無鉛合金接合不良現(xiàn)象及対策(中國(guó)語)(3)SMT回流

2004.11.03千住金屬工業(yè)（株)海外支援室（ＳeｎｊｕｍｅｔａｌIndustryＣｏＬｔｄ）

SolderingAdviser山田浩介（ＫｏｓｕｋｅＹａｍａｄａ）無鉛合金接合不良原因及対策（3）SMTREFLOWＬｅａｄＦｒｅｅＳｏｌｄｅｒREFLOWＳｏｌｄｅｒｉｎｇ配布用千住金屬工業(yè)(株)草加研究所研究員日渡氏資料部分的活用掲載1.無鉛化狀況、標(biāo)準(zhǔn)材料2.SMT接合工法?回流式自動(dòng)機(jī)?錫膏?SMT基板概要3．SMT接合工法?無修正接合條件4．SMT接合工法?完全無修正接合技術(shù)5.回流式自動(dòng)機(jī)的不良解析基本、接合4要素及有鉛、無鉛合金相違點(diǎn)6.有鉛?無鉛合金物性比較7.SMT接合工法?回流式自動(dòng)機(jī)管理8.錫膏要求特性?無鉛合金最新錫膏9.SMT接合工法?錫膏印刷特性改善事例10．SMT接合工法?有鉛?無鉛錫膏(回流機(jī))溫度余力11.回流機(jī)無鉛合金溫度曲線12．不良現(xiàn)象及対策13．結(jié)論(1)(2)無鉛合金接合不良原因及対策(3)SMT＆回流接合目次（Ｃｏｎｔｅｎｔｓ）Lead-freeSolder錫膏印刷部品搭載合金接合回路基板印刷機(jī)搭載機(jī)回流機(jī)鋼網(wǎng)後工程電子部品錫膏２．SMT接合工法?回流式自動(dòng)機(jī)?錫膏?SMT基板概要２．SMT接合工法?回流式自動(dòng)機(jī)?錫膏?SMT基板概要(2)N2ReflowＳＸⅡ－２５１４Ｎ２

