无铅焊锡技术

null無鉛錫焊接技術無鉛錫焊接技術綠色電子產品和無鉛制造緒論綠色電子產品的概念 綠色產品的三個目標 1.低毒性-ROHS 2.可回收-WEEE 3.省能源-綠色產品Green products低毒可回收節能null電子垃圾和“鉛”污染 人們對於廢舊的電子產品,通常有三種處理方式 送人 賣給收廢品的 直接丟進垃圾堆 最終,這些電子垃圾一般都被送到非法拆解作坊,在這里被翻新改裝之後的電 器主要被賣到農村,這些舊電器往往有安全隱患.沒有利用價值的部件在扔掉 後往被填埋或焚燒,大量有毒物質(含鉛、鎘、水銀、六元鉻、聚氯乙烯塑料、 溴化阻燃劑等)因此污染土壤和地下水,一旦這些有毒物質進入土壤和地下水 源,就會嚴重危害人類健康. 六大有害物質對人體的危害性 鉛(Pb) 高危害性物質,其主要以粉塵和煙霧的形式通過呼吸道和消化道進入人體.經 呼吸道吸收較快,約有20~30%進入血液循環,經消化道吸收約5~10%.一些研究 表明:鉛具有毒性,損害人體的複製機能,並在人體內積累,引起神經性紊亂,對 血液系統和腎產生不良的影響;同時會污染水源、土壤和空氣.null鎘(Cd) 鎘是提取鋅的副產品,多用於電鍍及製造合金、焊料、染料和涂料色素及製造塑膠的穩定劑,PCB產業無 此鍍種.研究顯示隔會造成腎系統障礙,而形成人體骨質軟化、關節疼痛、骨拆及骨骼變形,並影響人體有 益元素的效能,造成肝腎損害,肺氣腫,呼吸道、內分泌、血管脂肪化等病症,是一种致癌物質,及誘發前列 腺癌症. 汞(Hg) 金屬汞以蒸氣形式由呼吸道進入人體,皮膚吸收量少,但皮膚損時吸收量較多;消化道不吸收;汞蒸氣易於 通過肺膜進入人體而溶於血液中,以腎臟中含量較多,並通過血腦屏障進入腦組織.它能抑制人體蛋白質、 醾系統的功能,並引起變態反應、引發腎病綜合症、導致人體免疫性損害、中柩神經損害、肺功能衰竭, 並導致生殖功能異常. 鉻(Cr6+) 六價鉻是被歐盟禁止的,因共會致癌或突變的.Cr6+常在電子工業中作為鉻酸使用. Cr6+為吞入性毒物/吸入性毒物,皮膚接觸可能導致敏感;更可能造成遺傳性基因缺陷;吸入會致癌,對人體 有著持久危害性,但金屬鉻,三價或四價並不具有這些毒性. 多溴聯苯/多溴聯苯醚(PBB/PBDE) 不完全燃燒產生的二惡英有極高的毒性,又非常穩定,屬 於一類致癌物質,由於它極難分解,人體攝入後就無法排 出,從而嚴重威脅人類健康. 關注這些有害物質,關注我們的健康,更關注我們的健康.null業界關於電子產品相關法規的介紹(ROHS&WEEE) ROHS-Restriction of the use of certain Hazardous Substance in Electrical and Electronic Equipment 1.生產商必須保證在其產品中下列物質的含量不超過規定值,具體如下表: 2.從2006年7月1日起,不符合要求的產品禁止在歐盟市場銷售; 3.生產商需要向主管當局証明其產品符合要求. 需要明確一點: 同質材料(Homogenous Material) a.由材料制成的不能被進一步機械分拆的單元,也就是說用機械力分開,如旋開,切斷,擠壓,研磨和磨蝕 工藝; b.單一物質,合金,混合物,塑料,陶瓷制品,玻璃,金屬,合金,紙,木板,樹脂,電鍍和涂層. null無“鉛”豁免 為了適用科技發展和進步,指令對鉛、汞、鎘和六價鉻的部分應用免除執行(注意:每四年需重新評估 一次): 鉛:陰極射線管、電子部件和發光管的玻璃內的鉛含量;鋼合金中的鉛含量低於0.35%,鋁合金中的鉛含量低於0.4%,銅合金中的鉛含量低於4%;高溫融化的焊料中的鉛(即:錫鉛焊料合金中鉛含量超過85%);用於服務器、存儲器和存儲系統的焊料中的鉛(豁免準予至2010年);用於交換、信號和傳輸,以及電信網絡管理的網絡基礎設施設備中焊料中的鉛;電子陶瓷產品中的鉛. 鉛:小型日光燈中的汞含量不得超過5毫克/燈;一股用途的直管日光燈中的汞含量不得超過:磷酸鹽—10毫克;正常的三磷酸鹽—5毫克;長效的三磷酸鹽—8毫克;特殊用途的直管日光燈中的汞含量;其它照明燈中的汞含量. 鎘:第76/769/EEC號指令的第91/338/EEC號指令禁止以外的鎘電鍍. 六價鉻:在吸收式電冰箱中作為碳鋼冷卻系統防腐劑的六價鉻. 對含鉛焊料豁免的原因是制訂指令時無鉛焊料的可靠性認證還不充分,基於無鉛焊料技術的發展和成 熟,有鉛焊料的豁免很有可能在第一次評審時被取消. WEEE-Waste Electrical & Electronics Equipment 指令要求 1.生產商須負責廢棄電器與電子設備的處理,再生及/循環再造 2.提供產品標籤 3.為用戶提供廢棄產品處理及有害物質的材料 4.為正理設施提供重複使用及處理資料 5.根據本地要求提交資料報告null指令所涵蓋的設備類別 1.大型家用電器 2.小型家用電器 3.信息技術及通訊設備 4.消費類電子電氣設備 5.照明設備 6.電子和電氣工具(大型固定工業工具除外) 7.玩具 8.醫用設備 9.監測和控制器械 10.自動售貨機 指令所涵蓋的設備類別 1.大型家用電器 2.