无铅焊料技术讨论会教材

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1、2002年10月10日松下电器产业株式会社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中国上海技术学校序 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“技术学校”。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”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

2、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专门领 域, 职责的人员都能够活用的课程和教

3、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? 松下电器的工作第2章焊接的基础 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 导入步骤 焊料选定 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 现行焊料 锡(Sn)铅(37Pb) 使用于全电子机器无铅(Pb)焊料 锡(Sn)无害金属 2002年度 全世界、全商品不含铅焊料无铅

4、焊料是什么?第第1 1章章 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。为什么要无铅焊料对人体的影响对生态系的影响酸性雨废弃印刷基板被铅污染的地下水土壤废弃物 溶出铅粉碎, 填拓含铅焊料的有害性日本国内外的动向焊料所含的铅虽为全使用量的1%弱(3万5百万吨), 而有广泛扩散的可能性, 难于完全回收。由于环境污染, 忧虑铅中毒等对人体的影响。 向高循环化社会移行。通过废弃物处理法, 水质污浊防止法强化规制 欧洲正在审议包括禁止使用电子机器中的铅的法案(提议提前到2006年) 松下电器比世界早一步发表于2002年度全商品导入。同业其他公司急起直追。2002年度2001200

5、019981994 世界首次227210 206218熔点 183197软熔工序浸流工序无铅焊料材料 固定录像机头带耳机 立体声DVC吸尘器世界最初的 浸流工序电视机汽车音响笔记本电脑手提MD世界最初的 软熔工序130商品 (2200万台)16商品 (6百万台)3商品1商品无铅焊料导入商品(累计)Sn-CuSn-Ag-CuSn-Ag-Bi-InSn-Zn-Bi现行品Sn-Pb1999无铅焊料技术工作组全公司导入推进活动技术展开、实证活动2000/6无铅焊料计划门真技术学校MASTEC藤泽以松下电器的全力加速解决技术课题和展开技术, 结实为世界最初的全商品导入松下电器的工作全 世 界全 商 品

6、展 开、松下的无铅焊料推进体制 解决共通课题 导入展开, 实证支援专任技术活动, 技术学校 无 铅 焊 料 计 划运营委员会推 进 部 会技 术 部 会环 境 会 议 技术成果, 事例, 基准的全公司展开, 彻底 制定, 推进, 跟踪导入计划各公司, 事业部WG (Working Group 工作小组)推进活动 与海外公司, 共荣公司共同推进社长环境本部长计划的活动方针和目标 【意图】 实现洁净的商品, 工厂(环境污染的防患未然和提高形象) 占先于EU指令(2006年禁止使用铅焊料)等的法规制 强化制造力和展开创出无铅商业公司公司 公司 公司 公司公司以集结全部力量世界上最先行的工作来同时实现

7、“对全商品导入无铅焊料 ”和“强化制造现行以上的质量, 最短L/T(Lead Time 产品设计至实际 投产时间)” 知财推进WG技术开发WG材料采购WG技术展开WG可靠性评价WG技术部会推进部会关联职能, 海外公司, 共荣公司【活动方针】工序导入规格书的发行 Sn-Cu焊料浸流工序 Sn-Ag-Bi-In焊料软熔工序 Sn-Ag-Cu焊料浸流工序 Sn-Ag-Cu焊料软熔工序 Sn-Ag-Cu焊料混载工序 Sn-Zn-Bi焊料软熔工序 软熔温度仿真技术的开发 焊料再循环技术的开发接合质量评价方针发行 无铅电子零件质量评价准则发行 无铅电子零件认证登记制度开始技术展开促进、实证活动开设, 运营

8、技术学校 00/9西日本校(门真生技本部)开校 01/4 新加坡校(MASTEC)开校 01/11 西日本校扩张充实(南门真迁移) 01/12 东日本校(藤泽FC)开校 02/2开始向共荣公司展开工序的开发、确立质量评价方法的标准化已申请 283件 其中9件已请求审查实施焊料材料许可 Sn-Ag-Cu, Sn-Ag-Bi-In知识产权的确立技术活动成果(实际知识)技术活动成果(设备开发、导入) 软光束 (局部焊接) (产业机械FA系统)AVC茨木导入 现在在扩大销售中焊料再循环装置 (使用芝麻进行氧化物分离) (AVC公司千住金属)全世界扩大销售中 国内外约60台导入不纯物检查装置 (生产技术

9、本部环境生产技术研究所 、Malcom公司)国内各公司 约10台导入浸流焊料厚度测量传感器(生产技术本部环境生产技术研究所 )松下G国内外35生产线展开浸流焊料喷射嘴(生产技术本部环境生产技术研究所 )AVC公司内部 44台导入均一加热软熔装置 RSA、RSN (FA公司松下电工)2002年4月导入开始 当初 COF基板安装用推拉试验装置 重复弯曲试验装置 (生产技术本部环境生产技术研究所)推拉弯曲导入实绩设备名(联系地址)接合机械的接合焊接粘结接合钎焊压焊熔焊焊接硬钎焊母材不溶钎料的熔点450以下对接合材料(母材)的接合面间隙, 浇注熔点比母材低的钎料 (焊料), 使机械地,电气地接合。 焊

