無鉛合金接合不良現(xiàn)象及対策中國語SM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?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(%)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．錫錫膏要要求特特性??無鉛鉛合金金対応応ＦＬＬＵＸＸM705-PLG-32-11特徴●FLUX殘?jiān)竿该鳌瘛衲湍蜔嵝孕韵蛏仙稀瘛皴a錫珠抑抑制●●連続続印刷刷安定定性●●増増粘対対策強(qiáng)強(qiáng)化●●高信信頼性性●高版抜抜性最新従來品PLGΦ0.35mmΦ0.30mmΦ0.35mmΦ0.30mm１枚目２１枚目試験條條件（（高速速印刷刷）鋼網(wǎng)厚厚：0.15mm印印刷速速度：：150mm/sec.印刷圧圧：0.33N（（1mm當(dāng)當(dāng)）基基板板版離離速度度：10mm/sec.鋼鋼網(wǎng)：：offGAP：：0.0mm9．SMT接合合工法法?錫錫膏印印刷性性能改改善例例(1)従來品PLG0.25mmslit0.23mmslit0.25mmslit0.23mmslit１枚目２１枚目9．SMT接合合工法法?錫錫膏印印刷性性能改改善例例(2)Heat-resistantlimitofSMTcomponents230℃１８３℃無鉛(SnAgCu)２２０℃Soldermeltingtemp.溫度余力47℃溫度余力20℃240℃Ｐｅａｋ溫度有鉛鉛(63SnPb)無鉛合合金??、溫溫度余余力少少→管管理精精度重重要無鉛合合金??、溫溫度余余力少少→管管理精精度重重要10．．SMT接接合工工法??有鉛鉛、無無鉛錫錫膏膏(回回流機(jī)機(jī))溫溫度余余力11．．SMT接接合工工法??回流流機(jī)溫溫度曲曲線２２０℃浸潤不足２２５℃以上２１５℃未溶融ReflowTemp.基板??材質(zhì)質(zhì)?厚厚?部部品??設(shè)備備構(gòu)造造変化化→調(diào)調(diào)整必必要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接接合工工法??回流流溫度度溶融融域條條件設(shè)設(shè)定溫度230℃℃時(shí)溶溶融時(shí)時(shí)間約約5秒秒????余余力4倍倍=20秒秒保持持220℃?????液相相溫度度????溶溶融溫溫度時(shí)時(shí)間不不安定定領(lǐng)域域→安安定領(lǐng)領(lǐng)域230℃℃規(guī)定定1２．．SMT不不良事事例ex：：部品品腳未未接合合印刷機(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合1２．．SMT不不良事事例ex：：接合合合金金不足足不足印刷機(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不不良事事例ex：：部品品腳部部濡不不足(接合合量不不足)NO１O(jiān)K品OK品部品底底面樹樹脂部部分有有突起起→部部品腳腳浮上上狀態(tài)態(tài)実裝?????呈部部品腳腳部濡濡不足足(接接合量量不足足)NG品NG品1２．．SMT不不良事事例ex：：部品品腳部部濡不不足(接合合量不不足)NO２OK品OK品差込部部品挿挿入部部分→→有突突起、、部品品腳浮浮上狀態(tài)??????呈呈濡不不足(接合合量不不足)NG品NG品1２．．SMT不不良事事例ex：：部品品腳部部濡不不足(接合合量不不足)1２．．SMT不不良事事例ex：：接合合合金金?未未溶融融未溶融融印刷機(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不不良事事例ex：：錫膏膏連錫錫原因因HOTSlumpTest高高溫長長時(shí)間間Slump発生生大印刷機(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不不良事事例ex：：錫球球?FLUX飛飛散錫球飛飛散FLUX飛飛散H2OR-OH

合金溶融時(shí)合金溶融後H2OR-OH