小型家用電器 3.信息技術及通訊設備 4.消費類電子電氣設備 指令目標日期 1.分銷商和零售商在供應2005年8月13日後投放市場的新產品時,應有責任確保這些廢舊電子電氣設備 能在一對一的基礎上免費返回其手中 2.生產者在2005年8月13日之前應負責管理並承擔其產品收集和處理(再循環/回收)的費用 3.生產者從2005年8月13日起應對其產品加貼標志並向使用者、處理機構及代理商提供必要信息 4.生產者應在2006年12月31日前達到回收和再循環目標(電器平均重量的百分比)—醫用設備的回收目 標期限為2008年12月31日前列表中不包含的設備不受本指令約束.null指令造成的各生產商競爭的後果 1.選擇獨立管理電子電氣廢氣廢棄物或參與符合性計劃執行指令規定; 2.承擔收集及處理電子電氣廢棄物的費用; 3.檢查產品的設計以控制成本; 4.計算25個以上回收體系所需的費用; 5.為使用者及處理機構提供必要信息; 6.向25個以上回收體系報告各種銷售數據及符合性資料 業界關於電子產品相關法規的介紹(ROHS&WEEE) 日本Sony是行業中起步比較早的企業,而且相關的標準甚至比ROHS還要嚴格. 無鉛法規對中國的影響 ROHS和WEEE法令實施後,中國企業在向歐盟出口此類產品時需要付費給專業的回收公司來處理廢棄 產品,費用大概是每件產品銷售價格的3%~5%,而我國電器出口的平均利潤只有5%左右.這樣一來,我國 出口歐盟的電器將面臨薄利甚至無利的局面. 中國無鉛法規制定和推行的進展情況 信息產業部制定<電子信息產品污染防治管理辦法>,將在2005年7月1日實施. “辦法”要求逐步減少並淘汰電子信息產品中鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯苯(PBB)、多溴聯苯醚 (PBDE)及其它有毒有害物質的含量;業界認為前述6種有害物質的禁止使用時間同為2006年7月1日. “辦法”也規定信息產業部會同相關部門制定和發佈電子信息產品淘汰期限,以及電子信息產品的檢測標準. null無鉛輔料認證 1.無鉛焊料簡介 A.各行業使用之焊錫 null B.各組織檢驗及推薦之合金 C.主要無鉛焊材的分類 1.1-SnAgCu系列 本合金(及不含第四種元素)之組成似乎是最愛歡迎之取代物.同時在以鉛錫為基準下,它亦被選為測試 其它供應給工業界之合金的標竿. 本合金系列所關注者包含較高之處理溫度,其與含鉛完成品之兼容性及銀之析出.本合金之市場價格為 錫鉛低共熔混合物之2.2~2.7倍. 1.2- SnZn系列 雖本合金有較低之熔點(200℃),但Zn之氧化及焊接點之長期腐蝕情形則為其關注要點.這合金亦需要 特殊之助焊劑,且其濕潤性不及SnAgCu良好.工業界對此合金需更長其之數據以決定其是否為良好之 代替選擇品.null 1.3-SnCu系列 SnCu合金為波焊制程最便宜之無鉛焊材選擇,且與主要含鉛之拋光面皆可兼容.因此,許多公司皆將其 視為無鉛焊材之首選.但另一方面,SnCu合金卻存在著熔點較高(227℃)且機械性質不佳之問題,雖說在 部分應用中這並絕非是個缺點.由Nortel的測試所得,我們可知SnCu合金的抗熱疲勞產性質較傳統SnPb 為佳.而共晶合金因其為單一熔點,而非一熔點範圍,而受人青睞.過程中需特別注意的是其熔點高於 SnAgCu合金.本合金之市場價格為錫鉛低共熔混合物之1.5倍. 1.4- SnBiAg系列 本合金為替代選擇之一,尤其是對SMT而言.Bi最大之顧慮在其SnPb面洞應用之剝离、脆化、毒性及低 熔解性.銀之析出及Bi造成其它金屬之難回收亦為考慮要項. 根據NCMS研究,當SnBiAg使用於1206之抗阻或電容器與無鉛完成品時,或是使用於PWBs與無鉛完成 品時對特定表面實裝組件有較好之熱循環可靠性.本研究同時指出此合金擁有較SnAg及SnAgCu為佳 之潤濕性.本合金之市場價格為錫鉛低共熔混合物之2.2~2.7倍. 1.5- SnAg系列 本合金與SnAgCu相較之下有較高之熔點(221℃),而價格相近.因為多年來此合金用於Step焊錫及特別 應用(模組之連接)之故,已擁有大量之數據,這對尋找這些數據支援之廠商有極大之吸引力,但仍有銀析 出之問題. 2-助焊劑 新合金的選擇會造成對助焊化學品之不同要求,不可將現用之助焊劑直接應用在新合金上.助焊劑之不 同將造成對清洗過程、焊錫護罩、電鍍、材料等影響.假如轉換後失效,使用者可研究溶劑或樹脂問題 以減輕影響. null2.錫膏的認證 A.錫膏測試相關規範 美國電子電路成型標準協會【IPC】 null(1).錫粉粒徑與形狀—(說明) 目的:良好的錫粉形狀(球狀)與粒徑範圍,將有助於印刷時的下錫性. 規範內容:如表一 & 表二 測試儀器:3D畫像測定儀 測試方法:使用80倍以上的顯微鏡觀察錫粉外觀,並利用隨機取樣的方式計算出錫粉的粒徑分布範圍, 同時觀察錫粉的形狀是否呈現為“真球狀”或者是“不定形狀” 附注說明:測試主要朝向Type 3 及Type 4兩种型號進行確認. null(2).