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1、焊錫一般訓練教材(1),日期:5/82000,焊錫介紹,介面合金共化物(Inter metallic Compound),廣義是指:某些金屬相互接觸之介面間會產生一 種原子遷移互動之行為, 組成一層類似 合金的化合物,稱為介面合金共化物. 狹義是指:銅錫、金錫、鎳錫及銀錫之間的共化物.,IMC之一般性質:, 在高溫焊接或重熔時才會生成,有一定的組成 及晶體結構,且其生長速度將與溫度成正比, 常溫中較慢,一直到出現金鉛阻絕層才會停止. 常具有不良脆性,將會損及焊點的機械強度及 壽命,其中尤其對疲勞強度為害最烈., 由於焊錫在介面附近的錫原子會逐漸移走,而 與底金屬組成IMC,使得該處的錫量減少,
2、相對 的使得鉛量之比例增加,以致使得焊點展性增 大及固有強度降低. 焊墊上原有的熔錫層或噴錫層,其與底銅之間 已出現“較厚”的IMC后,對該焊墊以后再續作 焊接時會有很大妨礙,也就是在焊錫性或沾錫 性上都會出現劣化的情形., 焊點中由於錫銅結晶或錫銀合金的沉殿,使得 該焊錫本身的硬度隨之增加,久之會有脆化麻 煩. IMC會隨時間變化而逐漸增厚,通常其已生長之 厚度與時間大約形成拋物線關系., 影響其焊錫性好壞的機理作用甚多,其中要點 之一就是表面能的大小. 凡底金屬之表面能大於焊錫之表面能時,則其 沾錫性將非常好,否則沾錫性會變差.,焊錫性與表面能之關系:, 底金屬表面能減去焊錫表面能而得到負
3、值時, 將出現縮錫,負值愈大則焊錫愈差,甚至造成不 沾錫地步. 新鮮的銅面在真空中的“表面能”可達1265達 因/公分,63/37的焊錫加熱到共融點並在助焊 劑之協助下,其表面能可達380達因/公分.,焊錫性與表面能之關系:,當熔融態焊錫落在清潔銅面上時,將會立即發生沾錫的焊接動作,此時也立即會有錫原子擴散到銅層中去,而銅原子也在瞬間同時擴散進入焊錫中,二者在交界面上形成Cu6Sn5的IMC,稱為n-phase(讀作Eta相),此種新生化合物中含錫之重量比約占60%.,錫銅介面合金化合物的生成:,焊錫在長時間老化中的各層次變化過程示意圖:,(a).最初狀態:n-phase Cu6Sn5生成,即
4、圖中之2部分. (b).錫分滲耗期:焊錫層3中的錫分會不斷的流失而滲向IMC 去組成Cu6Sn5,而銅份也會滲向原有的n-phase去組成新 Cu3Sn,即圖中之5. (c).多鉛之阻絕層:當焊錫層中的錫份不斷流失而去組成更厚 的IMC時,鉛含量比例增加,最后阻絕了錫的滲移. (d).IMC曝露期,“兩種錫銅合金IMC的比較表”,在各種不同條件狀況下IMC所生成及增長的厚度差異表:,助焊作用Fluxing(助焊劑Flux),1.利用一些具活性的化學品,如氯、溴之化合物 混入松香中,在高溫下把待焊的銅面或錫面予 以清除幹淨,以便外加的熔融焊錫能焊牢在板 子銅面上. 2. 錫膏中之Flux可在高溫
5、中對焊墊與零件腳等表 面的氧化物進行清除,在常溫中又保護之顆粒不 致氧化.,焊錫一般名詞說明,沾錫Wetting:被焊之金屬表面(如銅面)非常清潔 時(已除去氧化物),在高溫中將可接 納外來的焊錫,而立即形成良性的 IMC,產生“親錫”的作用,使得外 來的焊錫能在待焊面上呈現均勻的 流動與分布,這種良好焊點的外緣將 出現“很小”(75度以下)的接觸角, 此親錫現象稱為Wetting.,焊錫一般名詞說明,縮錫Dewetting:由於待焊之銅面局部不潔,使得待 焊熔融的焊錫,只能與部分清潔的 銅面形成IMC(Cu6Sn5)而呈現沾 錫.其不潔銅面的劣區因無法親錫, 無IMC可接納外來焊錫,此種焊錫
6、 分布不均,稱為縮錫.,焊錫一般名詞說明,沾錫力量wetting force:當清潔直立的銅面觸沾到 熔融的焊錫時,將立即產生 良性的IMC並展現相當的 附著力,此種附著力,在扣 掉重力的反制及內聚力后, 仍具有爬升的力量,稱為 Wetting force.,焊錫一般名詞說明,接觸角Contact angle:指熔融焊錫與被焊之清潔金 屬表面(如銅面,金面或鎳面) 接觸后,由於可產生良性 的IMC而有附著力,使焊錫 迅速向外流動擴張,其最 外緣處之底金屬與焊錫面所 形成之夾角,稱為接觸角 (角),需良好焊性時其角應小於75度,高溫焊接時液態錫與固態錫銅面會出現接觸角 (),此角愈小表示沾錫性W
