BGA锡球脱落问题解说.ppt

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1、,200.,千住金属工業（株)海外支援室（eIndustry）Soldering Adviser 山田浩介（）,無鉛合金回流後錫球脱落及界面剥離的接合不良原因及対策,REFLOW,配布用,千住金属工業(株)草加研究所研究員日渡氏資料他文献部分的活用掲載,無鉛合金錫球脱落及界面剥離的接合不良原因及対策,目次（）,（）錫球、回流後、脱落、或界面剥離発生原因及対策電鍍問題気泡発生問題関連技術（錫金金属間化合物特性）千住金属最新錫膏紹介接合工法、回流温度曲線他不良、原因及対策,錫膏印刷,部品搭載,合金接合,回路基板,印刷機,搭載機,回流機,鋼網,後工程,電子部品,錫膏,錫球脱落問題SMT接合工法回流式

2、自動機錫膏SMT基板概要錫球脱落,回流接合後側錫球脱落,錫膏印刷,部品搭載,合金接合,回路基板,印刷機,搭載機,回流機,鋼網,電子部品,錫膏,高精度回路板高精度Resist高濡性電鍍高耐熱性Pre Flux,高信頼性高濡性高印刷性高粘着力高印刷耐久性 連続印刷性残渣美麗 etc,高精度印刷位置偏差版離速度印刷速度印圧,高精度搭載位置偏差極小押圧微調整,開口部位置精度壁面平滑度厚,錫球脱落問題SMT接合工法不良発生原因比率錫球脱落注目,高寸法精度搭載安定性部品電鍍高濡性酸化耐久性高耐熱性無鉛,10%,45%,25%,20%,概念的不良割合,理想的温度曲線自在性温度偏差極小,10%,15%,20%

3、,20%,5%,最近錫球脱落問題注目,錫球脱落問題錫球狭縊現象、脱落現象、界面剥離現象写真,狭縊現象,脱落現象,界面剥離現象,回流後的錫球不良三態,単品時接合没問題回流後発生,基板,錫球脱落問題CSP、接合部工程別不良発生要因：接合及接合後錫球形状変化解説（狭縊現象或錫球脱落要因）,錫球,電鍍錫球間金属間化合物接合,側絶縁樹脂,錫膏印刷,基板,銅箔,回流接合,電鍍錫球間金属間化合物接合、但、回流時再加熱、再溶融金属間化合物成長、構成変化或溶食促進,溶融後錫球径大化（錫球錫膏内球体積）溶融固化時流動変形或量的偏差拡大,錫膏、銅箔間接合金属間化合物,接合没問題,接合没問題,接合有問題,再加熱再溶融

4、,脱落問題発生,錫球脱落問題錫球脱落及変形現象分類及問題点整理,実装不良（回流接合後錫球部接合不良発生）,回流接合直後電気的接合不良発生）,基板側隣端子間導通（連錫）,側接合部部分的不導通,錫膏印刷不良或位置偏差或錫膏量過多,設計構造的問題錫球脱落（絶縁樹脂厚、間隙問題）,電鍍不良（接合界面破壊）,回流接合後電気的接合没問題、然、衝撃或冷熱試験時電気的接合不良発生）,側試験後接合部部分的不導通,設計構造的問題錫球脱落寸前縊発生（絶縁樹脂厚、間隙問題）,電鍍不良剥離強度低下（接合界面破壊）,基板側接合部界面剥離,接合界面気泡多数,PKG側,基板側,錫球変形,a,a,錫球脱落,b,b,錫球脱落問題

5、CSP実装不良：錫球脱落及変形現象解説（事例）,設計構造的問題錫球脱落（絶縁樹脂厚、間隙問題）,設計構造的問題錫球脱落寸前狭縊発生（絶縁樹脂厚、間隙問題）,絶縁樹脂厚有問題,錫球径大化変形,表面張力作用,気泡膨張,錫球脱落問題CSP実装不良：錫球脱落及変形現象（事例）,錫球変形,錫球変形,錫球脱落,基板側,側,錫球脱落,錫球脱落問題CSP実装不良：錫球脱落及変形現象（事例）,表面張力作用力,絶縁樹脂厚、有問題,設計構造的問題錫球脱落（絶縁樹脂厚、間隙問題）,構造設計不良,錫球脱落問題CSP、実装不良ex：錫球脱落及変形現象解説,錫膏印刷,基板,銅箔,電鍍錫球間金属間化合物接合、但、回流時再加熱