合金溶融時(shí)合金溶融後外部接接觸端端子FLUX付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不不良事事例ex：：FLUX飛散散印刷機(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不不良事事例ex：：錫珠珠?錫錫球錫球飛飛散錫珠(SideBall)加熱溶溶融時(shí)時(shí)FLUX沿壁壁面移移動(dòng)→錫球球移動(dòng)動(dòng)、集集合體體形成成→大大錫珠珠錫球飛飛散1２．．SMT不不良事事例ex：：錫珠珠?錫錫球?qū)潓澆呃a珠(SideBall)対策方方法?????錫膏膏量過過多調(diào)調(diào)整鋼網(wǎng)開開口面面積內(nèi)內(nèi)側(cè)部部分CUT→部部品押押圧時(shí)時(shí)適正正拡張張SLUMP錫球球流失失防防止2.℃℃/秒秒以下下対策方方法????溫度度曲線線調(diào)整整印刷機(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不不良事事例ex：：ＤｅＷＷｅｅｔｔｔｉｎｎｇ現(xiàn)現(xiàn)象対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先先端後後切斷斷電鍍鍍沒有有→濡不良良、呈呈凹現(xiàn)現(xiàn)象1２．．SMT不不良事事例ex：：IC腳先先端部部濡不不良1２．．SMT不不良事事例ex：：IC腳先先端部部濡不不良対対策例例L寸法法長大大視認(rèn)外外観判定安安心感感LAND長長→短短Resist処処理先端後後切斷斷電鍍鍍沒有有→濡不良良、呈呈凹現(xiàn)現(xiàn)象対策1.LANDL寸寸法短短縮化化2.鋼鋼網(wǎng)開開口寸寸法>LAND寸法法錫膏印印刷0.3mm寄揚(yáng)効効果?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不不良事事例ex：：CHIP部品品電極極下気気泡気泡電極底底面気気泡存在多多數(shù)同一廠廠家CHIP部部品（（LOT相相違））電極極接合合部気泡発発生狀狀態(tài)有有意差差観察察1２．．SMT不不良事事例ex：：CHIP部品品電極極下気気泡OK品品NG品品BBAA1２．．SMT不不良事事例ex：：CHIP部品品電極極下気気泡原原因OK品品NG品品電極電電鍍不良?xì)堅(jiān)k発泡狀狀態(tài)（（紙基基材基基板実実裝））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不良良事例例ex：：FLUX殘?jiān)袣輾菖軧GA部品品錫球球組成成融點(diǎn)點(diǎn)低時(shí)時(shí)(有有鉛)、初初期溶溶融?????無鉛鉛錫膏膏以後後溶融融→呈呈捲込込融合合形態(tài)態(tài)???????気気泡発発生可可能性性大有鉛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不不良事事例CSP（BGA）実実裝時(shí)時(shí)発生生気泡泡分析析～～錫球球組成成+錫錫膏組組成変変化?????回流流接合合挙動(dòng)動(dòng)相違違點(diǎn)～～同時(shí)溶溶融有鉛速速溶融融開始始以後後無鉛鉛溶融融有鉛SnPbBallvs無無鉛鉛M705Paste無鉛鉛M705Ballvs無無鉛鉛M705PasteX-rayImage1２２．．SMT不不良良事事例例CSP（（BGA））実実裝裝時(shí)時(shí)発発生生気気泡泡分分析析～～錫錫球球組組成成+錫錫膏膏組組成成変変化化??????回回流流接接合合挙挙動(dòng)動(dòng)相相違違點(diǎn)點(diǎn)～～BGA部部品品錫錫球球組組成成融融點(diǎn)點(diǎn)低低時(shí)時(shí)(有有鉛鉛)、、初初期期溶溶融融??????無無鉛鉛錫錫膏膏以以後後溶溶融融→→呈呈捲捲込込融融合合形形態(tài)態(tài)??????????気気泡泡発発生生大大気泡泡発発生生量量大大濡引引戻戻現(xiàn)現(xiàn)象象(DEWETTING)原原因因1.基基板板銅銅面面有有酸酸化化皮皮膜膜(及及Ni電電鍍鍍面面)→→濡濡浸浸潤潤作作用用阻阻害害、、初初期期一一次次浸浸潤潤以以降降溶溶融融合合金金、、呈呈引引戻戻現(xiàn)現(xiàn)象象観察呈濡引戻現(xiàn)象Au電鍍Ni電鍍1.