00095-无铅焊料技术讨论会教材.pdf

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1、无铅焊料计划技术部会 无铅焊料技术学校 无铅焊料技术讨论会教材无铅焊料技术讨论会教材 无铅焊料技术讨论会教材无铅焊料技术讨论会教材 序言序言 松下电器集团, 作为指向与地球共存的工作, 2002年度比世界早一步推进对全商品导入无铅 焊料。首先为了集中全力有效地完成目标, 进一步为了把它的实际知识广泛普及展开于世界, 开 设学习, 实证的场所的 松下电器集团, 作为指向与地球共存的工作, 2002年度比世界早一步推进对全商品导入无铅 焊料。首先为了集中全力有效地完成目标, 进一步为了把它的实际知识广泛普及展开于世界, 开 设学习, 实证的场所的“技术学校技术学校”。 有五千年历史的锡铅共晶焊料使

2、用于所有电子机器, 支持了今天的惊人的进展。并且成为关 于一切安装的准则。 正因为如此, 不含铅的焊料的开发实用化是, 相当于改造制造工作的历史, 所以全世界的 。 有五千年历史的锡铅共晶焊料使用于所有电子机器, 支持了今天的惊人的进展。并且成为关 于一切安装的准则。 正因为如此, 不含铅的焊料的开发实用化是, 相当于改造制造工作的历史, 所以全世界的 “产官学产官学”都致力于这工作。还有, 代表性的无铅焊料, 具有熔点高, 易于氧化等的特性, 比锡铅 焊料要求严峻的制造条件, 质量管理。 可是, 本公司的先行事例中的很多事例, 通过综合地重新考虑从工作方法至制造的制造工作, 全力以赴, 反为

3、提高了质量。本校的目标是, 通过活用, 进化这工作态度, 实际知识, 有效地解 决无铅焊料的课题, 并且谋求强化制造工作。 无铅焊料技术以安装技术为基础、 由固有的材料, 工作法, 设备, 设计, 质量管理等的综 合的技术构成。而且在技术上有未确立, 日新月异的一面。因此, 本校注力于创造不只从事直接 导入, 安装的技术, 制造有关人员, 连设计开发, 质量管理, 资材, 服务及其他所有有关专门领 域, 职责的人员都能够活用的课程和教材。 我们希望各位通过对无铅焊料导入, 体系地, 实践地学习, 实习从必需的基础至专门知识, 应用事例, 有益于推进导入, 强化制造工作。 都致力于这工作。还有,

4、 代表性的无铅焊料, 具有熔点高, 易于氧化等的特性, 比锡铅 焊料要求严峻的制造条件, 质量管理。 可是, 本公司的先行事例中的很多事例, 通过综合地重新考虑从工作方法至制造的制造工作, 全力以赴, 反为提高了质量。本校的目标是, 通过活用, 进化这工作态度, 实际知识, 有效地解 决无铅焊料的课题, 并且谋求强化制造工作。 无铅焊料技术以安装技术为基础、 由固有的材料, 工作法, 设备, 设计, 质量管理等的综 合的技术构成。而且在技术上有未确立, 日新月异的一面。因此, 本校注力于创造不只从事直接 导入, 安装的技术, 制造有关人员, 连设计开发, 质量管理, 资材, 服务及其他所有有关

5、专门领 域, 职责的人员都能够活用的课程和教材。 我们希望各位通过对无铅焊料导入, 体系地, 实践地学习, 实习从必需的基础至专门知识, 应用事例, 有益于推进导入, 强化制造工作。 讨论会教材 目次讨论会教材 目次 第1章 无铅焊料概要第1章 无铅焊料概要 无铅焊料是什么? 为什么要无铅焊料? 松下电器的工作 无铅焊料是什么? 为什么要无铅焊料? 松下电器的工作 第2章 焊接的基础第2章 焊接的基础 焊接的机制 焊接工序, 不妥 焊接的机制 焊接工序, 不妥 第3章 无铅焊料的导入步骤和工作第3章 无铅焊料的导入步骤和工作 导入步骤 焊料选定 基板设计 零件选定 材料工序 导入步骤 焊料选定

