無鉛合金接合不良現(xiàn)象及対策(中國語)(3)SMT回流

1、 2004.11.03千住金屬工業(yè)（株千住金屬工業(yè)（株)海外支援室（海外支援室（eIndustry ） Soldering Adviser 山田浩介（）山田浩介（）REFLOW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、標準材料無鉛化狀況、標準材料2.SMT接合工法回流式自動機錫膏接合工法回流式自動機錫膏SMT基板概要基板概要3 SMT接合工法無修正接合條件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)接合工法完全無修正接合技術(shù)5.回流式自動機的不良解析基本、接合回流式自動機的不良解析基本、接合4要素及有鉛、無鉛合金相違點要素及有鉛、無鉛合金相違

2、點6.有鉛無鉛合金物性比較有鉛無鉛合金物性比較7.SMT接合工法回流式自動機管理接合工法回流式自動機管理8.錫膏要求特性無鉛合金最新錫膏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接合工法有鉛無鉛錫膏(回流機回流機)溫度余力溫度余力11.回流機無鉛合金溫度曲線回流機無鉛合金溫度曲線12不良現(xiàn)象及対策不良現(xiàn)象及対策13結(jié)論結(jié)論(1)(2)無鉛合金接合不良原因及対策無鉛合金接合不良原因及対策(3)SMT回流接合回流接合目次（）目次（）Lead-free Solder錫膏印刷部品搭載合金接合回路基板印刷機搭載機回流機鋼

3、網(wǎng)後工程後工程電子部品電子部品錫膏錫膏SMT接合工法回流式自動機錫膏接合工法回流式自動機錫膏SMT基板概要基板概要SMT接合工法回流式自動機錫膏接合工法回流式自動機錫膏SMT基板概要基板概要(2) N2 N2 Reflow Reflow Air ReflowAir Reflow LGA-ALGA-BLGA-CLGA-DLGA-ELGA-FLead-free SolderSMT工法基板工法基板錫膏錫膏Solder BallBGALGA錫膏印刷部品搭載合金接合回路基板印刷機搭載機回流機鋼網(wǎng)電子部品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Pre Flux高信頼性高濡性高印刷性高粘

4、著力高印刷耐久性 連続印刷性殘渣美麗 etc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%概念的概念的不良割合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)接合工法完全無修正接合技術(shù)完全無修完全無修正接合化正接合化総合技術(shù)総合技術(shù)確立確立高精度最適接合設(shè)計基板無鉛対応型高精度回流爐高機能最新錫膏高機能精密印刷機高精度精密鋼網(wǎng)高精度無鉛対応型部品高精度部品搭

5、載機千住金屬千住金屬無鉛化無鉛化 4要素中要素中3要素変更要素変更熱熱Flux接合合金接合合金(Solder)母材材料母材材料(電鍍電鍍)浸潤促進浸潤促進表面清浄化表面清浄化再酸化防止再酸化防止原子拡散接合原子拡散接合合金層合金層（金屬間化合物形成）（金屬間化合物形成）表面張力低下表面張力低下不要溶剤除去不要溶剤除去Flux作用活性化作用活性化溶解溶解熱熱(回流爐槽溫度回流爐槽溫度)有鉛有鉛:225無鉛無鉛:240錫膏材料組成錫膏材料組成有鉛有鉛:Sn37Pb無鉛無鉛:Sn3Ag0.5Cu予熱予熱接合接合4要素?zé)岵牧弦責(zé)岵牧蠠o鉛化接合技術(shù)最適要素平衡変更技術(shù)無鉛化接合技術(shù)最適要素平衡変更技術(shù)

