69.焊接基础知识(一)

Foxconn Foxconn TechnologyTechnology Group GroupSMT Technology Development CommitteeSMT Technology Development CommitteeSMT Technology CenterSMT Technology CenterSMT Technology CenterSMT Technology CenterSMT SMT SMT SMT 技術中心技術中心技術中心技術中心 目目 錄錄•銲錫的源起及發展銲錫的源起及發展•WETTINGWETTING•助銲劑在銲接的過程中扮演的角色助銲劑在銲接的過程中扮演的角色•沾錫過程圖示沾錫過程圖示•介面合金層介面合金層•沾錫角的定義沾錫角的定義–銲點熱動態平衡時的作用向量銲點熱動態平衡時的作用向量–銲點的形狀銲點的形狀–標準銲點圖示標準銲點圖示ØØ 錫鉛合金的金相圖樣錫鉛合金的金相圖樣錫鉛合金的金相圖樣錫鉛合金的金相圖樣 ( (PHASEDIAGRAM)PHASEDIAGRAM)• • 對沾錫角的影響對沾錫角的影響對沾錫角的影響對沾錫角的影響ØØ 銲錫內雜質對銲錫的影響銲錫內雜質對銲錫的影響銲錫內雜質對銲錫的影響銲錫內雜質對銲錫的影響• • 銲錫雜質內容說明銲錫雜質內容說明銲錫雜質內容說明銲錫雜質內容說明ØØ 焊材與焊接特性焊材與焊接特性焊材與焊接特性焊材與焊接特性• • 焊材分類焊材分類焊材分類焊材分類• • 焊接特性焊接特性焊接特性焊接特性銲錫的源起及發展銲錫的源起及發展•銲錫：聖經亞賽亞書就曾提到過•五千年前，美索不達米亞即有銲錫證據•希臘、羅馬和埃及都曾發現銲錫•現今工業界及電子業介大量及廣泛使用WETTING 的定義的定義•WETTINGWETTING•DEWETTINGDEWETTING•NONWETTINGNONWETTING油泥的盤子上水油泥的盤子上水無法均勻擴散無法均勻擴散!助銲劑在銲接過程中助銲劑在銲接過程中扮演的角色扮演的角色1. 1.助焊劑的四大功能助焊劑的四大功能 A. A. A. A.清除焊接金屬表面的氧化物清除焊接金屬表面的氧化物清除焊接金屬表面的氧化物清除焊接金屬表面的氧化物; ; ; ; B. B. B. B.在焊接物表面形成一液態的保護膜隔絕高溫在焊接物表面形成一液態的保護膜隔絕高溫在焊接物表面形成一液態的保護膜隔絕高溫在焊接物表面形成一液態的保護膜隔絕高溫 時四周的空氣時四周的空氣時四周的空氣時四周的空氣, , , ,防止金屬表面的再氧化防止金屬表面的再氧化防止金屬表面的再氧化防止金屬表面的再氧化; ; ; ; C. C. C. C.降低焊錫的表面張力降低焊錫的表面張力降低焊錫的表面張力降低焊錫的表面張力, , , ,增加其擴散能力增加其擴散能力增加其擴散能力增加其擴散能力 D. D. D. D.焊接的瞬間焊接的瞬間焊接的瞬間焊接的瞬間, , , ,可以讓熔融狀的焊錫取代可以讓熔融狀的焊錫取代可以讓熔融狀的焊錫取代可以讓熔融狀的焊錫取代, , , ,順利完順利完順利完順利完 成焊接。

成焊接 黃銅氧化物沾錫過程圖示沾錫過程圖示介面合金層介面合金層沾錫角的定義沾錫角的定義銲點熱動態平衡的銲點熱動態平衡的作用向量作用向量•r rSFSF是介於液態銲錫和底材金屬間的介面張力，r rLS是介於固態的底材金屬和氣態助銲劑之間的介面張力 r rLS和r rSF同時沿著固態的底材金屬表面作用，但方向相反，介面能量的大小取決於相關物質間的先天特性相互作用的結果，不論r rLS和r rSF所處的介面間，都與一個堅硬的表面有關，這個堅硬的表面需要大量的能量來改變它的形狀，不像液體的表面張力一樣，這些介面張力當單獨存在時，在系統中並不以作用任何物理改變長表示，從向量圖中，我們得到r rSF=r rLS+r rLF COS. r rLF:液態銲錫表面張力•在此rSF是液體在固定上擴散的力量，也就是擴散力或沾錫力(Spreading or wetting force)也就是說，如果rSF大於rLS和rLF COS 組合，擴散(Spreading)或沾錫(Wetting)將會發生，這些力量間的量測，可以從介角角度的大小而獲得，兩個極端的情況是：•完全不沾錫：此時的角度=180O•完全沾錫：此時的角=0O•當角<180O，且>10O時，會發生部份沾錫•這個部份沾錫的觀念需要進一步考慮，尤其是如果我們記得在銲接的系統中，很少達到真正的平衡。