6、 基板设计 零件选定 材料工序 第4章 浸流工序 第5章 软熔工序 第6章 软熔浸流混载工序 第7章 局部加热工序 第8章 质量可靠性评价方法 课题解决演习 第4章 浸流工序 第5章 软熔工序 第6章 软熔浸流混载工序 第7章 局部加热工序 第8章 质量可靠性评价方法 课题解决演习 现行焊料现行焊料 锡(Sn)锡(Sn)铅(37Pb) 使用于全电子机器 铅(37Pb) 使用于全电子机器 无铅(Pb)无铅(Pb)焊料焊料 锡(Sn)锡(Sn)无害金属 2002年度 全世界、全商品 无害金属 2002年度 全世界、全商品 不含铅焊料不含铅焊料 无铅焊料是什么?无铅焊料是什么? 第第第第1 1 1

7、1章章章 章 无铅焊料概要无铅焊料概要无铅焊料概要无铅焊料概要 铅(Pb)的含量(质量%)如下的叫无铅焊料。 系Pb含有质量% ISO9453软焊料合金JIS Z 3282焊料 组 成Pb含有质量%组 成 Sn-5Sb 60W烙铁 4秒/点 背部凸起 不足 研模 60WLD 2.3秒/点 凸起良好 角状物 光束 软光束局部加热焊料的例子软光束局部加热焊料的例子 熔点高 Sn成分多 无共晶 提高烙铁头温度 迅速冷却凝固 凝固温度有范围限制 缩短焊剂的活性时间 外表不平滑，容易形成角状物 凸起部分产生缩孔 烙铁头寿命短(是原来的1/21/3) 焊料润湿不良， 焊料容易发生桥接 凸起形成不良 焊剂或

8、焊珠容易飞散 容易引起部分热损伤 烙铁头的铁镀层容易引 起氧化、腐食 1.烙铁头的设定温度不能太高也不能太低370 10 2.减少烙铁头的温度变化使用供热量大的烙铁(80W左右) 附带响应迅速的温度控制功能 3.迅速进行手工作业限制在3秒钟以内。长时间加热会损伤零件 4.堆焊的程度不得超过必要范围凸起部分过大将会产生缩孔 5.用热板或热风预热基板5060 6.准备长时间(例如30分钟)不使用烙铁时，应擦除 脏物，用新焊料润湿端头，然后切断电源。 防止氧化 手工焊接工序(质量课题和对策)手工焊接工序(质量课题和对策) 手工焊接工序(质量课题和对策)手工焊接工序(质量课题和对策) 选定钎焊烙铁选定

9、钎焊烙铁 焊料材料焊料材料 铬镀层 如上述所示，附带温度控制功能 焊料镀层 推荐的钎焊烙铁 铁镀层(250300m) 烙铁头断面烙铁头断面 希望使用跟原来焊接(浸流、软熔)相同的材料，不过当加工现场使用各种基板时或 者使用焊料材质不明的基板时，使用下表中的任何一种的话都不会影响实际使用。 Sn-Zn系在作业性、耐环境性方面不太理想。 推荐使用的手工焊接用丝状焊料 铜棒部 厂家产品编号 白光(株)937系列 941系列 (株)Japan Unix107系列 材质厂家产品编号线形 Sn-Ag-Cu千住金属工业M7050.3、0.6、1.0 Nihon GenmaNP303 Sn-CuNIHON S

10、UPERIORSN-100C-1010.3、0.4、0.5、0.6、0.8、1.0 无铅焊料是属于一种新技术，因此在导入时应该充分评价确认质量无铅焊料是属于一种新技术，因此在导入时应该充分评价确认质量? ?可靠性，这 是绝对必要的。 可靠性，这 是绝对必要的。 第第第第8 8 8 8章章章 章 质量质量质量质量可靠性可靠性可靠性可靠性评价方法评价方法评价方法评价方法 焊接完成 (润湿、露出铜板、桥接、焊料球、空白、 裂纹、缩孔、拉起等) 安装精度(错位、立碑) 接合强度(初期状态) 接合部可靠性 (机械性疲劳、热疲劳、低温脆性、耐蚀性) 离子迁移 晶须 零件的热破坏、热劣化 焊料组成变化 零件