錫粉的合金成份—(說明) 目的:確認合金的成份與不純物比例是否符合標準規範的規格. 測試儀器:火花放射光譜儀 測試方法: 1.從錫膏當中取樣約250g並將Flux用溶劑洗凈; 2.加熱使其成為錫塊; 3.將錫塊樣本放置在火花放射光譜儀上; 4.約莫30秒鐘之後計算機將自動將所設定測試的合金不純物比例列出; 判定標準:鉛含有量不得超出0.1%. (3).助焊劑含有量—(說明) 目的:確認助焊劑含量與標準值不超過±0.5%,避免錫膏在加熱之後,殘留過多的助焊劑. 測試儀器:電子天秤 測試方法: 錫膏攪伴均勻后,精秤約30克樣品至250毫升燒杯中,記錄其重量為W1(g).加入甘油,其量須能完全覆蓋 錫膏,加熱使焊錫與助焊劑完全分離. 放冷並令焊錫固化. 取出已固化的焊錫,以水清洗.浸入乙醇中約5分鐘,常溫下再水洗並干燥之. 精秤其重量記為W2(g). 依據式(1)計算助焊劑含量. 助焊劑含量(%)=〔(W1-W2)/W1〕×100 判定標準:是否符合廠商所附規格上的內容. null(4).黏度測試—(說明) 目的:確保錫膏印刷品質及保持良好的下錫性. 測試儀器:Malcom黏度計PCU 203型 測試方法: 1.將焊錫膏放在室溫或250℃里2~3小時; 2.將焊錫膏窗口的蓋子打開,用刮刀(SPATULA)避免空氣混入小心攪拌1~2分鐘; 3.將焊錫膏窗口放入恆溫槽; 4.回轉速度調整在10RPM,溫度設定在25℃,約3分鐘後確認被Rotor所吸取的焊錫膏出現在排出口後,停止 Rotor回轉,等到溫度回復穩定為止; 5.溫度調整完後,設定10RPM,讀取3分鐘後的粘度值; 6.接著設定3RPM的回轉速度,在回轉狀態下放6分鐘; 7.讀取6分鐘後的粘度值; 8.回轉速度由3→4 →5 →10 →20 →30 →10RPM變化,讀取在3,10,30,10RPM的粘度值; 讀取時間各為6,3,3,3,1~3,1~3,1分鐘 判定標準:是否符合廠商所附規格的內容. (5).黏著指數—(說明) 目的:確保錫膏有足夠的防坍塌 測試儀器:Malcom黏度計PCU 203型 測試方法: 1~8步驟同(4)黏度測試之說明; 9.計算出Los(3RPM的讀值/30RPM的讀值. 判定標準:是否符合廠商所附規格的內容.null(6).鹵素含有量—(說明) 目的:檢測助焊劑中的氯或溴離子含量是否符合規範中所列的含量 測試儀器: 1.電位差自動滴定儀(KYOTO AT-400) 2.250毫升燒杯 3.電子自動天平(Denver Instrument M-120)、回轉子、0.02M硝酸銀溶液 測試方法: 1.精秤約10克錫膏樣品至250毫升燒杯中,加入約150毫升乙醇; 2.錫膏樣品重量×助焊劑含量=錫膏樣品中的助焊劑重量(即輸入滴定儀之size值); 3.將裝有樣品的燒杯移至電位滴定裝置充分攪拌後以0.02M硝酸銀溶液滴定至終點; 4.滴定儀可自動計算出氯含量,並繪出電位VS硝酸銀溶液耗用體積之圖形. 判定標準 1.是否符合廠商所規格的內容; 2.計算出的數值請參照JIS-Z-3284之4.2的規範內容執行,內容如下: 助焊劑的品質分類 助焊劑的品質分類依助焊劑的活性度、助焊劑成份的氯含有量、絕緣抵抗值、 銅板腐蝕及銅鏡腐蝕之有無,如表五之分類. 注(1)評價是以96小時後及168小時後的 值,24小時後的值如達到96小時後 的基準值以下亦可; (2)條件A:溫度40℃,相對濕度90%, 168小時 條件B:溫度85,相對濕度90%, 168小時 null(7).錫珠測試—(說明) 目的:測試錫膏於加熱融化後,於氧化鋁板上是否收縮成一顆錫球的能力與安定不飛濺的穩定度 測試儀器: 1.氧化鋁(Alumina)基板(25×50×0.6~0.8mm)(如右圖所示); 2.鋼板(25×50×0. 2mm):中心直徑為6.5mm的孔洞; 3.焊錫浴槽(Solder bath):尺寸100 ×100 ×75mm或同等品; 4.鑷子、刮刀; 5.放大鏡:10~20倍(全景觀察用)、50倍(焊錫球觀察用). 測試方法: 1.當錫膏中的焊錫組成為Sn63Pb37及Sn60Pb40時, 焊錫槽的溫度設定為235±2℃,當為其它合金組成時, 溫度設定為較合金液相比溫度高出50 ±2℃; 2.將試驗用的焊錫膏輕輕攪拌使其均勻,有必要時等焊錫膏回復至室溫為止; 3.將鋼板置於氧化鋁基板上,以刮刀將錫膏施以印刷以使錫膏完全填入金屬罩的孔洞中,然後移開鋼板並 確認經印刷之錫膏的尺寸為直徑6.5mm且厚度為0.2mm即制得試驗片,制備兩個試驗樣品; 4.遵循流程(5),將其中一個試驗樣品在條件(a)下加熱及熔化並將另一樣品在條件(b)下加熱及熔化,視需 要,在150℃下實施一分鐘的預熱; 條件(a) 印刷後一小時內 條件(b) 印刷後在相對濕度為(60±20)%且溫度為25 ±2℃的條件下放置24小時後 5.以刮刀清理焊錫槽中焊錫的表面,將試驗樣品水平地置於液狀焊錫的表面,錫膏熔化5秒鐘後將試驗 樣品水平地自液狀焊錫的表面移出,令其冷卻直到試驗樣品焊錫固化. 判定標準:(符合2級以上) 焊錫(粉末)溶融,焊錫變成一個大球,在周圍有直徑75μm以下的錫球在3個以下. null(8).