AirReflowＳＡＩ－３８０８ＪＣ

LGA-ALGA-BLGA-CLGA-DLGA-ELGA-FLead-freeSolderSMT工法基板錫膏SolderBallBGALGA錫膏印刷部品搭載合金接合回路基板印刷機(jī)搭載機(jī)回流機(jī)鋼網(wǎng)電子部品錫膏高精度回路板?高精度Resist高濡性電鍍?高耐熱性PreFlux高信頼性?高濡性?高印刷性?高粘著力?高印刷耐久性?連続印刷性?殘?jiān)利恊tc高精度印刷位置偏差?版離速度印刷速度?印圧高精度搭載位置偏差極小?押圧微調(diào)整開口部位置精度壁面平滑度?厚3．SMT接合工法?無修正接合條件高寸法精度?搭載安定性部品電鍍高濡性?酸化耐久性?高耐熱性?無鉛10%45%25%20%概念的不良割合理想的溫度曲線自在性溫度偏差極小10%15%20%20%5%4．SMT接合工法?完全無修正接合技術(shù)完全無修正接合化総合技術(shù)確立高精度最適接合設(shè)計(jì)基板無鉛対応型高精度回流爐高機(jī)能最新錫膏高機(jī)能精密印刷機(jī)高精度精密鋼網(wǎng)高精度無鉛対応型部品高精度部品搭載機(jī)千住金屬無鉛化?4要素中3要素変更熱Flux接合合金(Solder)母材材料(電鍍)浸潤(rùn)?促進(jìn)表面清浄化再酸化防止原子拡散接合Ｓｎ－Ｃｕ合金層（金屬間化合物形成）表面張力低下不要溶剤除去Flux作用活性化溶解熱(回流爐槽溫度)有鉛:225℃無鉛:240℃錫膏材料組成有鉛:Sn37Pb無鉛:Sn3Ag0.5Cu予熱接合4要素???熱?ＦＬＵＸ?ＳＯＬＤＥＲ?材料無鉛化接合技術(shù)??最適４要素平衡変更技術(shù)表面清浄化再酸化防止活性化接合不良??４要素不平衡狀態(tài)時(shí)発生浸潤(rùn)促進(jìn)合金化5．回流式自動(dòng)機(jī)的不良解析基本、接合４要素?及有鉛、無鉛合金相違點(diǎn)NO諸特性合金組成1比重3溶融溫度(℃)引張強(qiáng)度(MPa)伸長(zhǎng)(%)Young率(GPa)0.2%耐力(MPa)線膨張係數(shù)(ppm/℃)94578硬度(Hv)26無鉛M705Sn3Ag0.5Cu7.4217～22053.34641.639.421.717.9有鉛(共晶)Sn37Pb8.418356.05926.345.823.516.66．有鉛、無鉛合金物性比較有鉛、無鉛合金物性比較７．設(shè)備維修．材料管理的問題設(shè)備維修及管理回流式自動(dòng)接合裝置日常點(diǎn)検項(xiàng)目１．基板內(nèi)接合?灣曲、不良狀況変動(dòng)確認(rèn)２．作業(yè)設(shè)定條件（各種溫度?速度等）回流溫度曲線定期的確認(rèn)3.排気系風(fēng)量確認(rèn)中期的點(diǎn)検項(xiàng)目１．制御系?空気系?駆動(dòng)系?排気系???點(diǎn)検確認(rèn)維修及槽內(nèi)殘?jiān)鍜呔染S持?美麗→工作基本7．SMT接合工法?回流式自動(dòng)機(jī)管理高精度回流機(jī)8溫區(qū)要求特性１．高信頼性（耐濕絶縁特性）２．粘著力持続性３．高耐熱持続性4．高濡浸潤(rùn)性5．高印刷特性(版抜性)6．粘度持続安定性(連続印刷安定性?印刷後形狀変化沒有)7．殘?jiān){(diào)透明美麗千住標(biāo)準(zhǔn)基板用無鉛対応錫膏(M705)標(biāo)準(zhǔn)錫膏GRN360－K2ーV高精細(xì)印刷錫膏PLG-32-118．錫膏要求特性?無鉛合金最新錫膏項(xiàng)目M705-PLG-32-11試験方法（ＦＬＵＸ）FLUX構(gòu)成ROJ-STD-004活性度L0J-STD-004塩素含有量0.02%／Flux電位差滴定電圧印加耐濕性試験（85℃85%RH，電圧印加DC45V，1000h後）1.0E+10以上（ｍｙｇｌａｔｉｏｎ）発生無JISZ3197銅鏡試験合格JISZ3197弗化物試験合格JISZ3197水溶液抵抗1060ΩmJISZ3197錫膏粘度200Pa.sJISZ3284Chikiso比0.6JISZ3284FLUX含有量11.0%JISZ3197加熱延性0.2mm以下JISZ3284粘著力1.3NJISZ3284粘著保持性24h／1.0N以上JISZ3284濡広率78%JISZ3197濡効力及DeWettingLank（ｌａｎｋ）1～2JISZ3284錫球Lank（ｌａｎｋ）1～2JISZ3284銅板腐食試験合格JISZ3197製品保証期限6月未開封、冷蔵保管：0～10℃8.2．