Solder Paste Process Control.ppt

1、Solder Paste Process Control,SMT 製程的介紹,1 . SMT 製程是將以機器的吸嘴吸取 SMT 零件 , 經過 畫像處理辨識零件後 , 再放置於已印好錫膏的基板上 2 .基板再經過迴焊爐加熱後達到焊接的目的,PCB,零件,錫膏,銅箔襯墊,SMT 製程的種類,A .單面錫膏印刷製程 B .單面錫膏印刷製程 + DIP 製程 C .雙面錫膏印刷製程 D .雙面錫膏印刷 + 點膠製程 E .正面錫膏印刷 + 背面點膠製程 + DIP 製程,A . 單面錫膏印刷製程,準備基板及零件,錫膏印刷,放置零件,迴焊,錫膏,刮刀,吸嘴,清洗,B . 單面錫膏印刷製程 + DIP

2、製程,準備基板及零件,錫膏印刷,放置零件,迴焊,錫膏,刮刀,吸嘴,手插件,過焊錫爐,清洗,錫膏印刷,放置零件,迴焊,錫膏,刮刀,吸嘴,180 度翻板,錫膏印刷,放置零件,迴焊,錫膏,刮刀,吸嘴,清洗,C . 雙面錫膏印刷製程,D . 雙面錫膏印刷+點膠製程,錫膏印刷,放置零件,迴焊,錫膏,刮刀,吸嘴,180 度翻板,錫膏印刷,放置零件,迴焊,錫膏,刮刀,吸嘴,放置零件,點膠,清洗,迴焊,吸嘴,錫膏印刷,放置零件,迴焊,錫膏,刮刀,吸嘴,清洗,放置零件,點膠,手插件,過焊錫爐,準備基板及零件,放置零件,180 度翻板,E . 正面點膠製程+背面錫膏印刷+DIP 製程,What is solder

3、 paste?,Solder paste is a blend of solder powder and flux medium mixed together to form a paste like texture to allow printing or dispensing,錫膏分類與種類,一、依據(jù)供給法區(qū)分 1、印刷用 2、其他供給方法:如管狀、針筒狀等等 二、依據(jù)助焊劑區(qū)分 1、免洗型:RMA(高信賴性) 、RA(高作業(yè)性) 2、洗淨型:溶劑洗、水洗等等 三、依據(jù)焊錫粉末合金區(qū)分 1 、共晶(63/37) 、含銀(62/36/2) 、低溫、高溫、及特殊錫膏 四、依據(jù)Reflow區(qū)分

4、1、熱風式、急加熱、N2爐等等 五、依據(jù)產品區(qū)分 1、主機板、卡類、家電、通訊等等,錫膏的組成,錫膏成分 錫膏 =焊錫粉末+助焊劑 PASTE=POWDER+FLUX 銲錫粉末=錫鉛合金或是添 加特殊金屬 助焊劑=揮發(fā)型成份+固型成份,The alloy,An alloy is a mixture of 2 or more metals. Common metals used in soldering technology are:- Tin (Sn), Lead (Pb), Silver (Ag), Copper (Cu), Antimony (Sb), and Bismuth (Bi),焊

5、錫粉末合金,銲錫粉末=錫鉛合金或是添加其他特殊金屬 *添加銀(Ag)金屬會使強度硬度增加，連機械強度耐疲勞也會增加。 *添加鉍(Bi)金屬會降低熔點並使焊點變得又硬又脆，使焊點產生斷裂，但其導電性奇佳。 *鋅(Zn)是錫膏中極欲排除雜質之一，無法與錫鉛融合，經時變化後會析出，易造成焊點斷裂。,焊錫粉末顆粒(一),一、單位類別 1、mesh:使用每英吋網(wǎng)目篩選所需焊錫粉末大小， 通常用於不規(guī)則形狀之焊錫粉末。 2、 m:公制單位(10-3mm) ，使用光學檢測篩選所 需焊錫球徑大小，粉末為規(guī)則形狀(真圓形) 才適用。 二、單位對照表(參考值),Solder Particles,焊錫粉末顆粒(二)