擴散性試驗—(說明) 目的:測試錫膏的吃錫性,確認其清除氧化物的能力 測試工具: 1.銅板:符合JIS H 3100之C 1201 P或者C 1200 P級的加磷去氧化銅板.其尺寸為0.3×50 ×50mm 2.加熱板:加熱板應能設定及維持溫度在220~230℃; 3.分厘卡:符合JIS B 7502者或等同於或優於彼的量測裝置. 測試方法: 1.將銅板浸沒於二甲笨中並以#500砂紙研磨以去除氧化膜; 2.研磨之後以異丙醇裝附著至鍋板表面的污物清除,並置於空氣中至完全乾燥; 3.將銅板置於溫度約為150℃的烘箱中1小時以實施氧化處理; 4.將銅板自烘箱中取出並冷卻至室溫,精秤約0.3克的錫膏至銅板上; 5.將銅板置於溫度為220~230℃的加熱板上30秒,令錫膏熔化擴散; 6.冷卻至室溫後,以異丙醇將殘余的助焊劑去除,並風干; 7.以分厘卡量測焊錫擴散後的高度並計算擴散率. 計算方法: 擴散率(%)=(D-H)/D×100% 其中,H:擴散之焊錫的高度(扣除空板厚度); D:假設擴散的焊錫為球體時,其直徑(mm); D=1.24V1/3 V:重量/比重 判定標準: 由於無鉛的擴散率尚未制定標準,但是以目前的經驗,其擴散率大致上介於70~80%為可接受範圍. null(9).潤濕性試驗—(說明) 目的:測試錫膏的濕潤性能力,確保錫膏的吃錫效果 測試儀器:沾錫天秤 測試材料: 1.試驗板:試驗板以下所示2種的銅板及黃銅板 a 銅板 JIS H 3100適合C1201P或C1220P的磷脫酸銅板,尺寸為50×50 ×0.5mm; b 黃銅板 JIS H 3100適合C2680P的黃銅板,尺寸為50×50 ×0.5mm; 2.砂紙 3.異丙醇 4.鋼版 厚0.2mm,直徑6.5mm的孔4個,開在距中心處10mm位置 5.Spatula(刮刀) 6.刮刀(Scraper) 7.手套 8.空氣循環乾燥器 9.焊錫浴槽(Solder bath) 尺寸100×100 ×75mm以上,在Sn60/Pb40的焊錫時,能保持溫度235±2℃或 215±2℃的東西,浸漬器具需使用低熱容量的東西. 測試方法: 有關銅板及黃銅板的兩試驗板,各試驗一次.手不要接觸到試驗板,以下的作業需帶手套實行之. 1.將焊錫浴槽設定在溫度235±2℃.如考慮用VPS時則設定在215±2℃; 2.焊錫膏放置到與室溫相同為止; 3.用異丙醇將銅與黃銅的試驗板擦拭干凈; 4.將試驗片的單面用砂紙沾水研磨.首先,同一方向研磨,接著再以先前呈直角的方向研磨; 5.用異丙醇再次擦拭表面; 6.將焊錫膏用刮刀(Spatula)攪拌均勻;null7.表面研磨後的1小時內,把鋼板蓋在表面; 8.涂抹焊錫膏,用刮刀將鋼板上的孔完全涂滿; 9.自基板取下鋼板; 10.如有預備乾燥時,將涂有焊錫膏的試驗板放到150℃的空氣循環乾燥器里處理1分鐘; 11.焊錫浴槽的表面用刮板加以清除乾淨; 12.為使溶融焊錫與基板有一良好的熱接觸,將表面涂有焊錫膏的基板以水平放置在焊錫浴槽上加熱; 13.自焊錫溶解起5秒後,將基板以水平方式自焊錫浴槽中取出; 14.以水平位置放置直到基板上焊錫固化為止; 15.檢查擴散程度. 判定標準:(1)目視 擴散程度依附件10表1所示之擴散狀態以區分表示 備注1.在黃銅板上,焊錫因毛細現象,尚著銼刀的溝有時會擴散到主要擴散面積以外的地方,此多余的擴 散為無光澤,可不予理會; 2.有時亦會有極細小的小錫球,此為回焊不均勻所致,不特別加以評價; 3.將焊錫浴槽設定235±2℃的理由,為考慮使用共晶焊錫,有關共晶焊錫以外的合金時,焊錫浴槽設定 溫度為比合金的液相線溫度高50±2℃.使用VPS時,試驗溫度設定在215±2℃. 判定標準:(2)機器自動判讀 所測出的數值,越接近【1】代表濕潤性越好.null(10).印刷性試驗—(說明) 目的:測試錫膏的印刷性,確認印刷品質 測試儀器:印刷機 DEK 265,顯微鏡 測試工具:鋼板,PCB板 PTC-SP-001 測試方法: 1.取一平面板作為印刷用板; 2.鋼板開孔設計如下圖所示,開孔間距分為6mil(0.15mm)、8mil(0.2mm)、10mil(0.25mm); 3.鋼板使用厚度為0.13mm、0.1mm; 4.印刷機參數為:刮刀速度(25mm/sec),刮刀壓力(5.4kg),脫模速率(0.99mm/sec),膠模距離(1.5mm); 5.將錫膏由自動攪拌機攪拌後開始印刷,連續印刷12片不擦拭鋼板,使用150倍放大觀察短路數量,並加以 記錄. 判定標準: 記錄其短路數量,並從四種錫膏中選擇較優的一款. (11).坍塌性試驗—(說明) 目的:測試錫膏於受熱時的抗坍塌性,以防止短路與錫球的發生. 測試設備與工具: (1)用(Ⅰ)3.0×0.7mm或(Ⅱ)3.0×1.5mm 2種模型,將其由0.2mm到1.2mm止以逐次漸加0.1mm方式配置之2 种模型厚0.20+0.001mm的黃銅板或者不銹鋼板. (2)銅張積層板(80×60 ×1.6mm) (3)空氣循環式加熱爐(加熱溫度:200℃以上) (4)砂紙(600番) (5)異丙醇null(11).