錫膏要求特性?無鉛合金対応ＦＬＵＸM705-PLG-32-11特徴●FLUX殘?jiān)该鳌衲蜔嵝韵蛏稀皴a珠抑制●連続印刷安定性●増粘対策強(qiáng)化●高信頼性●高版抜性最新従來品PLGΦ0.35mmΦ0.30mmΦ0.35mmΦ0.30mm１枚目２１枚目試験條件（高速印刷）鋼網(wǎng)厚：0.15mm 印刷速度：150mm/sec.印刷圧：0.33N（1mm當(dāng)） 基板版離速度：10mm/sec. 鋼網(wǎng)：off GAP：0.0mm9．SMT接合工法?錫膏印刷性能改善例(1)従來品PLG0.25mmslit0.23mmslit0.25mmslit0.23mmslit１枚目２１枚目9．SMT接合工法?錫膏印刷性能改善例(2)Heat-resistantlimitofSMTcomponents230℃１８３℃無鉛(SnAgCu)２２０℃Soldermeltingtemp.溫度余力47℃溫度余力20℃240℃Ｐｅａｋ溫度有鉛(63SnPb)無鉛合金?、溫度余力少→管理精度重要無鉛合金?、溫度余力少→管理精度重要10．SMT接合工法?有鉛、無鉛錫膏(回流機(jī))溫度余力11．SMT接合工法?回流機(jī)溫度曲線２２０℃浸潤(rùn)不足２２５℃以上２１５℃未溶融ReflowTemp.基板?材質(zhì)?厚?部品?設(shè)備構(gòu)造変化→調(diào)整必要Ｐｅｅｋ溫度240℃予熱溫度180℃90～120秒0.5～1.5℃/秒100℃230℃20秒以上保持180℃M705標(biāo)準(zhǔn)回流溫度曲線11．SMT接合工法?回流溫度溶融域條件設(shè)定溫度230℃時(shí)溶融時(shí)間約5秒???余力4倍=20秒保持220℃???液相溫度???溶融溫度時(shí)間不安定領(lǐng)域→安定領(lǐng)域230℃規(guī)定1２．SMT不良事例ex：部品腳未接合印刷機(jī)錫膏鋼網(wǎng)裝著機(jī)回流機(jī)基板電子部品他不良原因△△△○△ー◎內(nèi)容印刷條件不適性能劣化印刷性?粘著性低下過薄押圧不足過加熱酸化部品腳曲浮上未接合1２．SMT不良事例ex：接合合金不足不足印刷機(jī)錫膏鋼網(wǎng)裝著機(jī)回流機(jī)基板電子部品他不良原因◎◎◎○△○◎內(nèi)容印刷條件不適性能劣化印刷性?版抜性低下開口面積小過薄押圧不足過加熱酸化熱不足酸化過多厚腳浮上NG品OK品1端子濡不足ケース１NG品OK品部品腳浮上ケース２NG品OK品1２．SMT不良事例ex：部品腳部濡不足(接合量不足)NO１O(jiān)K品OK品部品底面樹脂部分有突起→部品腳浮上狀態(tài)実裝???呈部品腳部濡不足(接合量不足)NG品NG品1２．SMT不良事例ex：部品腳部濡不足(接合量不足)NO２OK品OK品差込部品挿入部分→有突起、部品腳浮上狀態(tài)????呈濡不足(接合量不足)NG品NG品1２．SMT不良事例ex：部品腳部濡不足(接合量不足)1２．SMT不良事例ex：接合合金?未溶融未溶融印刷機(jī)錫膏鋼網(wǎng)裝著機(jī)回流機(jī)基板電子部品他不良原因△◎ーー◎△ー內(nèi)容印刷後放置錫球徑小酸化水混入攪拌過多期限超過溫度低下予備加熱過大酸化RESISTOVER酸化HeatTemp.ColdSlumpHotSlump150℃3min170℃3min190℃3min0.7mmSlit1.5mmSlit0.7mmSlit1.5mmSlit12.SMT不良事例ex：錫膏連錫原因HOTSlumpTest高溫長(zhǎng)時(shí)間Slump発生大印刷機(jī)錫膏鋼網(wǎng)裝著機(jī)回流機(jī)基板電子部品他不良原因◎◎◎○◎○△內(nèi)容位置精度?印刷條件不一致?性能不良清掃不良再転寫開口面積位置精度?押圧溫度曲線不一致吸濕酸化LAND面積酸化電鍍1２．SMT不良事例ex：錫球?FLUX飛散錫球飛散FLUX飛散H2OR-OH