11、电极镀层 材料变化 焊接温度变化 外观观察 断面观察 剪切试验 拉伸试验 冲击、振动、弯曲、 蠕变、热冲击、 高温搁置、低温搁置、 腐蚀试验 结露循环试验 高温高湿试验 零件耐热试验 无铅焊料的变化情况无铅焊料的变化情况必须评价的质量项目必须评价的质量项目试验评价方法试验评价方法 检查检查? ?试验试验检查检查? ?试验装置试验装置对象质量缺陷对象质量缺陷 外观检查肉眼 放大镜 显微镜 润湿上升、露出铜板、桥接、角状物、 焊料球、气泡、裂纹、缩孔、拉起 透视检查X线检查装置BGA?CSP等的未接合、空白 断面检查 显微镜 +切断机、研磨机 裂纹、缩孔、拉起、缩孔空白、 界面组织粗大化、偏析 接

12、合强度检查试验、弯曲拉压试验机 落锤式冲击试验机 蠕变试验机 接合部剪切强度、剥离强度 蠕变载荷 疲劳检查 热变形疲劳 机械变形疲劳 热冲击试验机 接合强度试验机 振动试验机 微小剪切试验机 反复变形造成接合强度下降 温度湿度试验机 高温搁置 高温高湿 低温搁置 温度试验装置(恒温槽) +接合强度试验机 高温下的结晶粗大化 偏析造成接合强度下降 晶须、迁移 低温脆性 腐蚀试验 盐水 腐蚀性气体 风化试验机 气体燃烧室 焊料的腐蚀 接合质量的检查接合质量的检查? ?试验方法试验方法 外观检查外观检查断面检查断面检查非破坏检查非破坏检查 接合质量的确认接合质量的确认?检查例子检查例子 使用显微镜

13、(45旋转透镜等) 倍率: 50300 拉起, 裂纹, 缩孔, 湿润上升等的确认 (缩孔) (拉起) 使用显微镜 (金属显微镜透镜) 拉起, 裂纹, 缩孔, 空白等的断面上的 观察。 (裂纹, 空白) (拉起) 使用微焦点 X-ray检查装置 倍率: 14200 空白的确认 (装置外观) 空白 (根据EIAJ-ET7403、IEC60068-2-21)(根据 EIAJ-ET7403、IEC60068-2- 21) 用尖端0.5R的刀具，以0.5mm速度平行于基板地压向芯片 零件长边的中心部，测量接合部剥离破坏时的载荷。 用端头230R的加压棍，以1mm/s速度压向自由支点之间 90mm焊接着零

14、件的基板中央，使其翘曲3mm，再缓慢地 恢复原状。然后，用放大镜观察或利用电阻变化，检 查是否发生裂纹。 移动通信设备等对基板施加扭转弯曲应力的产品， 要施加符合实际使用情况的载荷，检查是否发生裂纹。 还没有正式的试验规格。试验机例子 AIKOH Engineering生产 Model 1840 剪切试验剪切试验基板弯曲试验基板弯曲试验 基板扭转试验基板扭转试验 接合强度评价方法(方形芯片零件例)接合强度评价方法(方形芯片零件例) 加压刀具尖端 试样 试验用基板 加压刀具 宽度 厚度 加压棒 F(加压)加压刀具 试验台 支承辊 评价QFP/SOP评价QFP/SOP评价通孔零件(插装零件)评价通

