無無 鉛鉛 銲銲 錫錫 製製 程程 簡簡 介介導入無鉛製程之理由導入無鉛製程之理由環境的危害環境的危害人體健康的人體健康的影響影響全球環境保全球環境保護或工業團護或工業團體之要求體之要求導入無鉛導入無鉛之需求之需求法令規範法令規範酸雨酸雨森林、湖泊及土壤森林、湖泊及土壤污染染汽車廢氣汽車廢氣(NO2)O2光化學光化學氧化化臭臭氧分解分解ClO揮發有機化合物揮發有機化合物 四四氯化化碳氯分解分解平流層平流層對流層對流層N2, O2紫外光紫外光臭臭氧層層 O3鉛中毒鉛中毒 地下水地下水污染染環境的危害環境的危害PCB戴奧辛戴奧辛污染染溫室效應溫室效應(CO2)溫室效應溫室效應(CO2)鉛溶解鉛溶解法令規範法令規範歐洲無鉛法令現況歐洲無鉛法令現況目前歐洲僅由歐盟目前歐洲僅由歐盟(European Union) 要求於要求於2008年年1月開始，所有輸入歐洲月開始，所有輸入歐洲 之各項之各項產品都需達到完全無鉛的要求。品都需達到完全無鉛的要求。EuropeanPb業界之對應時間業界之對應時間目前以日本電子業要求最快目前以日本電子業要求最快無鉛合金資料收集及無鉛合金資料收集及研究究替代合金之選擇要項替代合金之選擇要項金屬特性金屬特性-機械性可靠度越高越好機械性可靠度越高越好熔熔 點點-最最好好為共晶且越低越好共晶且越低越好潤潤 焊 性性-擴擴錫性及錫性及焊接之爬錫性性接之爬錫性性 越佳越好越佳越好毒毒 性性-以無毒性且不易以無毒性且不易產生公害生公害 為佳佳成成 本本-取取得容易且越低越好得容易且越低越好可能之替代合金可能之替代合金主要合金主要合金- 錫（錫（Sn）次要合金次要合金-1.銀（銀（Ag）：改善潤濕性、）：改善潤濕性、 焊點點強度。度。 2.鉍（Bi）：）： 降低熔點溫度，降低熔點溫度， 改潤濕性。改潤濕性。 3.銅（銅（Cu）：改善）：改善焊點點強度。度。 4.鋅（Zn）：低熔點，低成）：低熔點，低成 本。本。 替代合金之特性替代合金之特性Sn熔點溫度 : 231Ag熔點溫度 : 961Cu熔點溫度 : 1083Bi熔點溫度 : 271Zn熔點溫度 : 420增加焊點強度降低熔點溫度防止溶蝕效應改善銲錫性降低熔點溫度各各研究組織之合金推薦究組織之合金推薦日本電子工業振興協會之日本電子工業振興協會之研究究波波焊建議使用合金：建議使用合金： SnAgCu、SnCu研究結論：究結論： 容易容易產生生“焊點剝離點剝離”之現之現 象發生，尤其在象發生，尤其在焊接時含接時含 Bi的條件下極易發生。的條件下極易發生。業界已使用之合金業界已使用之合金合金資料彙整合金資料彙整 二二.無鉛焊錫導入波焊製程的建議無鉛焊錫導入波焊製程的建議: 1.合金的選擇合金的選擇:要使無鉛合能夠實用化要使無鉛合能夠實用化,就必須先確定就必須先確定其物質性能其物質性能,檢檢 討的項目為討的項目為:成本成本,熔解溫度熔解溫度,bulk拉力拉力,延伸延伸性性,壽命壽命,濕潤時間濕潤時間,應力應力, 擴散力擴散力,組識變化組識變化,接合剪斷接合剪斷,剝離剝離強度強度,導線焊接的導線焊接的creep強度等強度等,目前為止目前為止,業界業界(日本為主日本為主)所選用之合金為下列組合所選用之合金為下列組合. Sn99.3/Cu0.7 Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5 Sn96/Ag2.5/Bi1/Cu0.5 現製程用錫棒現製程用錫棒,明確標示明確標示錫鉛成份比錫鉛成份比表面表面光潔光潔呈呈銀銀白色白色.