坍塌性試驗—(說明) 測試方法: (1)用砂紙研磨銅張積層板,用異丙醇清洗; (2)將鋼板置放在銅張積層板上,使用適當的刮刀(squeegee)來印刷錫膏,然後拿開鋼板; (3)在空氣循環加熱爐中,將印刷過的試驗板加熱1分鐘.共晶焊錫時為150℃,低融點焊錫時為比固相線溫 度低10℃; (4)2種模型的5列之中,測定記錄所印刷的焊錫膏全體不會變成一體的最小間隔. 判定標準: 在2种模型中的5列,所印的焊錫膏全體不會變成一體的最小間隔. (12).銅鏡試驗—(說明) 目的:利用銅鏡是否有透光或顏色消失來檢測助焊劑對真空蒸鍍成的銅鏡的侵蝕性. 測試方法:將約0.05ml的助焊劑溶液滴於銅鏡上,並且將銅鏡置於濕度為23±2℃及相對濕度為50±5%RH 試驗箱中,放置24小時; 判定標準:銅鏡的銅膜不能被除去而透光 a. 目的:利用鉻酸銀試紙的顏色變化來檢測助焊劑中氯、溴離子的含量; b. 規範標準:依據參考J-STD-004之3.2.4.2.1,IPC-TM-650之2.3.33 測試方法:將錫膏當中的助焊劑萃取後,再把一滴助焊劑溶液滴於51mm×51mm的鉻酸銀試紙,約過了 10min後,觀察試紙上顏色的變化. 判定標準:試驗紙不能變為白色或白黃色.null(13).銅板腐蝕試驗—(說明) 目的:主要驗證助焊劑殘渣殘留在基板上是否會造成腐蝕的現象. 測試方法: 秤取0.3克錫膏置於銅板上. 將此試驗板置於220℃的加熱板上使焊錫熔化,熔化狀態下保持5秒鐘. 將此試驗板冷卻至室溫,然後再將此試驗板放在40℃,相對濕度90%的環境中放置96小時. 判定標準: 與室溫下儲存之比較用試驗板互相比較,其腐蝕性不會更為顯著. (14).表面絕緣阻抗(S.I.R)測試—(說明) 目的:確認錫膏回焊後的助焊劑殘留,是否有足夠的絕緣阻抗值. 測試儀器與材料:恆溫恆濕箱,絕緣抵抗計,梳型電路板. 測試環境條件: A.溫度40℃,相對濕度90% B.溫度85℃,相對濕度85%,168小時 測試方法: (1).試驗板之取得 a.焊錫膏的涂布方法 在梳形電極的重迭部的電極部,將與電極的線圖相合加工成條狀厚100μm的金 屬板,把錫膏平均印100μm的厚度. b.焊錫膏的溶融 放到設定150℃乾燥器內2分鐘,接著放在保持260℃熱板上,將錫膏溶融30秒(焊錫溶融 需能保持15秒以上).冷卻後,成為試驗片.印刷後及回焊後,用放大鏡確認試驗片有無塵埃附著,如有附著 時則用鑷子夾除.如有短路則丟棄.需選取三片良好試片進行測試;null(14).表面絕緣阻抗(S.I.R)測試—(說明) (2).恆溫恆濕箱之設定 a.對電極的配線,用同軸電纜線,在放入恆溫恆濕槽之前用DC100V,用絕緣抵抗計測各端子間的絕緣抵抗 值; b.設定Chamber的環境條件為40℃,90%R.H; c.於chamber中置放24小時後,利用100V DC電壓量測其阻值; d.施加一偏壓 +48V,於施加偏壓后第24、96、168小時,以一100V電壓量測試片阻值; 判定標準: 每個錫膏測試樣品皆取三片進行測試,並取各測定值的相乘平均值; 經過168小時之後,所有樣品皆須達到1×1010以上,才算通過. 附注說明:此項測試也可參照IPC規範中之IPC-TM-650之2.6.3.3法進行. (15).電子遷移測試—(說明) 目的:確認錫膏回焊後的助焊劑殘留,是否於電路間因高溫及高濕環境下形成漏電流,而隨著電子遷移 形成樹突狀細絲. 測試儀器與材料:恆溫恆濕箱,絕緣抵抗計,梳型電路板 測試環境條件:溫度40℃,相對濕度90%,1000小時 測試方法: (1).試驗板之取得 a.焊錫膏的涂布方法 在梳形電極的重迭部的電極部,將與電極的線圖相合加工成條狀厚100μm的金 屬板,把錫膏平均印100μm的厚度. b.焊錫膏的溶融 放到設定150℃乾燥器內2分鐘,接著放在保持260℃熱板上,將錫膏溶融30秒(焊錫溶融 需能保持15秒以上).冷卻後,成為試驗片.印刷後及回焊後,用放大鏡確認試驗片有無塵埃附著,如有附著 時則用鑷子夾除.null(15).電子遷移測試—(說明) (2).恆溫恆濕箱之設定 a.對電極的配線,顧慮凝集水滴不會滴落到梳形板的模型上,順依4.(1)所示之條件,交試驗片放入所設定之 乾淨的恆溫恆濕槽,在電極間印加電壓DC45~50V; b.在試驗片投入恆溫恆濕槽後1000小時,自槽內取出用放大鏡(20倍以上)確認遷移情況 判定標準: 每個錫膏測試樣品皆取三片進行測試,用放大鏡如看到一極往另一極生成樹枝狀的金屬的話,即可判定 有遷移發生; 附注說明:此項測試也可參照Bellcore Standard中之Bellcore TR NWT-000078之13.5.1法進行.並確認最後 的阻抗值(500小時)是否大於十分之一的96小時阻抗值,並檢視PCB板有否生成樹枝狀的金屬現象發生. B.可靠度測試工程 在經過以上有關焊接原材料的信賴性測試並且進一步進行試產的動作之後,接續下來的便是要進行焊 接點的可靠度測試的工程,在此我方建議針對成品的可靠度測試的項目如下:null3.