15、孔零件(插装零件) 将拉引夹具挂钩挂在 QFP的1根引线上，跟 基板成45的方向， 以50mm/s速度拉引， 读取最大载荷。 垂直于基板方向，在不施 加任何冲击的情况下，以 固定速度拉引引线，读取 焊接部脱离时的载荷。 试验装置例子 RHESCA公司生产 Pull Tester Model PRT-01 引线悬吊砝码，以一定的 载荷拉引，测量到脱离时 所需的时间或者测量在一 定时间内的位移。要在设 想实际使用情况的温度下 进行。 相同于焊料接合强度评价方法(1)。 拉引剥离试验(剥皮试验)拉引剥离试验(剥皮试验) 基板弯曲试验、基板扭转试验基板弯曲试验、基板扭转试验 引线拉拔试验引线拉拔试验

16、蠕变试验蠕变试验 45 基板电极 50mm/s 拉引夹具 焊料 试验台 基板(FR4) QFP 接合强度评价方法(带引线零件的例子)接合强度评价方法(带引线零件的例子) 引线 基板 砝码 焊料 焊料接合部破坏的最大原因之一就是，使用环境或反复 接通电源/切断引起急热急冷造成了基板、零件、引线、 焊料等的热膨胀系数差异，因而发生裂纹。 热冲击试验系通过反复激烈地升降槽内温度，对放入的 试样施加热疲劳进行试验。它作为一种寿命评价试验方 法被广泛地使用着。 无铅焊料缺乏实际的试验数据，因此希望尽可能反复 进行，取得数据。 目标 日常用品 5001,000次 车载品 1,0003,000次 t 时间

17、t t1t2t1 TB TA JIS C0025松下推荐的条件 t13h、2h、1h、30min，10min30min t223min23min t t 10的以内t 10的以内 TB70、85、100、125155285、1252 TA-10、-25、-40丄-553-403 试验目的试验目的 温度设定温度设定 反复循环数反复循环数 评价项目方 法 是否发生裂纹、晶界空白 观察外观、观察切断断面 接合强度拉伸试验、剪切剥离试验 连接电源测定电阻值 质量评价方法质量评价方法 热冲击条件 -40/85、3,000次以后 零件和镀层 焊料和焊接方法 SnPb软熔 浸流 SnAgCu软熔 浸流 Sn

18、AgBiIn软熔 SnCu浸流 R1608QFPC1608 SnPbSnBiSnPbSn SnPbSn 断面评价(是否发生裂纹)例子断面评价(是否发生裂纹)例子 无裂纹或10m以下 100m以下的裂纹 超过100m的裂纹 热冲击试验热冲击试验 槽 内 温 度 评价商品使用环境或动作发热温度较高时，焊料接合部发生的结晶粗大化、金属间化合物 和空白的成长等原因造成接合部强度劣化的可能性。 在85、125或150条件下，搁置保持，每500小时、1,000小时、2,000小时评价下列 项目。温度是根据此商品焊接部到达的温度来选择的。 判断方法 放大镜或工具显微镜 不得有显著的裂纹或拉起 金属显微镜或扫

19、描式电 子显微镜 不得发现接合界面金属间化合物显著成长 试验工具测定剥离强度，不得明显地低于初期值 (例如50以上)。 断面 接合强度 使用的检测器评价项目 外观 试验目的试验目的 标准试验条件标准试验条件 评价项目和判断方法评价项目和判断方法 高温搁置试验高温搁置试验 目的目的目的目的 1.检查电路板和零件的耐蚀性。 2.检查是否出现晶须。 (所谓晶须，指的是一种金属的针状结晶，长时间成长后将会 穿破邻近零件的涂层，造成短路故障。无铅对应零件的引线 也是100地镀Sn，容易产生晶须。) 试验调查在基板面的结露后，焊接区之间是否发生离 子迁移。 迄今为止，还没有报告指出采取无铅焊接后容易发生