無鉛錫棒無鉛錫棒(Sn/Ag3.0/Cu0.5)無成無成份比標識份比標識,表面表面粗糙粗糙,顏顏色較暗略帶色較暗略帶黃色黃色. 除錫銅合金為共融點金屬較無異議除錫銅合金為共融點金屬較無異議,其它之合金組其它之合金組合比例會稍有不同合比例會稍有不同, 舉例而言舉例而言,錫銀銅合金之共融點組錫銀銅合金之共融點組合約為合約為Sn93.6/Ag4.7/Cu1.7之之217.但基於美國但基於美國(IOWA university/AMES lab)及日本及日本(Senju/Panasonic)之專利權之專利權限制限制,所有供應商均會少許變更合金比例所有供應商均會少許變更合金比例,這些合金比例這些合金比例之些微之些微.差異在焊點差異在焊點 特性上並不會造成影響特性上並不會造成影響,Alpha Metals則擁有錫銀銅鉍合金之全球使用權則擁有錫銀銅鉍合金之全球使用權.下表格就不下表格就不同合金特性略做比較同合金特性略做比較:Lead-free paste Surface, slightly grainy 無鉛材料無鉛材料:表面表面多粒狀多粒狀.Conventional paste Surface, shiny & smooth 傳統材料傳統材料:表明表明光滑閃亮光滑閃亮. 由上表可看出由上表可看出,綜合成本及焊錫性之考量綜合成本及焊錫性之考量, 選擇選擇 Sn/Ag3.0/Cu0.5合金較合適合金較合適. 2.材料考量材料考量: 目前印刷線路板一般有目前印刷線路板一般有OSP保護之裸銅板及化銀板和保護之裸銅板及化銀板和化鎳金化鎳金 板板(Immersion Ni-Au),OSP板成本低使用歷史久板成本低使用歷史久,焊接焊接性較化銀和化鎳金板稍差性較化銀和化鎳金板稍差;而化銀板焊接性好成本較高穩定而化銀板焊接性好成本較高穩定性好性好;化鎳金板焊接性較好化鎳金板焊接性較好,穩定性較化銀板差穩定性較化銀板差,且價格高且價格高.所所以以化銀板應為未來無鉛焊錫重要候選化銀板應為未來無鉛焊錫重要候選,但現階段但現階段OSP板為首板為首選選. 3.助焊劑考量助焊劑考量: 無鉛焊接較原有製程無鉛焊接較原有製程,焊錫性及合金毛細效焊錫性及合金毛細效用用(與合金比重成正比與合金比重成正比)都較弱都較弱 增加了焊接困難度增加了焊接困難度,因此有必要提升助焊劑焊性因此有必要提升助焊劑焊性,可借由三種方式可借由三種方式: a.增加活化劑之使用量增加活化劑之使用量:此做法會影響殘留之潔此做法會影響殘留之潔淨度及頂針測試淨度及頂針測試 之誤判率之誤判率. b.改變活化劑種類改變活化劑種類:須考濾化學可靠度須考濾化學可靠度. c.改變活化反應機构改變活化反應機构:活化劑在水中的活性要比活化劑在水中的活性要比在有機溶在有機溶 劑中好劑中好,同時用水可達到提高安全性與同時用水可達到提高安全性與健康環保的目的健康環保的目的,但缺點是揮發所需之較高預熱會但缺點是揮發所需之較高預熱會造成活化劑因耐熱問題而損失部份活性造成活化劑因耐熱問題而損失部份活性,也存在因也存在因水份揮發不完全而造成錫噴濺水份揮發不完全而造成錫噴濺. 4.設備考量設備考量: a.預熱系統預熱系統:無鉛焊錫錫溫較高無鉛焊錫錫溫較高(260 270 ),為避為避免較高的熱沖擊免較高的熱沖擊,需要有均勻有較的預熱需要有均勻有較的預熱.最理想的預熱最理想的預熱是強製熱風循環是強製熱風循環. 