、止溶蝕效應(yīng)改善銲錫性降低熔點(diǎn)溫度各研究組織之合金推薦日本電子工業(yè)振興協(xié)會(huì)之研究波焊建議使用合金： SnAgCu、SnCu研究結(jié)論： 容易產(chǎn)生“焊點(diǎn)剝離”之現(xiàn) 象發(fā)生，尤其在焊接時(shí)含 Bi的條件下極易發(fā)生。業(yè)界已使用之合金合金資料彙整 二.無鉛焊錫導(dǎo)入波焊製程的建議: 1.合金的選擇:要使無鉛合能夠?qū)嵱没?就必須先確定其物質(zhì)性能,檢 討的項(xiàng)目為:成本,熔解溫度,bulk拉力,延伸性,壽命,濕潤(rùn)時(shí)間,應(yīng)力, 擴(kuò)散力,組識(shí)變化,接合剪斷,剝離強(qiáng)度,導(dǎo)線焊接的creep強(qiáng)度等,目前為止,業(yè)界(日本為主)所選用之合金為下列組合. Sn99.3/Cu0.7 Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5 Sn96/

4、Ag2.5/Bi1/Cu0.5 現(xiàn)製程用錫棒,明確標(biāo)示錫鉛成份比表面光潔呈銀白色.無鉛錫棒(Sn/Ag3.0/Cu0.5)無成份比標(biāo)識(shí),表面粗糙,顏色較暗略帶黃色. 除錫銅合金為共融點(diǎn)金屬較無異議,其它之合金組合比例會(huì)稍有不同, 舉例而言,錫銀銅合金之共融點(diǎn)組合約為Sn93.6/Ag4.7/Cu1.7之217.但基於美國(guó)(IOWA university/AMES lab)及日本(Senju/Panasonic)之專利權(quán)限制,所有供應(yīng)商均會(huì)少許變更合金比例,這些合金比例之些微.差異在焊點(diǎn) 特性上並不會(huì)造成影響,Alpha Metals則擁有錫銀銅鉍合金之全球使用權(quán).下表格就不同合金特性略做比較:

5、Lead-free paste Surface, slightly grainy 無鉛材料:表面多粒狀.Conventional paste Surface, shiny & smooth 傳統(tǒng)材料:表明光滑閃亮. 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(hù)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(wěn)定性好;化鎳金板焊接性較好,穩(wěn)定性較化銀板差,且價(jià)格高.所以化銀板應(yīng)為未來無鉛焊錫重要候選,但現(xiàn)階段OSP

6、板為首選. 3.助焊劑考量: 無鉛焊接較原有製程,焊錫性及合金毛細(xì)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(huì)影響殘留之潔淨(jìng)度及頂針測(cè)試 之誤判率. b.改變活化劑種類:須考濾化學(xué)可靠度. c.改變活化反應(yīng)機(jī)構(gòu):活化劑在水中的活性要比在有機(jī)溶 劑中好,同時(shí)用水可達(dá)到提高安全性與健康環(huán)保的目的,但缺點(diǎn)是揮發(fā)所需之較高預(yù)熱會(huì)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(fā)不完全而造成錫噴濺. 4.設(shè)備考量: a.預(yù)熱系統(tǒng):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(yù)熱.最理想的預(yù)熱

7、是強(qiáng)製熱風(fēng)循環(huán). 其優(yōu)點(diǎn)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(diǎn).針對(duì)水基之助焊劑,可加速水份之揮發(fā)而不需提高預(yù)熱溫度. 直接之熱量傳遞確保所有待焊元件在有限預(yù)熱時(shí)間內(nèi)達(dá)到足夠熱 量卻不會(huì)過熱而損傷零件或效能. 此次實(shí)驗(yàn)為節(jié)約成本, 我們利用原錫爐做些許修改:兩預(yù)熱段之間及預(yù)熱二段與錫槽之間空隙均用不銹鋼板蓋住,以避免PCB在經(jīng)過此處時(shí)溫度發(fā)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(jié)構(gòu) 因無鉛合金上錫速度及角度較差,現(xiàn)有錫爐結(jié)構(gòu)需做修改,較強(qiáng)的涌出式錫波能提供較大之上錫力量以補(bǔ)強(qiáng)無鉛焊錫潤(rùn)濕力,但

8、這樣錫波不穩(wěn),容易造成溢錫.錫爐需求1.錫爐上方之排氣孔出風(fēng)量,需調(diào)整為現(xiàn)行出風(fēng)量之50%.2.產(chǎn)品出錫爐後冷卻用之風(fēng)扇,其風(fēng)向需背離錫爐出口30.利用錫箔紙將錫槽外圍包覆保溫。預(yù)熱段隧道保溫性調(diào)節(jié)式進(jìn)出口減少熱散失調(diào)節(jié)式排氣孔錫槽溫度保溫性錫槽溫度250-265預(yù)熱段與擾流波間之距離須縮小接近穩(wěn)流波與擾流波間之距離須縮小接近預(yù)熱溫度100-130快速冷卻裝置無鉛焊錫爐需求介紹 d.氮?dú)? 氮?dú)饪蓽p少錫渣的產(chǎn)生并協(xié)助達(dá)成最佳上錫角度,然而由于其成本高,加上錫爐改造的技術(shù)難度太大,目前還沒法導(dǎo)入. 5.可靠度評(píng)估: 試產(chǎn)之成品做可靠的評(píng)估是不可或缺的.我們的可靠度評(píng)估分兩部份: Solder ability Test及Reliability Test. 三.無鉛焊錫製程管制