助焊劑的認證 A.助焊劑的作用 FlUX的作用: 1.去除母材和焊料上的氧化物 2.熱過程中防止母材和焊料再度氧化 3.降低纖焊料表面張力,促進擴散和潤濕 4.傳遞熱量 FlUX的必要條件: 1.活化溫度要比焊料的熔點低 2.表面張力,粘度和比重都要比焊料小 3.生成的殘渣要容易去除 4.對母材及焊料無腐蝕性 5.不產生毒氣和臭味 B.助焊劑的組成成分 添加劑: 增光劑(光亮劑)、消光劑、緩蝕劑、阻燃劑、調和劑、防氧化劑 活性劑: 1.去除氧化,提高待焊金屬表面能力 2.分為有機活性劑和無機活性劑nullB.助焊劑的組成成分 溶劑: 對焊劑中固體成份均有較好的溶解性,常溫下揮發程度適中,焊接時能迅速揮發掉,毒性小氣味小. 松香: 傳統助焊劑,在濕熱條件下長期放置,松香容易發白.所以,人們采用添加活性物質和改性辦法來擴大它的 使用範圍.氫化松香、蒎酸、松香胺、聚合松香、歧化松香、馬來松香. 成膜物質: 形成一層緊密的膜以保護焊點和基板,具有一定的防腐蝕絕緣性能. 松香、酚醛樹脂、酸性丙烯樹脂、氯乙烯樹脂、聚氨脂的樹脂等均可成膜. 焊劑的物理作用: 1.降低錫鉛焊料的表面張力的作用 2.在焊接過程中傳遞熱量 3.在焊接過程中,焊劑能防止由於加熱而使得焊料和被焊金屬再氧化的作用,改善焊接條件,克服虛焊、 假焊和任何不良焊接的產生.同時,焊好後,焊劑殘渣形成保護膜,覆蓋焊點不被周圍的氣體對焊點發生 腐蝕作用. null焊劑的分類: 1.狀態(液體、糊膏態和固態) 2.用途(涂刷用、噴涂用和浸漬用) 3.腐蝕類(腐蝕性、非腐蝕性) 4.活性物質(松香有機酸系統、有機胺鹵化物系統、水溶性乙醇系統、無機物系統等) 5.化學成份(無機系列焊劑、有機系列焊劑、樹脂系列焊劑) 6.活化性大小 7.按溶劑分(Voc、Voc-free) C.助焊劑選型中的問題 活性太多或太強. ->殘留物過多、表面絕緣電阻降低 ->使用過程中的腐蝕問題 活性物質太少或太弱 ->助焊能力強 D.無鉛助焊劑認證要點 1.具有與無鉛焊料合金配合的優秀的助焊能力; 2.性能穩定; 3.具有良好的化學相容性; 4.組裝缺陷少(橋連、錫珠),工藝窗口大; 5.殘留物要少,能通過絕緣電阻測試; 6.適當考慮環保的要求(溶劑的環保性和免清潔工藝) (注意助焊劑與PCB表面鍍層工藝的配合)nullE. 助焊劑認證測試要點 腐蝕性測試 酸值測定、潮濕性測定、耐鹽霧性能測定、含氯量的測定、吸潮性測定、不粘著性測定 電氣性能測試 表面絕緣電阻SIR和表面絕緣強度測定、水溶性電阻測試 安全環保測試 環境使用安全性測定 4.輔料的專利問題 全球已有超過150個無鉛焊料的相關專利,因此,選擇某種無鉛焊料合金必須謹慎進行,使用專利合金要 支付適當的特許費用.大多數無鉛焊料的金屬組合已經獲得專利. SnAgCu合金最常見的專利包括: 愛荷華州立大學研究基金(ISURF)美國專利號5,527,628涵蓋了SnAg(3.5-7.7)Cu(0.9-4.0)合金; 千住/松下日本專利號JP302744涵蓋了SnAg(3.0-5.0)Cu(0.5-3.0)合金 Oatey公司的Safe-Flo合金,含量是96.0Sn/2.5Ag/1.0Bi/0.5Cu,包含在專利4,879,096中; AIM研製的CASTIN銅銻銀錫基於無鉛焊料合金,其組成為:Sn96.2,Sb0.5,Ag2.5,Cu0.8,包含在AIM 公司的專利5,525,577及相關專利5,352,407. 某些合金由於是使用歷史已經很長而沒有專利保護,可以不需要特許使用,意味癲無論焊料生產商還是 使用者均不需要支付專利費用. SnAg、SnCu 、SnSb 、SnIn 、SnBi和SnZn合金 SnAg3.0Cu0.5以及SnAg4.0Cu0.5(與具體應用相關)null無鉛PCB的認證 1.歐盟RoHS & WEEE指令對無鉛PCB要求 無鉛PCB必須滿足歐盟RoHS(Restriction of the use of certain Hazardous Substances in electrical and electronic equipment)2002/95/EC指令和《電子信息產品生產污染防治管理辦法》的規定,從2006年7月 開始禁用六種物質(鉛、鎘、六價鉻、水銀、PBB(多溴化聯苯) 、PBDE(多溴聯苯醚).規定該六種物質 含量要求如下,其中PCB板主要檢測項目包括:PCB基材、阻焊、絲印、銅皮等. a) PCB板焊接及焊接電鍍的鉛的含量須小於1000ppm; b) PCB板上隔及其化合物的含量須小於100ppm; c) PCB板上六價鉻及其化合物的含量須小於1000ppm; d) PCB板上汞(水銀)及其化合物的含量須小於1000ppm; e) PCB板上的PBB、PBDE的含量須小於1000ppm. 2.無鉛PCB的無鹵素要求 PCB用到的環氧樹脂板料中的阻燃劑大多數是采用溴化環氧樹脂,如四溴雙酚A、4-4’-異丙基(2.6,二溴 苯酚)、三溴苯酚等,它們同樣是含溴化合物,根據JPCA-ES-01-2003的定義,其中當氯、溴的含量低於 900ppm,氯及溴的含量低於1500ppm的特料稱之為無鹵素材料.null3.