其優點包括其優點包括:v減少減少PCB零件面與焊接面之溫差零件面與焊接面之溫差,除去了零件不均溫除去了零件不均溫造成的吃錫不飽之缺點造成的吃錫不飽之缺點.v針對水基之助焊劑針對水基之助焊劑,可加速水份之揮發而不需提高預可加速水份之揮發而不需提高預熱溫度熱溫度. v直接之熱量傳遞確保所有待焊元件在有限預熱時間直接之熱量傳遞確保所有待焊元件在有限預熱時間內達到足夠熱內達到足夠熱 量卻不會過熱而損傷零件或效能量卻不會過熱而損傷零件或效能. 此次實驗為節約成本此次實驗為節約成本, 我們利用原錫爐做些許修改我們利用原錫爐做些許修改:兩預熱段之間及預熱二段與錫槽之間空隙均用不銹鋼板兩預熱段之間及預熱二段與錫槽之間空隙均用不銹鋼板蓋住蓋住,以避免以避免PCB在經過此處時溫度發生陡降造成較大的在經過此處時溫度發生陡降造成較大的熱沖擊熱沖擊.將反射板直接蓋在軌道上將反射板直接蓋在軌道上,減少溫量的散失減少溫量的散失,從而降從而降低了低了PCB板正背面之溫差板正背面之溫差.b.錫爐結構錫爐結構 因無鉛合金上錫速度及角度較差因無鉛合金上錫速度及角度較差,現有錫爐結現有錫爐結構需做修改構需做修改,較強的涌出式錫波能提供較大之上錫較強的涌出式錫波能提供較大之上錫力量以補強無鉛焊錫潤濕力力量以補強無鉛焊錫潤濕力,但這樣錫波不穩但這樣錫波不穩,容易容易造成溢錫造成溢錫.錫爐需求錫爐需求1. 1.錫爐上方之排氣孔出風量錫爐上方之排氣孔出風量, ,需調整為現行出風量之需調整為現行出風量之50%.50%.2. 2.產品出錫爐後冷卻用之風產品出錫爐後冷卻用之風扇扇, ,其風向需背離錫爐出口其風向需背離錫爐出口30.30.利用錫箔紙將錫槽外圍包覆保溫。利用錫箔紙將錫槽外圍包覆保溫。預熱段隧道保溫性預熱段隧道保溫性調節式進出口減少熱散調節式進出口減少熱散失失調節式排氣孔調節式排氣孔錫槽溫度保溫性錫槽溫度保溫性錫槽溫度錫槽溫度250-265250-265預熱段與擾流波間預熱段與擾流波間之距離須縮小接近之距離須縮小接近穩流波與擾流波間穩流波與擾流波間之距離須縮小接近之距離須縮小接近預熱溫度預熱溫度100-100-130130快速冷卻裝快速冷卻裝置置無鉛焊錫爐需求介紹無鉛焊錫爐需求介紹 d.氮氣氮氣: 氮氣可減少錫渣的產生并協助達成最佳上錫角度氮氣可減少錫渣的產生并協助達成最佳上錫角度,然而由于其成本高然而由于其成本高,加上錫爐改造的技術難度太大加上錫爐改造的技術難度太大,目前目前還沒法導入還沒法導入. 5.可靠度評估可靠度評估: 試產之成品做可靠的評估是不可或缺的試產之成品做可靠的評估是不可或缺的.我們的我們的可靠度評估分兩部份可靠度評估分兩部份: Solder ability Test及及Reliability Test. 三三. .無鉛焊錫製程管制無鉛焊錫製程管制 1. 1.製程製程: : a. SOP a. SOP均標以均標以無鉛焊錫標識無鉛焊錫標識如圖如圖. . d. d. 錫爐用醒目牌標識錫爐用醒目牌標識, ,錫爐必須由取得無鉛焊錫專技的錫爐必須由取得無鉛焊錫專技的MEME 技術員操作技術員操作. .任何其他人不得操作任何其他人不得操作. . e. e. 各站別用固定各站別用固定, ,非無鉛焊錫產品禁止使用非無鉛焊錫產品禁止使用, ,同時同時烙鐵烙鐵, , 烙鐵架烙鐵架, ,錫絲錫絲, , 吸錫槍吸錫槍等修護工具均用無鉛標識等修護工具均用無鉛標識. . E N D