6、表面清浄化表面清浄化再酸化防止再酸化防止活性化活性化接合不良要素不平衡狀態(tài)時発生接合不良要素不平衡狀態(tài)時発生浸潤浸潤促進促進合金化合金化5 回流式自動機的不良解析基本、接合要素及有鉛、無鉛合金相違點回流式自動機的不良解析基本、接合要素及有鉛、無鉛合金相違點NO諸特性諸特性合金組成合金組成1比重比重3溶融溫度溶融溫度()引張強度引張強度(MPa)伸長伸長(%)Young率率(GPa)0.2%耐力耐力(MPa)線膨張係數(shù)線膨張係數(shù)(ppm/)94578硬度硬度(Hv)26無鉛無鉛M705Sn3Ag0.5Cu7.421722053.34641.639.421.717.9有鉛有鉛(共晶共晶)Sn37P

7、b8.418356.05926.345.823.516.66 有鉛、無鉛合金物性比較有鉛、無鉛合金物性比較有鉛、無鉛合金物性比較設(shè)備維修材料管理的問題設(shè)備維修材料管理的問題設(shè)備維修及管理回流式自動接合裝置日常點検項目日常點検項目基板內(nèi)接合灣曲、不良狀況変動確認作業(yè)設(shè)定條件（各種溫度速度等）回流溫度曲線定期的確認3.排気系風(fēng)量確認中期的點検項目中期的點検項目制御系空気系駆動系排気系點検確認維修及槽內(nèi)殘渣清掃精度維持美麗工作基本7 SMT接合工法回流式自動機管理接合工法回流式自動機管理高精度回流機8溫區(qū)要求特性高信頼性（耐濕絶縁特性）粘著力持続性高耐熱持続性4高濡浸潤性5高印刷特性(版抜性)6粘度

8、持続安定性(連続印刷安定性印刷後形狀変化沒有)7殘渣色調(diào)透明美麗千住標準基板用無鉛千住標準基板用無鉛対応錫膏対応錫膏(M705)標準錫膏標準錫膏GRN360K2V高精細印刷錫膏高精細印刷錫膏PLG-32-118錫膏要求特性錫膏要求特性無鉛合金最新錫膏無鉛合金最新錫膏項目項目M705-PLG-32-11試験方法試験方法（）（）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（8585%RH，電圧印加DC45V，1000h後）1.0E+10以上（）発生無JIS Z 3197銅鏡試験合格JIS Z 3197弗化物試験合格JIS Z

9、 3197水溶液抵抗1060mJIS Z 3197錫膏錫膏粘度200Pa.sJIS Z 3284Chikiso比0.6JIS Z 3284FLUX含有量11.0%JIS Z 3197加熱延性0.2mm以下JIS Z 3284粘著力1.3NJIS Z 3284粘著保持性24h1.0N以上JIS Z 3284濡広率78%JIS Z 3197濡効力及De WettingLank（）12JIS Z 3284錫球Lank（）12JIS Z 3284銅板腐食試験合格JIS Z 3197製品保証期限6月月未開封、冷蔵保管：0108.2錫膏要求特性無鉛合金対応錫膏要求特性無鉛合金対応M705-PLG-32-1

10、1特徴特徴FLUX殘渣透明殘渣透明耐熱性向上耐熱性向上錫珠抑制錫珠抑制連続印刷安定性連続印刷安定性増粘対策強化増粘対策強化高信頼性高信頼性高版抜性高版抜性最新最新従來品従來品PLG0.35mm0.30mm0.35mm0.30mm枚目枚目枚目枚目試験條件（高速印刷）試験條件（高速印刷）鋼網(wǎng)厚：鋼網(wǎng)厚：0.15mm0.15mm印刷速度：印刷速度：150mm / sec.150mm / sec.印刷圧：印刷圧：0.33N 0.33N （ （1mm1mm當）當）基板版離速度：基板版離速度：10mm / sec.10mm / sec.鋼網(wǎng)：鋼網(wǎng)：offoffGAPGAP： ：0.0mm0.0mm9 SM