無鉛PCB的試驗認證 A. 無鉛PCB的可焊性測試 使用測試:推薦使用可焊性測試儀MUST-Ⅱ 試驗板:金屬化孔和SMT焊盤 試驗方法: 1.試樣浸入助焊劑中至少保持1min,注意除去金屬化孔內的氣泡,取出,垂直放置以便流掉多余焊劑; 2.當焊料溫度穩定後,將試樣裝入測試夾具中,安裝到可焊性測試儀上,進行自動測試.對A.1圖形試樣采用 剖切孔的方法,用250倍顯微鏡觀察金屬化孔內的潤濕狀態. B. 無鉛PCB的可焊性測試Con’t 可焊性評定 導電圖上的焊料涂層應平滑、光亮,潤濕良好.針孔、不潤濕或半潤濕等缺陷的面積不應超過總面積的 5%,並且這些缺陷不應集中在一個區域內. C.板翹和板扭測試 使用設備:大理石測試平臺,孔針(PIN GAUGES) 評判標準: 板翹百分率:孔針直徑/X×100<1% 板扭百分率:孔針直徑/Y×100<1%nullD. 熱應力試驗 試驗方法: 具有HDI結構的印制板(含OSP表面處理PCB)應該根據IPC-TM-650,2.6.8測試條件B的方法來進行前處理 和測試.循環次數應該為5次(除非限制內層板的循環次數的接受標準).測試要求:288±5℃,10~11S,5次. 試驗設備/儀器的名稱:秒表、恆溫烙鐵 測試步驟: a.將試樣用無水乙醇清洗後,用105℃烘板60min,冷卻至室溫; b.在288℃的錫爐內漂錫10秒,5次後取出,冷卻、清洗並晾干後觀察 評判標準:無分層、起泡、裂紋等異常 E.非電鍍孔或表面封裝焊盤附著力強度測試 根據IPC-TM-650,2.4.21.1進行對表面封裝焊盤附著力強度測試. 對於非電鍍孔,焊接和拉力測試PAD面積的計算方法與IPC-TM-650 2.4.21.1相同,但是不包括孔所占的 面積. 應該根據以上的程序測試最少3個非電鍍孔和表面封裝焊盤,至少應承受2kg或kg/cm2的力. F.阻焊層附著力強度測試 試驗板選擇:可使用長為25.0±1.0cm,寬為12.5 ±0.50cm的試驗板或者成品板 試驗方法:在試樣上貼上2inch“3M”牌0.5inch寬的膠帶,用手輪或工具排出所有的氣泡,使膠帶完全覆蓋在 度樣上.以與試樣成90°的力急速剝離膠帶,貼上膠帶到撕下膠帶的時間間隔不超過1分鐘.重複三次,每次 都必須使用沒有用過的膠帶.nullG.阻焊層附著強度試驗Cont’d 評定方法: 采用試驗圖形時,應計算被膠帶粘蓋總表面積,然後再評定被粘下的阻焊層面積.按下式計算導體上阻焊 層的脫落百分比. 脫落百分比=(留在導體上的阻焊層面積/被測導體總面積)×100% 基材上阻焊層脫落百分比也可以使用上式. 阻焊膜油墨被剝下應符合下表的要求: H.阻鍍層附著力試驗 試驗方法: 金屬與金屬的附著力:鍍層附著力的測試應該根據IPC-TM-650,2.4.1,用不曾使用過的1/2英寸寬2英寸長 的3M牌600號膠帶,牢固地貼在待試的鍍層上,用膠輥排去氣泡,然後用手垂直撕起膠帶脫離線路圖形. 金屬及介質層附著力:如果不是用於基板的証明標準可以根據IPC-TM-650,2.4.8進行拉力測試.膠帶及測 試頻率應該在采購文件中指明. 介電層對Core的附著力:根據IPC-TM-650,2.6.8.1進行熱應力測試. I.阻鍍層附著力試驗Cont’d 評判標準: 金屬與金屬的附著力:膠帶上應該沒有的鍍層顆粒或導體圖形被撕起,沒有鍍層顆粒或圖形附在膠帶上. 如果有懸著的金屬絲(銀絲)脫離且附在膠帶上,這不是明顯的鍍層附著力失敗. 金屬及介質層附著力:拉力強度需不低於0.9kg/cm. 介電層對Core的附著力:板上沒有明顯的爆板或起泡. nullJ.表面絕緣電阻 測試方法:用如下的圖形樣板作為試驗板,試樣應清潔,無指紋、灰塵等任何沾污,在涂阻焊膜之前進行. 試驗條件: 溫度:23±1℃;相對濕度:48%~52%;氣壓:86kPa~106kPa. 儀器:測量範圍不低於1015Ω的高阻計或其它合適的測量儀器,誤差應小於10%. K.表面絕緣電阻Cont’d 評定值: 正常試驗大氣條件下,玻璃纖維層壓板,加500V(DC)測試電壓,其絕緣電阻應大於5×108Ω. 濕熱(溫度:50℃,相對濕度:90%)四天後,加500V(DC)測試電壓,其絕緣電阻應大於1×108Ω. L.清潔度(離子)污染 應按照IPC-TM-650方法2.3.25的4.0溶劑萃取液電阻進行試驗.其他等效方法可以替代規定的試驗方法, 但是,應能證實等效方法具有相同或更好的靈敏度,而且所使用的溶劑具有與上述規定溶劑一樣的溶解 焊劑殘余或其他污染物的能力. 施加阻焊層前的清潔度:當PCB板需要永久性阻焊層涂層時,施加阻焊層涂層前的未涂覆印制板的離子 及其他污染應在允許限度內,且污染物水平不應超過相當於氯化鈉1.56μm/cm2 施加阻焊層、焊料或替代的表面涂覆後的清潔度:設計文件的要求 內層氧處理後層壓前的清潔度:設計文件的要求 nullL.