6、,二、粉末形狀 1、不規(guī)則型:印刷後易下塌造成短路，球徑大小也難一致，較不適合fine pitch印刷作業(yè)。 2、規(guī)則型:因為是球形的關係，球徑大小也較規(guī)則，較適合fine pitch印刷作業(yè)，另外球型粉末在不活性氣體中製造，所以焊錫氧化率較低。,助焊劑(Flux)種類及比例調配,一、Flux種類 1、液態(tài):較常用於DIP生產線上，F(xiàn)low中的Flux。 2、固態(tài):較常出現(xiàn)於錫絲的中間，或是BGA做 Rework中使用。 3、半固液態(tài):較常用於錫膏中。 二、 Flux比例 1、體積比:粉末50 vol% Flux 50 vol% 。 2、重量比:一般印刷用Flux含量為911%。 * Flux

7、含量低於9%或高於11%皆會造成印刷上困難。,助焊劑(Flux)成分及作用,三、Flux成分及作用 Flux =揮發(fā)型成分+固型成分 *當錫膏暴露於空氣中太久易產生錫珠及空焊，因Flux中揮發(fā)溶劑揮發(fā)過多助焊效果不佳造成空焊，另外Flux主成成分樹脂易吸濕，經Refiow產生錫爆。,助焊劑(Flux)的作用,錫膏=焊錫粉末+助焊劑 其中助焊劑功用 1.除氧化 去除金屬表面其錫膏的氧化膜(化學作用) ，使焊點成為較容易焊接的表面， 但是無除去油質及灰塵等作用。 2.降低表面張力/催化助焊 降低溶融後的表面張力，增加焊錫擴散性，幫助合金成長層的產生。 3.防止二度氧化作用 在進行焊接時，溶融焊錫與

8、焊點金屬表面與大氣接觸進行氧化作用，F(xiàn)lux在做完除氧化後，會覆蓋焊接點與焊點金屬表面，來防止焊接點產生二度 氧化。,助焊劑,錫膏保存及使用注意事項,一、保存方式 由於錫膏為化學製品，保存於冷藏庫中(510 )可降低活性， 增長使壽命，避免放置於高溫處，易使錫膏劣質化。 二、回溫 冷藏時活性大大降低，所以使用前一定要將錫膏置室溫中，恢復 活性，方可表現(xiàn)最佳焊接狀態(tài)。 三、攪拌 1.攪拌是使錫粉末與Flux均勻混合，但如攪拌時間過長會破壞錫 粉末形狀甚至黏度。 2.如果攪拌前，錫膏表面產生硬塊，將表面硬塊除去方可使用。 3.不同型號、廠牌錫膏請勿混合使用，以避免發(fā)生不良之現(xiàn)象。,The Prin

9、ting Process,DEK Infinity Stencil Printer,Common Stencil Types,Electroformed (電鑄）,Laser cut+電拋光,蝕刻,Laser Cut,Selection of Particle Size for Printing Technique,關於印刷速度(Printer speed),印刷速度如太快，會發(fā)生虛印、漏印或錫膏量不足(錫膏印刷時 下降未完全)。相反印刷速度太慢，錫膏雖有充分時間下降，但鋼版 與基板接觸時間過長，而使錫膏流至反面，造成錫膏拉絲而出現(xiàn)小 錫珠。當錫膏黏度太低，再連續(xù)印刷時易造成滲漏下塌而產生短路

10、。,關於印刷壓力,印刷壓力過大時，鋼版前端會彎曲，易造成錫膏滲透，而產生 小錫珠。相反如印刷壓力不足，也無法達到良好印刷效果，可能會 造成漏印虛印等等現(xiàn)象。適當印刷壓力不但可保護鋼版、刮刀更可 確保產品良率穩(wěn)定。,關於基板與鋼版間隙(GAP),所謂間隙是指基板與鋼版之間的間隔，如果間隙過大時很容易 發(fā)生錫膏流進反面的鋼版，造成錫膏量過多，易產生短路。相反間 隙過小容易發(fā)生印刷後錫膏量不足使印刷形狀崩潰，產生空焊現(xiàn)象。,The Reflow Process,ERSA Hotflow11,1. Convection2. IR Convection3. Infra Red4. Vapor Phase