11、T接合工法錫膏印刷性能改善例接合工法錫膏印刷性能改善例(1)従來品従來品PLG0.25mm slit0.23mm slit0.25mm slit0.23mm slit枚目枚目枚目枚目9 SMT接合工法錫膏印刷性能改善例接合工法錫膏印刷性能改善例(2)Heat-resistant limit of SMT components230 無鉛無鉛(SnAgCu)Solder melting temp. 溫度余力溫度余力47 溫度余力溫度余力20240溫度溫度 有鉛有鉛(63SnPb)無鉛合金無鉛合金、溫度余力少、溫度余力少管理精管理精度重要度重要無鉛合金無鉛合金、溫度余力少、溫度余力少管理精管理精度

12、重要度重要10 SMT接合工法有鉛、無鉛錫膏接合工法有鉛、無鉛錫膏(回流機回流機)溫度余力溫度余力11 SMT接合工法回流機溫度曲線接合工法回流機溫度曲線浸潤不足浸潤不足以上以上未溶融未溶融Reflow Temp.基板材質(zhì)基板材質(zhì)厚部品設(shè)厚部品設(shè)備構(gòu)造変化備構(gòu)造変化調(diào)整必要調(diào)整必要溫度溫度240予熱溫度予熱溫度18090120秒秒 0.51.5/秒秒100230 20秒以上保持秒以上保持180M705標準回流標準回流溫度曲線溫度曲線有鉛回流帯域200210220230240250012345濡時間(秒)溫度()190180Sn37PbSn37Pb(有鉛合金)(有鉛合金)Sn3Ag0.5CuSn

13、3Ag0.5Cu(無縁合金)(無縁合金)260無鉛回流帯域Sn37PbSn37Pb(溫度差37)(溫度差37)Sn3Ag0.5Cu(溫度差17)11 SMT接合工法回流溫度溶融域條件設(shè)定接合工法回流溫度溶融域條件設(shè)定溫度溫度230 時溶融時溶融時間約時間約5秒余力秒余力4倍倍=20秒保持秒保持220液相溫度溶融溫度時間不安定領(lǐng)域安定領(lǐng)域230 規(guī)定1SMT不良事例不良事例印刷機錫膏鋼網(wǎng)裝著裝著機機回流機基板電子電子部品部品他不良原因內(nèi)容印刷條件不適性能劣化印刷性粘著性低下過薄押圧押圧不足不足過加熱酸化部品部品腳曲腳曲浮上浮上未接合未接合1SMT不良事例不良事例不足不足印刷機印刷機錫膏錫膏鋼網(wǎng)鋼

14、網(wǎng)裝著機回流機基板電子電子部品部品他不良原因內(nèi)容印刷條印刷條件不適件不適性能性能劣化劣化印刷印刷性版性版抜性抜性低下低下開口開口面積面積小小過薄過薄押圧不足過加熱酸化熱不足酸化過多過多厚厚腳浮腳浮上上NG品OK品1端子濡不足端子濡不足NG品OK品部品腳浮上部品腳浮上NG品OK品1SMT不良事例不良事例NOOK品OK品部品底面樹脂部分有突起部品底面樹脂部分有突起部品腳浮上狀態(tài)部品腳浮上狀態(tài)実裝呈部品腳部濡不足実裝呈部品腳部濡不足(接合量不足接合量不足)NG品NG品1SMT不良事例不良事例NOOK品OK品差込部品挿入部分差込部品挿入部分有突起、部品腳浮上有突起、部品腳浮上狀態(tài)呈濡不足狀態(tài)呈濡不足(

15、接合量不足接合量不足)NG品NG品1SMT不良事例不良事例1SMT不良事例不良事例未溶融未溶融印刷機錫膏錫膏鋼網(wǎng)裝著機回流回流機機基板電子部品他不良原因 內(nèi)容印刷後放置錫球徑小錫球徑小酸化酸化水混入水混入攪拌過多攪拌過多期限超過期限超過溫度溫度低下低下予備予備加熱加熱過大過大酸化酸化RESIST OVER酸化Heat Temp.Cold SlumpHot Slump 150 3min170 3min190 3min0.7mm Slit1.5mm Slit0.7mm Slit1.5mm Slit12.SMT不良事例不良事例印刷機錫膏錫膏鋼網(wǎng)鋼網(wǎng)裝著機回流回流機機基板電子部品他不良原因內(nèi)容位置精度