10、接的机制(1)第第2 2章章 焊接的基础焊接的基础焊接工序 熔化焊料在接合面上濡湿开 对加热过的接合面供应焊料和焊剂 焊剂还原除去接合面的氧化膜 熔化焊料与基板铜箔及零件电极互相扩散, 在界面上形成Cu-Sn合金层 焊料冷却凝固, 焊接完毕焊料被接合材B被接合材A接合 金属表面 氧化物(O)焊剂氢离子 (H+)水蒸气 (H2O)金属(Cu, 焊料等)卤素盐, 金属皂有机酸离子 卤素离子焊料焊接区(Cu)焊剂好的焊接是什么1. 熔化焊料与母材融合得好。2. 由于焊料的毛细管现象易于浸透。3. 接合面机械地稳定。 濡湿性界面合金层焊接的机制(2)所谓濡湿是在接合界面形成合金层。 (1) 母材, 焊

11、料各各的表面张力 (2) 母材与焊料之间的界面张力 (3) 焊料与母材的金属学的融合性(合金化倾向) (4) 母材的表面状态(污垢, 氧化膜等) (5) 焊接作业条件影响濡湿性的因素接触角小 接触角大a)濡湿性佳b)濡湿性不够所谓界面合金层是, 熔化焊料与母材的Cu互相扩散, 在接合界面形成Cu-Sn的合金层 互相扩散的模型图合金层约5m焊料焊接区焊接区(Cu)焊料焊剂形成金属间化合物层是濡湿接合的必需条件, 不过因为化合物层一般硬而脆, 以薄为佳。厚的原因是: 焊接温度高, 时间长。 使用产品时长时间放在高温下。CuSn焊接的机制(3)焊剂的作用1. 在焊接之前由金属表面除去氧化膜和油脂类减

12、少表面张力。2. 在焊接时的作业温度之下防止再氧化。焊剂焊料丝状焊料时成分作用松脂激活剂触变剂溶剂焊剂橡胶松脂 合成松脂卤素化合物蓖麻油除去氧化物 粘合剂除去氧化物触变性调整乙二醇系 乙醇系溶解固态分的 基础有机酸 把焊剂与金属粉混和成膏状焊料焊剂焊膏时焊剂的形态在中空的焊料内部包藏焊剂于前工序涂焊剂焊剂焊料棒状焊料时称 呼含氯量(wt%)特 征 RA (MIL)濡湿性佳, 但如果不洗涤, 后来有腐 蚀的可能性B (JIS) RMA (MIL)濡湿性稍差, 但焊接后不用洗涤 A (JIS)1 X 1010绝缘电阻()活性弱活性型0.510.10.5焊剂的分类1 X 1011SnSnPbPb32

13、8328232232焊接的机制(4)现行的Sn37Pb共晶焊料是什么焊料的历史5000年前的青铜器时代起使用。 在纪元前300年前的罗马遗迹, 8世纪的正仓院皇室珍藏品和奈良的大佛也使用。 锡62%, 铅38%的组成,与现在的共晶焊料相同。 用于一切电子机器的安装用焊料, 为世界标准。Sn-Pb元共晶, 特长为1. 熔点低, 接合作业容易。2. 机械的, 电的性质好3. 濡湿性好。接合界面稳定。4. 容易修理。5. 低价格。 共晶点共晶点 Sn61.9%Sn61.9%183183液相液相固相固相Sn-Pb状态图焊接的共通工序 工 序钎焊烙铁 (机械手)局部加热装置软熔炉 供应膏状焊料浸流装置

14、(溶化器和 浸渍槽) 供应棒状焊料软熔炉 + 浸流装置 供应膏状, 棒状焊料用途、安装形态焊料设备工 序涂粘着剂SMD安装粘着剂硬化基板反转零件插入(C 参考 值)(正在评价)无铅焊料的特性和注意点从无铅焊料材料特性面看的注意点从无铅焊料材料特性面看的注意点向超过现行焊料的高质量、高可靠性无铅焊料技术挑战 高熔点(1540)低润湿(流动)性，容易氧化浸流工序软熔工序Sn-Zn-BiSn-PbSn-Cu零件耐热Sn-Ag-Cu Sn-Ag-Bi-In现行183 00.20.40.6240250260Sn-Pb现行Sn-Ag-Cu熔点润 湿 劣零 交 叉 时 间润 湿 好软 熔 温 度 领 域浸

15、流 温 度 领 域对零件的热损害 再加热剥离, 强度劣化通孔上升, 不润湿架桥焊料球, 空白拉起, 缩孔焊料单价之差属可通过以重新研究改善设计、工作法、工序管理提高材料利用 率来吸收的范围。价格吸收的工作为重要。上列价格为2002年2月时的大约价格, 随着今后使用量的增大, 估计会降低。焊料的购买价格每张基板的焊料材料费的变化无铅焊料的价格无铅焊料无铅焊料, , 由于比由于比 重为现行的约重为现行的约90%, 90%, 实使用量实使用量, , 价格均价格均 为此数值的为此数值的90%90%。适于无铅焊料的基板设计(1)应考虑的无铅焊料的特性特 性 1. 焊接温度高。(比过去的焊料高1015)基板翘曲 电子零件的损伤红眼, 架桥, 芯片分离, 焊料球 3. 容易受零件、基板电极的Pb,Bi,Cu等的杂质的影 响。(形成低熔点化合物)接合部的剥离, 强度劣化 (另外, 由于铜的红眼, 架桥)2. 濡湿性, 扩散性不好。表面张力大。比重小 (扩散性为过去焊料的6090%)对质量的影响图形设计事例(布线, 焊接区形状)1. 防止浸流插入零件离开, 红眼 焊接区径小一点过去的焊料 D=d+0.7mm 无铅焊料D=d+0.20.4mm2. 防止浸流QFP架桥 QFP倾斜