清潔度(離子)污染 特殊要求: 出氣:根據IPC-6012、IPC-6013等標準相應章節評估出氣; 有機污染:根據IPC-6012、IPC-6013等標準相應章節評估有機污染; 耐霉性:根據IPC-6012、IPC-6013等標準相應章節評估耐霉性; 振動試驗:根據IPC-6012、IPC-6013等標準相應章節評估振動試驗; 機械振動:根據IPC-6012、IPC-6013等標準相應章節評估機械振動試驗; 阻抗測試:根據IPC-6012、IPC-6013等標準相應章節進行阻抗測試 4.無鉛PCB的包裝儲運要求 無鉛PCB需要真空包裝,有無鉛標誌,且與其他PCB分開保存. 無鉛PCB的保質期: 無鉛PCB的烘烤: 噴錫板允許烘烤次數≦2次; 沉金板允許烘烤次數≦1次,最好不要烘烤; 其它涂覆類型的印制板(如OSP表面處理)不得重新烘烤. null5.無鉛PCB的板材選擇 常用的PCB板材料: 紙基印制板 玻璃布基印制板 金屬基印制板 陶瓷基底印制板 復合材料基印制板 各种板材的比較 最常用的基材為FR-4 介電常數(εr)越低,傳輸速度越快,特性阻抗越高.環氧樹脂(FR-4、FR-5) 聚四氟乙烯(PTFE)樹脂 聚鹹亞胺(PI)樹脂 BT樹脂高Tg板材的範圍null5.無鉛PCB的板材選擇 基材性能比較 6.無鉛PCB的表面處理 無鉛熱風整平Lead Free HASL 1.非常好的可焊性 2.需要考慮的問題:製造總理比較多(共面度的影響)、價格、製造設備的影響 有機表面處理OSP 較高的可靠性,並且有可以批量生產的能力. 浸銀Immersion Ag 1.非常好的可焊性 2.好的抗腐蝕性 3.非常好的接觸電阻 null浸銀Immersion Tin 1.較好的可焊性 2.對於壓接會比較適合 3.綠油的兼容性會有問題 鎳金ENIG 1.長期穩定的表面處理 - 非常好的接觸電阻 2.不穩定的焊點強度,比如由“黑盤”引起的一些問題 無鉛PCB表面處理推薦對於手機板單板,建議采用OSP+ENIG的表面處理*ENIG易出現“黑盤”問題, 適合沒有BGA/CSP面陣列 器件的板null無鉛的轉變對PCB表面處理的影響20032007null無鉛元器件認證 1.無鉛元器件的包裝及存儲期限標準 A. 無鉛元器件包裝外觀要求 無鉛元器件需要供應商應提供與無鉛對應的規格型號,並在元器件的包裝上有相關的“LEAD(Pb)-FREE” 說明標識或類似標識,如“ ”等. JEDEC推出的標準(package to board) 《Marking ,Symbols,and Labels for Identification of Lead(Pb) Free Assemblies,Components and Devices》進行無鉛元器件的包裝進行了規定,參見下表:nullB. 無鉛元器件運輸和存儲環境條件要求 無鉛無器件運輸的存儲環境應符合下表要求,表面貼裝和插件的要求相同. 存儲期限要求: 通常要求存儲期為2年,至少為1年(此為元器件在庫房存放時間).在存儲期內,產品需要滿足可焊性要求. 在相對濕度15%~70%,溫度-5℃~40℃環境條件下,包裝後儲存期限要求應最小保證1年正常的可焊性. 注:對於壓敏、熱敏電阻存儲期限要求至少為6個月,通常要求為1年. 2.潮濕敏感要求 A. 無鉛元器件潮濕敏感等級定義 無鉛無器件資料中應指出潮濕敏感等級,以便確定防潮 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ,常見的塑封器件為:SOJ,SOIC,PLCC,PQFP, TQFP,PBGA,TSOP等,下頁列出了器件潮濕敏感等級要求,具體可參考如下標準:IPC-J-STD-020、 IPC-J-STD-033 、IPC-9503 、IPC-SM-786AnullB. 包裝防潮性能要求 潮濕敏感等級為2級以上的器件應采用防潮、防靜電包裝真空包裝,且必須在包裝袋內加乾燥劑,同時,需 在包裝袋上注明該器件屬於潮濕敏感器件和潮濕敏感等級、警告標籤和包裝袋本身密封日期的標籤. 具體如下表: C.無鉛元器件潮濕敏感等級定義—附表 潮濕敏感等級—無鉛無器件要求(Moisture Sensitivity Level for LEAD FREE)null3.防靜電要求 A.靜電敏感等級 無鉛元器件防靜電要求等同於有鉛元器件,供應商應在提供相關的說明資料,具體可參考:EIA-625. 下表為具體的敏感等級: B.防靜電要求 無鉛元器件應采用防靜電材料包裝靜電敏感器件,且要在包裝上標注有防靜電標識,同時,注明該器件 的靜電敏感等級或靜電敏感電壓. 對於防靜電要求過於嚴格的器件,即靜電門限電壓在100V以下,一般建議不選用. 4.引腳/端子表面鍍層要求 A.常見的無鉛元器件引腳/端子表面鍍層 下表列舉了典型無鉛元器件引腳/端子表面鍍層要求nullB.無鉛元器件電極和鍍層厚度要求 無鉛元器件供應商應提供無鉛元器件引腳/端子表面最外鍍層說明和檢查報告. 常用的無鉛元器件鍍層厚度要求見下表: C.SMT耐焊接溫度要求 采用回流焊接工藝的所有元器件(表貼器件、插裝器件等),封裝本體峰值溫度必須滿足下表要求: *最簡單的評估方法:260℃,10s