11、5. Oven6. Laser7. Hot Air / Gas8. Hot Belt,Solder Paste Reflow Methods,Typical Solder Paste Reflow Profile,預熱區(qū),恆溫區(qū),焊接區(qū),冷卻區(qū),Profile之預熱段 各種錫膏在預熱段要求的升溫速率及進入恆溫區(qū)的溫度並不盡相同，其主要取決於溶劑(Solvent)的揮發(fā)溫度以及松香(Rosin)的軟化點,如果預熱段升溫過快時,會導致錫高內部溶劑急速揮發(fā),導致錫濺及所引起錫珠產生.,Profile工作原理,Profile恆溫區(qū)(升溫) 恆溫區(qū)其目的在於使PCB上所有的零件溫度達到均溫，減少零件熱衝

12、擊，恆溫區(qū)的長度則取決於PCB面積的大小及零件之多寡 FLUX開始變軟像液體一樣, Rosin Activator 開始清除氧化層 此區(qū)由於松香於樹脂幫助熱覆傳導作用 活性劑一般使用鹵素增加錫膏活性,由於鹵素帶有酸性,會造成基板腐蝕現(xiàn)象. 由於屏蔽及陰影效應作用導致基板上各錫點實際到達溫度時間不一,故此區(qū)間可作一等待較不易吸熱之錫點到達於所有錫點都於均熱的狀態(tài). 此一溫度設定為考慮基板上最不吸熱之錫點,通常設定為BGA內部錫球溫度.,Profile之焊接區(qū)(熱熔) 液態(tài)的免洗助焊劑滴入液態(tài)的Rework錫槽，將發(fā)現(xiàn)助焊劑快速的去除錫面上的氧化物，且當松香和焊錫皆為液態(tài)，焊錫性最佳 超過溶點以上

13、時間 一般設定為4590 秒,溫升至peak Temp.(錫鉛比為63:37 共晶溫度(熔錫溫度)為183) 錫的作用幫助導電,鉛的作用降低溫度及增加金屬之延展性.,Profile之冷卻區(qū)(冷卻) 考慮內部應力造成元件龜裂上升及冷卻 斜率介於2.53.5 c/sec.不可超過 4. 冷卻速度太慢會引起焊錫組織粗大化而導致接合強度的減低. 冷卻速度太快會導致脆火導致金屬疲勞強度降低與接合可靠度的降低.,Success of Soldering Operation,Joint shape Layout of the conductor pattern Process parameters Mate

14、rials used,Effect of Flux on Wetting,Solderability,The ability of a material to be wetted with solder, the formation of a uniform, smooth, unbroken, adherent coat of solder on the base metal. Wettability Resistance to soldering heat Resistance of metallisation to dissolution,Intermetallic Compound,S

15、older Paste Storage Handling Considerations,Stabilize paste to room temperature after refrigeration for a least 5-8 hours prior to use Why? If paste is not returned to room temperature the viscosity will be higher than specification and stencilling will be poor. Water condensation inside the paste w

16、ill occur.,Solder Paste Storage Handling Considerations,Stir for 30 seconds, 2 revolutions per second with appropriate plastic spatula before use Why? Some settling (flux separation) can occur, gentle stirring with plastic spatula (to avoid plastic jar scrapings) can only help.,Solder Paste Storage

17、Handling Considerations,Discard any paste remaining on the stencil at days end and never mix fresh and used paste together in a same jar. Why? Paste will lose some solvent during use resulting in higher viscosity; causing reduction in print quality.,Solder Paste Storage Handling Considerations,Recommended stencil atmosphere is 22-25C at 40-55% relative humidity W