基基板板吸吸濕濕酸酸化化2.基基板板電電鍍鍍処処理理方方法法不不適適3.Au電電鍍鍍有有PINHOLE??????Ni電電鍍鍍酸酸化化対策策1.基基板板交交換換2.基基板板製製造造廠廠家家変変更更1２２．．SMT不不良良事事例例ex：：ＤｅｅＷＷｅｅｔｔｔｔｉｉｎｎｇｇ現(xiàn)現(xiàn)象象??対対策策電解Au電鍍剝離□H□GG：Au主體H：Ni主體濡不良Chip強(qiáng)度不足1２２．．SMT不不良良事事例例ex：：電電鍍鍍不不良良起起因因CHIP部部品品接接合合強(qiáng)強(qiáng)度度不不足足Au電電鍍鍍不不良良黃色色変変色色外観観不不好好1２２．．SMT不不良良事事例例ex：：FLUX殘殘?jiān)S黃色色変変化化、、外外観観不不美美麗麗印刷機(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膏変変更更回流流接接合合後後発発生生腳腳部部界界面面剝剝離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1２２．．SMT不不良良事事例例ex：：腳腳部部界界面面剝剝離離原原因因??対対策策引巣巣（（ＳＳｈｈｕｕｌｌｉｉｎｎｋｋａａｇｇｅｅＨＨｏｏｌｌｅｅ））応力力破破壊壊斷斷裂裂冷熱熱周周期期試試験験１１００００００ｃｃｙｙｃｃｌｌｅｅ後後狀狀態(tài)態(tài)（－－４４００℃℃３３００分分１１２２５５℃℃３３００分分））呈材材料料組組織織破破壊壊破壊壊進(jìn)進(jìn)行行沒沒有有信信頼頼性性無無問問題題無鉛鉛特特有有問問題題原因因慢慢慢的的冷冷卻卻時(shí)時(shí)最最終終凝凝固固部部液液相相沒沒有有??呈呈凹凹現(xiàn)現(xiàn)象象（冷冷卻卻収収縮縮偏偏差差??固固相相、、液液相相不不一一致致））対策策?接合合直直後後強(qiáng)強(qiáng)制制冷冷卻卻、、組組織織密密度度強(qiáng)強(qiáng)化化及及均均一一冷冷卻卻化化?接接合合體體積積平平衡衡化化1２２．．SMT不不良良事事例例M．．．引巣巣現(xiàn)現(xiàn)象象及及対対策策PKG側(cè)基板側(cè)錫球変形aa錫球脫落bb1２２．．SMT不不良良事事例例CSP実実裝裝不不良良ex：：錫錫球球脫脫落落及及変変形形現(xiàn)現(xiàn)象象設(shè)計(jì)計(jì)的的SMT不不良良撲撲滅滅指指針針1.基基板板実実裝裝設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)??????無無修修正正化化設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)思思考考?板板取取方方向向??材材質(zhì)質(zhì)選選定定??流流方方向向指指定定??熱熱伝伝導(dǎo)導(dǎo)平平衡衡??部部品品重重量量配配分分??部部品品配配置置位位置置、、方方向向、、LAND徑徑ーー部部品品電電極極徑徑適適正正SIZE、、LAND寸寸法法、、基基準(zhǔn)準(zhǔn)位位置置??PATERN間間隙隙、、、、SILK分分離離帯帯、、基基板板廠廠家家品品質(zhì)質(zhì)調(diào)調(diào)査査、、電電鍍鍍指指定定最最適適錫錫膏膏、、最最適適錫錫膏膏厚厚、、理理想想體體積積etc製造造技技術(shù)術(shù)的的不不良良撲撲滅滅指指針針1.基基板板組組立立製製造造技技術(shù)術(shù)検検討討DATA、、KNOW-HOW→→設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)基基準(zhǔn)準(zhǔn)化化2.設(shè)設(shè)備備使使用用狀狀態(tài)態(tài)最最高高水水準(zhǔn)準(zhǔn)化化及及最最高高水水準(zhǔn)準(zhǔn)狀狀態(tài)態(tài)維維持持管管理理印刷刷機(jī)機(jī)??????最最適適印印刷刷速速度度、、印印刷刷圧圧力力、、版版離離速速度度最最適適化化??鋼鋼網(wǎng)網(wǎng)高高精精度度品品採採用用、、洗洗浄浄頻頻度度決決定定、、収収納納時(shí)時(shí)洗洗浄浄実実施施、、洗洗浄浄布布交交換換、、設(shè)設(shè)備備維維修修、、清清掃掃??最最適適錫錫