20、离子迁移的现象，无铅焊料缺乏实际的试验数据，因 此希望通过试验加以确认。 试片试片 焊接后，粘附着焊剂的供实际使用的基板焊接后，粘附着焊剂的供实际使用的基板 试验条件试验条件试验条件试验条件 (上述数据仅只是松下电器使用得最多的条件而已， 请按各种产品要求的可靠性条件加以决定) (上述数据仅只是松下电器使用得最多的条件而已， 请按各种产品要求的可靠性条件加以决定) 评价方法评价方法评价方法评价方法 跟左侧的恒温恒湿试验相同。 恒温恒湿试验恒温恒湿试验结露循环试验结露循环试验 外观观察 电气特性端子间不得发生短路或绝缘不良。 用20倍以上的放大镜观察，不得发现引线 上出现晶须、端子间有树枝状金属

21、生成物 (树枝状结晶)。 25、90%RH 保持20分钟 5、60%RH 保持20分钟 额定电压 100或200次以上 高温侧条件 低温侧条件 通电 反复次数 温度 60 湿度 9095%RH 通电 施加额定电压的重复性高 时间 500小时或1,000小时以上 恒温恒湿试验、结露循环试验恒温恒湿试验、结露循环试验 试片试片 技术展开技术展开技术展开技术展开( ( ( (技术学校技术学校技术学校技术学校) ) ) ) 世界最先进水平的生产秘诀综合性学习手段 世界最先进水平的生产秘诀综合性学习手段 包括基础研究讨论会技能实习，实践内容丰富充实 包括基础研究讨论会技能实习，实践内容丰富充实 分成3个

22、据点、世界首创的无铅焊料技术学校 分成3个据点、世界首创的无铅焊料技术学校 ?导入规格书 ?研究讨论会教科书?无铅焊料用开发设备、检测机器 据点(开学)据点(开学)生产技术本部 （2000/6）生产技术本部 （2000/6）MASTEC（2001/4）MASTEC（2001/4）藤泽FC （2001/12）藤泽FC （2001/12） 公司内(事业部) 听课者 共荣公司听课者 公司内(事业部) 听课者 共荣公司听课者 总计94(事业部) 259名 9家公司 22名 总计94(事业部) 259名 9家公司 22名 总计19(事业部)60名总计19(事业部)60名总计17(事业部) 61名 13家

23、公司 23名 总计17(事业部) 61名 13家公司 23名 主要内容主要内容 共荣公司公开技术学校 截止8月举办过2次 共荣公司公开技术学校 截止8月举办过2次 8/16举办研究讨论会 新加坡、马来西亚 10家公司19名出席 8/16举办研究讨论会 新加坡、马来西亚 10家公司19名出席 9/46 举办第3次 (7家共荣公司13名听课) 9/46 举办第3次 (7家共荣公司13名听课) ? ?支援韩国LG电子技术(接受空调机公司、电住公司的生产委托业务) 10/13支援韩国LG电子技术(接受空调机公司、电住公司的生产委托业务) 10/13 ? ?中国技术学校开学(上海周边约10家公司) 10

24、/10、11中国技术学校开学(上海周边约10家公司) 10/10、11 努力奋斗，争取最高质量努力奋斗，争取最高质量? ?在全商品生产中推广使用在全商品生产中推广使用 便携MD(98年世界首次使用软熔工序生产的产品) 累计达230万台累计达230万台 工序废品率原来的1/2工序废品率原来的1/2 录像机基板 (99年世界首次使用浸流工序生产的产品) 累计达340万台累计达340万台 工序废品率原来的1/2工序废品率原来的1/2 导入世界首创的无铅焊料以来已经过了4年。从设计到生产，反复不断地进 行综合性再研究和改进，质量水平超过原来的标准。从而，今年开始争取在 全商品生产中推广使用。 导入世界首创的无铅焊料以来已经过了4年。从设计到生产，反复不断地进 行综合性再研究和改进，质量水平超过原来的标准。从而，今年开始争取在 全商品生产中推广使用。 头戴耳机立体声 系统 (230万台万台) DVC(摄像机) (100万台万台) SD卡 (230万 台 万 台) 吸尘器 (100万台万台) (120万台万台) 电冰箱 电饭锅 空调 数码复印机 移动电话 (300万台万台)