16、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1SMT不良事例不良事例錫球飛散錫球飛散FLUX飛散飛散H2OR-OH合金溶融時合金溶融時合金溶融後合金溶融後H2OR-OH合金溶融時合金溶融時合金溶融後合金溶融後外部接觸端子外部接觸端子FLUX付著付著関連要素関連要素対策対策溶剤沸點回流爐溫度不一致。本加熱時溶剤殘留溶剤沸點低溫化Or高溫化予備加熱溫度強化還元時発生水分、材料吸濕突沸吸濕性少材料選定印刷後放置時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時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1SMT不良事

17、例不良事例印刷機印刷機錫膏錫膏鋼網(wǎng)鋼網(wǎng)裝著機回流機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1SMT不良事例不良事例錫球飛散錫球飛散錫珠錫珠(Side Ball)加熱溶融時加熱溶融時FLUX沿壁面移動沿壁面移動錫球移動、集合體形成錫球移動、集合體形成大錫珠大錫珠錫球飛散錫球飛散1SMT不良事例不良事例錫珠錫珠(Side Ball)対策方法錫膏量過多調(diào)整対策方法錫膏量過多調(diào)整鋼網(wǎng)開口面積內(nèi)側(cè)部分鋼網(wǎng)開口面積內(nèi)側(cè)部分CUT部品押圧時適正部品押圧時適正拡張拡張SLUMP錫球流失錫球流失防止防止

18、2./秒以下秒以下対策方法対策方法溫度曲線調(diào)整溫度曲線調(diào)整印刷機 錫膏鋼網(wǎng)裝著機回流機基板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酸化性能不良溫度曲線予熱過多酸化酸化電鍍電鍍不良不良吸濕吸濕酸化1SMT不良事例不良事例現(xiàn)象対策現(xiàn)象対策観察呈濡引戻現(xiàn)象Au電鍍電鍍Ni電鍍電鍍印刷機錫膏錫膏鋼網(wǎng)鋼網(wǎng)裝著機回流機基板基板電子電子部品部品他不良原因內(nèi)容位置精度印刷條件不一致酸化酸化濡性濡性能不能不良良開口開口面積面積低溫度予熱過多設(shè)計設(shè)計不良不良酸化酸化濡不良濡不良IC先端後切斷電鍍沒有先端後切斷電鍍沒有濡不良、呈凹現(xiàn)象濡不良、呈凹現(xiàn)象1SMT不良事例不良事例1SMT不良事例不良事例L寸法長大

19、視認外観視認外観判定安心感判定安心感LAND長長短短Resist処理処理先端後切斷電鍍沒有先端後切斷電鍍沒有濡不良、呈凹現(xiàn)象濡不良、呈凹現(xiàn)象対策1.LAND L寸法短縮化2.鋼網(wǎng)開口寸法LAND寸法錫膏印刷0.3mm寄揚効果t以上以上t印刷機錫膏錫膏鋼網(wǎng)裝著機回流機基板電子電子部品部品他不良原因內(nèi)容気泡気泡抜性抜性能能性能性能不良不良溫度曲線不一致吸濕電鍍電鍍不良不良12 SMT不良事例不良事例気泡電極底面気泡電極底面気泡存在多數(shù)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1SMT不良事例不良事例OK品品NG品品元素(keV)質(zhì)量%原子數(shù)%C K0.27751.4

20、369.99O K0.52525.9926.55S K2.3070.940.48Sn L3.44221.652.98合計1001000.001.002.003.004.005.006.007.008.009.0010.00keVB (黒色部)040080012001600200024002800320036004000CountsCKaOKaSKescSKaSKbSnLescSnLlSnLaSnLbSnLb2SnLrSnLr2,3BB元素(keV)質(zhì)量%原子數(shù)%Ni K7.4713.26.27Sn L3.44296.893.73合計1001000.001.002.003.004.005.006