合金溶融時(shí)合金溶融後H2OR-OH

合金溶融時(shí)合金溶融後外部接觸端子FLUX付著関連要素対策溶剤沸點(diǎn)???回流爐溫度不一致。本加熱時(shí)溶剤殘留溶剤沸點(diǎn)低溫化?Or高溫化予備加熱溫度強(qiáng)化還元時(shí)発生水分、材料吸濕→突沸吸濕性少材料選定印刷後放置時(shí)間短縮合金融合速度→速活性力制御抑制昇溫速度慢慢化気泡排出挙動(dòng)時(shí)発生飛散予備加熱溫度抑制昇溫速度萬慢化基板?部品汚染、吸濕管理1２．SMT不良事例ex：FLUX飛散印刷機(jī)錫膏鋼網(wǎng)裝著機(jī)回流機(jī)基板電子部品他不良原因◎◎◎◎◎○△內(nèi)容位置精度?印刷條件不一致?錫球流失性開口面積?開口部汚?再転寫位置精度?押圧溫度曲線不一致LAND間GAP狹小?Resist沒有酸化1２．SMT不良事例ex：錫珠?錫球錫球飛散錫珠(SideBall)加熱溶融時(shí)FLUX沿壁面移動(dòng)→錫球移動(dòng)、集合體形成→大錫珠錫球飛散1２．SMT不良事例ex：錫珠?錫球?qū)澆呃a珠(SideBall)対策方法???錫膏量過多調(diào)整鋼網(wǎng)開口面積內(nèi)側(cè)部分CUT→部品押圧時(shí)適正拡張SLUMP錫球流失防止2.℃/秒以下対策方法???溫度曲線調(diào)整印刷機(jī)錫膏鋼網(wǎng)裝著機(jī)回流機(jī)基板電子部品他不良原因ー△ーー△◎△內(nèi)容位置精度?印刷條件不一致?酸化性能不良溫度曲線予熱過多酸化電鍍不良吸濕酸化1２．SMT不良事例ex：ＤｅＷｅｔｔｉｎｇ現(xiàn)象対策観察呈濡引戻現(xiàn)象Au電鍍Ni電鍍印刷機(jī)錫膏鋼網(wǎng)裝著機(jī)回流機(jī)基板電子部品他不良原因△◎◎ー◎◎○內(nèi)容位置精度?印刷條件不一致酸化濡性能不良開口面積低溫度予熱過多設(shè)計(jì)不良酸化濡不良IC先端後切斷電鍍沒有→濡不良、呈凹現(xiàn)象1２．SMT不良事例ex：IC腳先端部濡不良1２．SMT不良事例ex：IC腳先端部濡不良対策例L寸法長(zhǎng)大視認(rèn)外観判定安心感LAND長(zhǎng)→短Resist処理先端後切斷電鍍沒有→濡不良、呈凹現(xiàn)象対策1.LANDL寸法短縮化2.鋼網(wǎng)開口寸法>LAND寸法錫膏印刷0.3mm寄揚(yáng)効果?t以上t印刷機(jī)錫膏鋼網(wǎng)裝著機(jī)回流機(jī)基板電子部品他不良原因ー○ーー△△◎內(nèi)容気泡抜性能性能不良溫度曲線不一致吸濕電鍍不良12．SMT不良事例ex：CHIP部品電極下気泡気泡電極底面気泡存在多數(shù)同一廠家CHIP部品（LOT相違）電極接合部気泡発生狀態(tài)有意差観察1２．SMT不良事例ex：CHIP部品電極下気泡OK品NG品BBAA1２．SMT不良事例ex：CHIP部品電極下気泡原因OK品NG品電極電鍍不良?xì)堅(jiān)k泡狀態(tài)（紙基材基板実裝）殘?jiān)卸鄶?shù)気泡発生確認(rèn)関連要素①回流接合時(shí)→基板內(nèi)GAS放出②回流接合時(shí)→FLUX殘?jiān)承詫澆撷倩逶偌訜岢凉?、吸濕対策、吸濕保護(hù)樹脂膜etc②錫膏FLUX（殘?jiān)?流動(dòng)性向上③基板材質(zhì)変更1．SMT不良事例ex：FLUX殘?jiān)袣菖軧GA部品錫球組成融點(diǎn)低時(shí)(有鉛)、初期溶融???無鉛錫膏以後溶融→呈捲込融合形態(tài)?????気泡発生可能性大有鉛SnPbBallvs無鉛M705Paste無鉛M705Ballvs無鉛M705PasteSnPbBallM705PasteM705PasteM705Ball0.5mmPitchCSPボール：0.3mmDiaペースト：110umt0.5mmPitchCSPボール：0.3mmDiaペースト：110umt1２．SMT不良事例CSP（BGA）実裝時(shí)発生気泡分析