7、eeting愈好.,焊錫一般名詞說明,錫綱Solder webbing:多半由於綠漆硬化不足或底 材硬化不足,在高溫中與助焊劑及融錫發生作 用,而在板面上形成冷焊黏著的蜘蛛綱現象,故 而名之. 冷焊Cold soldering:通常指波焊時在板面上形成 之某些焊點,在其冷固過程中曾受到外力的沖 擊使得焊錫點的結晶組織遭到干擾,甚至形成 碎片,導致結構強度的不足,此種焊點之表面常 出現昏暗無光之顆粒隆起狀,稱為冷焊.,焊錫一般名詞說明,共晶組成:純錫(Sn)的熔點是232度,若在純錫中逐 漸加入部分鉛量后,則其熔點會逐漸下降,直 到Sn之重量比降為63%,而所加入的鉛量多 達37%時,其熔點將會
8、降至183度,之后,再多加 鉛量時,其熔點不降反升,直到純鉛(Pb)的熔 點327度為止,整體合金的熔點變化形成V字 形曲線,而以63%Sn+37%Pb之熔點最低(183 度),此時二者之合金比例稱為共晶組成.,離子清潔度介紹,1.指PCB各種濕制程,在板面上或板材中所殘留的化 學品,或因熔錫、噴錫與焊接所殘留之助焊劑餘液 等,均將對板面上的金屬造成長久的腐蝕性禍害,故 有離子清潔度之品檢. 2.本檢測須按IPC-TM-650之2.3.25或2.3.26方法去進 行,即采75%的異丙醇加入25%的純水調和成“淬 取液”,以對待測板子連續沖洗,然后測讀其淬取液 之電阻值.(注:亦可采Alpha
9、metal公司專用測機 omega meter,進行動態連續循環沖洗的檢測),焊錫一般訓練教材(2),日期:5/82000,助焊劑(Flux)介紹,助焊劑之作用-清潔表面,隔離空氣,清潔表面,隔離空氣,降低焊錫表面張力,增進金屬表面潤錫能力及擴散能力,助焊劑之組成:,1.固化物(Solids):包括松香、松香油等具黏滯性, 略具清潔被焊金屬之效能,且可阻隔空氣,防 止被焊高溫下之氧化. 2.活性劑(Activators):包括鹵素及有機酸,具有強 力清潔金屬表面之能力,其腐蝕性亦強.,助焊劑之組成:,3.溶劑(Solvents):包括乙醇、水等,可降低前二者 之含量百分比,使其作用易於掌控,同
10、時有助 於助焊劑溫度之降低,在使用時涂布更均勻, 效果更佳. 4.其它:如助潤劑有助於被焊金屬之潤錫能力,熱 穩定劑可使助焊劑能承受更高之溫度且不易 變質,黏度修正液可控制流動性.,助焊劑之分類:(依使用上之分類),1.有機類:其助焊效果較佳,但若使用失當易造成過 度的腐蝕,故在使用上多采清洗作業,以減低 腐蝕程度,此類代表有機酸(organic acids; OA)、鹵素和胺及氨基化合物等. 2.有機松香類:此類因腐蝕性較強弱,故使用較安全, 其類別有: (a).純松香R type(rosin flux):除天然松香 外,並無其它活性劑之添加,故其助焊效 果較弱.,助焊劑之分類:(依使用上之
11、分類),(b).中度活性松香RMA type(rosin mildly active flux): 除天然松香外尚加以鹵素為至之活性劉,其助焊效 果較R-type為強. (c).活性松香RA type(rosin active flux):與RMA type類 似,但助焊效果則較強. (d).超活性松香RSA type(rosin superative flux):與 RMA RA type類似,但其所添加之活性劑極強. (e).合成松香SR type(synthetic rosin flux) 3.免洗用Flux type-見范例.,助焊劑腐蝕試驗常見檢驗法:,PH值,須在3.07.5之間,應為中性的化學品. 銅鏡試驗(copper mirror test)-詳見IPC-TM- 650 2.3.32. 鹵素試驗,必須不含有氟化物 & 氯化物,以免板 子引起后患. SIR(Surface insulation resistance)試驗,詳見 IPC-B-25試驗法.,THE END,Thanks!,