21、.007.008.009.0010.00keVA (白色部)01503004506007509001050120013501500CountsNiLlNiLaNiKaNiKbSnLescSnLlSnLaSnLbSnLb2SnLrSnLr2,3AA1SMT不良事例不良事例OK品品NG品品電極電鍍不良殘渣発泡狀態(tài)（紙基材基板実裝）殘渣中多數(shù)気泡発生確認関連要素回流接合時基板內(nèi)GAS放出回流接合時FLUX殘渣粘性対策基板再加熱除濕、吸濕対策、吸濕保護樹脂膜etc錫膏FLUX（殘渣)流動性向上基板材質(zhì)変更1 SMT不良事例不良事例BGA部品錫球組成融點低時(有鉛)、初期溶融無鉛錫膏以後溶融呈捲込融合形

22、態(tài)気泡発生可能性大有鉛SnPb Ball vs無鉛M705 Paste無鉛M705 Ball vs 無鉛M705 PasteSnPb BallM705 PasteM705 PasteM705 Ball0.5mmPitchCSP：0.3mmDia：110umt0.5mmPitchCSP：0.3mmDia：110umt1SMT不良事例不良事例同時溶融同時溶融有鉛速溶融開始以後無鉛溶融有鉛速溶融開始以後無鉛溶融 有鉛SnPb Ball vs 無鉛M705 Paste無鉛M705 Ball vs 無鉛M705 Paste1SMT不良事例不良事例BGA部品錫球組成融點低時(有鉛)、初期溶融無鉛錫膏以後溶

23、融呈捲込融合形態(tài)気泡発生大気泡発生量大気泡発生量大濡引戻現(xiàn)象濡引戻現(xiàn)象(DE WETTING)原因原因1.基板銅面有酸化皮膜基板銅面有酸化皮膜(及及Ni電鍍電鍍面面)濡浸潤作用阻害、初期一次浸濡浸潤作用阻害、初期一次浸潤以降溶融合金、呈引戻現(xiàn)象潤以降溶融合金、呈引戻現(xiàn)象観察呈濡引戻現(xiàn)象Au電鍍電鍍Ni電鍍電鍍1.基板吸濕酸化2.基板電鍍処理方法不適3.Au電鍍有PIN HOLENi電鍍酸化対策1.基板交換2.基板製造廠家変更1SMT不良事例不良事例現(xiàn)象対策現(xiàn)象対策電解電解Au電鍍剝離電鍍剝離HG0.001.202.403.604.806.007.208.409.6010.80keVG08016

24、0240320400480560640720CountsNiLlNiLaNiKaNiKbAuMzAuMaAuMrAuLlAuLaAuLbAuLb20.001.202.403.604.806.007.208.409.6010.80keVH020040060080010001200CountsNiLlNiLaNiKaNiKbG： Au主體主體H： Ni主體主體濡不良濡不良Chip強度不足強度不足1SMT不良事例不良事例Au電鍍不良電鍍不良黃色変色黃色変色外観不好外観不好1SMT不良事例不良事例印刷機錫膏錫膏鋼網(wǎng)裝著機回流機基板電子部品他不良原因內(nèi)容FLUX材料材料性能性能過加熱錫膏変更錫膏変更回流

25、接合後発生腳部界面剝離回流接合後発生腳部界面剝離関連要素関連要素対策対策冷卻（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化無鉛電鍍使用各合金Pb混入溶融溫度変化1SMT不良事例不良事例引巣（）引巣（）応力破壊斷裂冷熱周期試験冷熱周期試験後狀態(tài)後狀態(tài)（分分分）分）呈材料組織破壊破壊進行沒有破壊進行沒有信頼性無問題信頼性無問題無鉛特有問題原因原因慢慢的冷卻時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）対策対策 接合直後強制冷卻、組織密度強化及均一冷卻化接合體積平衡化1SMT不良事例不良事例 M 引巣現(xiàn)象及対策引巣現(xiàn)象及対策PKG側(cè)基板側(cè)錫球変形錫球変形aa