～錫球組成+錫膏組成変化???回流接合挙動(dòng)相違點(diǎn)～同時(shí)溶融有鉛速溶融開始以後無鉛溶融

有鉛SnPbBallvs無鉛M705Paste無鉛M705Ballvs無鉛M705PasteX-rayImage1２．SMT不良事例CSP（BGA）実裝時(shí)発生気泡分析

～錫球組成+錫膏組成変化???回流接合挙動(dòng)相違點(diǎn)～BGA部品錫球組成融點(diǎn)低時(shí)(有鉛)、初期溶融???無鉛錫膏以後溶融→呈捲込融合形態(tài)?????気泡発生大気泡発生量大濡引戻現(xiàn)象(DEWETTING)原因1.基板銅面有酸化皮膜(及Ni電鍍面)→濡浸潤(rùn)作用阻害、初期一次浸潤(rùn)以降溶融合金、呈引戻現(xiàn)象観察呈濡引戻現(xiàn)象Au電鍍Ni電鍍1.基板吸濕酸化2.基板電鍍処理方法不適3.Au電鍍有PINHOLE???Ni電鍍酸化対策1.基板交換2.基板製造廠家変更1２．SMT不良事例ex：ＤｅＷｅｔｔｉｎｇ現(xiàn)象?対策電解Au電鍍剝離□H□GG：Au主體H：Ni主體濡不良Chip強(qiáng)度不足1２．SMT不良事例ex：電鍍不良起因CHIP部品接合強(qiáng)度不足Au電鍍不良黃色変色外観不好1２．SMT不良事例ex：FLUX殘?jiān)S色変化、外観不美麗印刷機(jī)錫膏鋼網(wǎng)裝著機(jī)回流機(jī)基板電子部品他不良原因ー◎ーー△ーー內(nèi)容FLUX材料性能過加熱錫膏変更回流接合後発生腳部界面剝離関連要素対策冷卻（凝固）過程発生応力（基板灣曲）灣曲対策灣曲防止板部品電鍍→Pb混入接合界面組成低融點(diǎn)化無鉛電鍍使用☆各合金Pb混入溶融溫度変化1２．SMT不良事例ex：腳部界面剝離原因?対策引巣（ＳｈｕｌｉｎｋａｇｅＨｏｌｅ）応力破壊斷裂冷熱周期試験１０００ｃｙｃｌｅ後狀態(tài)（－４０℃３０分１２５℃３０分）呈材料組織破壊破壊進(jìn)行沒有信頼性無問題無鉛特有問題原因慢慢的冷卻時(shí)最終凝固部液相沒有?呈凹現(xiàn)象（冷卻収縮偏差?固相、液相不一致）対策?接合直後強(qiáng)制冷卻、組織密度強(qiáng)化及均一冷卻化?接合體積平衡化1２．SMT不良事例M．．引巣現(xiàn)象及対策PKG側(cè)基板側(cè)錫球変形aa錫球脫落bb1２．SMT不良事例CSP実裝不良ex：錫球脫落及変形現(xiàn)象

設(shè)計(jì)的SMT不良撲滅指