通常，銲接的時間太短而且系統在達到平衡前就已經凝結在這個例子中，沾錫角顯露了附加的訊息銲點的形成銲點的形成BGABGA焊焊焊焊接過程接過程接過程接過程銲點的形狀銲點的形狀標準銲點圖示標準銲點圖示IPC-A-610CIPC-A-610CIPC-A-610CIPC-A-610CSMT COMPONENTSMT COMPONENTPTH COMPONENTPTH COMPONENT錫鉛合金的金相圖錫鉛合金的金相圖銲錫內雜質對銲錫的影響銲錫內雜質對銲錫的影響•鋁：對銲錫影響很大，即使在0.001%的含量下，會降低銲錫的黏著力，銲點表面下不平整，且易受熱龜裂解決方式：儘量不要使用鋁質FIXTURE•銻：不算是銲錫內雜質，大部份是銲錫製造廠刻意加入，加入0.3%可增加WETTING能力，同時可抑制TIN PEST•砷：有INTERMETALLIC COMPOUNDS生成Sn3 AS2及SnAS呈長針型結構不會從裝配中加入砷，因此只要多加留意原料即可•鉍：也不算是銲錫內雜質，通常是刻意加入，會增加銲錫的WETTING能力•鎘：加速銲錫氧化，導致液態銲錫SLUGGISHNESS。

當溫度緩慢下降時，錫爐底部有鎘的沉澱物•銅：有INTERMETALLIC COMPOUNDS Cu3Sn. Cu6Sn5產生，呈六角針尖型，會造成銲點表面GRITTINESS及SLUGGISHNESS，解決方式：–儘量用SOLDER MASK蓋住不用沾錫的銅面–降低銲錫溫度及時間–定時加入新銲錫•金：有INTERMETALLIC COMPOUNDS Au2PB，AuPB2，Au2Sn，AuSn4會造成銲點的灰暗及REITTINESS，金含量到0.2%，會造成銲錫黏滯而在暗•鐵：有INTERMETALLIC COMPOUNDS FeSn及FeSn2產生，當含量達到0.1%會有顆粒狀出現•鎂：興鋁的影響相同有INTERMETALLIC COMPOUNDS Mg2Sn及Mg2Pb產生，通常此問題較小，因裝配中很少鎂金屬•銀：有INTERMETALLIC COMPOUNDS AgbSn及Ag3Sn產生，當超過限量時有顆粒或疙瘩產生在銲點表面，當高於2%，可用冷卻方式分離•鎳：有INTERMETALLIC COMPOUNDS Ni3 Sn Ni3 Sn2 Ni3 Sn4產生，在一般研究報告中沒有此類雜質的不利報導，同時鎳在銲錫中也很少被發現。

•硫：會影響WETTING，實驗報告中提到危險界限在7 PPM，通常好的銲錫應在2-3PPM•鋅：當含量達到0.005%時會造成銲錫結合性差，呈顆粒狀，固化時易脆裂，因此少量的鋅會造成很大的問題 對沾錫角的影響對沾錫角的影響焊材與焊接特性焊材與焊接特性焊材分類焊材分類 印刷于印刷于QFPQFP上之錫膏上之錫膏1.錫膏錫膏2.錫條錫條3.錫線錫線自動加錫自動加錫FEEDERFEEDER中錫條中錫條焊接特性焊接特性1.錫膏錫膏﹕2.錫條錫條﹕3.錫線錫線﹕ 1.溫度設定為溫度設定為,370 ℃ ±10 ℃.1.140℃ ~183℃,60~90S2.>183 ℃,60~90S3.Peak Temperature,215 ℃ ±10 ℃1. PCBA板面溫度板面溫度﹕85℃~~125℃2.PCBA焊接溫度焊接溫度﹕250℃±5 ℃3.PCBA焊錫時間焊錫時間﹕2~~5“1.140℃ ~183℃,60~90S2.>183 ℃,60~90S3.Peak Temperature,215 ℃ ±10 ℃• PCBA板面溫度﹕85℃~~125℃• PCBA焊接溫度﹕250℃±5 ℃• PCBA焊錫時間﹕2~~5“焊接特性焊接特性(Lead free)1.錫膏錫膏﹕PF-610P2.錫條錫條﹕ PF-610P3.錫線錫線﹕PF-610R 1.溫度設定為溫度設定為,370 ℃ ±10 ℃.1.175℃ ~217℃,<100S2.>217 ℃,40~90S3.Peak Temperature,240 ℃ ±10 ℃1. PCBA板面溫度板面溫度﹕110℃~~150℃2.PCBA焊接溫度焊接溫度﹕265℃±10 ℃3.PCBA焊錫時間焊錫時間﹕4~~5“Soak temp 175~217 ℃℃ <100SecPreheat Melting temp Above 217℃℃ 40~90SecRising slope < 3℃℃/SecFalling slope < 3℃℃/SecPeak temp:230~250Temp:110~150 ℃℃ Rising time:90~120S Rising slope<2℃℃/Sec Dwell time:4~5sPeak temp: 265± 10 ℃℃Falling slope:4 ℃℃/SecPeak temp:180 ℃℃結束結束 謝謝大家謝謝大家﹗﹗。