6、、再溶融金属間化合物成長或溶食促進,溶融後錫球径大化（錫球錫膏内球体積）溶融固化時流動変形,錫膏、銅箔間接合金属間化合物,本体,基板,絶縁樹脂的溶融錫球下方押下分離力発生、結果錫球分離或狭縊現象促進,原因接合構造不良,錫球脱落問題CSP、実装不良ex：金属間化合物相界面剥離（）,金属間化合物相界面剥離,錫球脱落問題CSP、実装不良ex：金属間化合物相界面剥離（）,電気的不導通接合箇所,錫球脱落問題CSP、実装不良ex：金属間化合物相界面剥離（）,電鍍不良剥離応力回流溶融後固化時発生剥離応力錫球量偏差大固体収縮応力発生量、時間差偏差大冷却速度不均一有温度差部品取付偏差大基板湾曲電鍍不均一落下衝撃

7、冷熱試験短期破壊接合面積小化界面接合力低下界面金属間化合物電鍍汚損電鍍方法不適,錫球脱落問題1錫球脱落及変形現象、対策方法,根本的対策,部品改良（接合部設計変更）部品（）廠家変更（日本製没問題）,暫定的対策,錫膏印刷量低減（面積或厚少化）溶融後錫球大化防止錫膏印刷精度向上（位置偏差縮小、錫量偏差縮小）、或搭載位置偏差縮小回流温度曲線変更（多数錫球及錫膏同時的溶融促進）,錫球脱落問題1錫球接合界面破壊現象、対策方法,電鍍問題錫球接合界面破壊現象、電鍍問題,一般的側電鍍構造是無電解方式緻密清浄的、理論合理的電鍍時没問題、電鍍液不純物管理力、或技術力不足原因、未熟電鍍是有問題。必要電鍍、有総合技術力

8、的廠家、指定重要。,電鍍液汚染影響,汚染少清浄電鍍液使用時,汚染没有金属間化合物相、是、呈均一組成形状,衝撃曲試験強（没問題）衝撃切断強度強（錫球脱落、没有）,汚染大汚染電鍍液使用時,汚染有金属間化合物相、是、呈異相層構造組成形状、且電鍍界面近傍存在、（）的存在、是、拡散阻害、到状態（硬脆）,衝撃曲試験弱（完全破壊）衝撃切断強度弱（錫球脱落）拡散層破壊,汚染時接合力低下,電鍍問題錫球接合界面破壊現象、電鍍汚染問題（汚染組成構造）,汚染没有金属間化合物相、是、呈均一組成形状,汚染有金属間化合物相、是、呈異相層構造組成形状、且電鍍界面近傍存在、（）的存在、是、拡散阻害、到状態（硬脆）,約,電鍍層,

9、電鍍層,金属間化合物層（層（）（汚染）,金属間化合物層（）,金属間化合物層（）,汚染大汚染電鍍液使用時拡散層生成,清浄電鍍液使用接合界面摸式図,汚染電鍍液使用接合界面摸式図,電鍍問題錫球接合界面破壊現象、電鍍汚染接合力低下現象,衝撃曲試験内容結果,衝撃発生棒,保持台,時間（秒）,（）,衝撃曲試験結果,電鍍,清浄電鍍,汚染電鍍,錫球脱落試験,抜粋（頁）,（）,（）,電鍍液汚染強度、錫球脱落強度、清浄且汚染没有液使用対比約（程度強度低下）,錫球材質,電鍍問題錫球接合界面破壊現象、電鍍諸条件影響問題,基板,錫球,錫球,銅箔銅,無電解置換電鍍,電鍍諸条件影響,低濃度燐浴、中濃度燐浴、高濃度燐浴,置換金

10、浴置換金浴,電鍍燐浴濃度的錫球引張強度関係,引張強度,錫膏,電鍍問題電鍍諸条件影響問題無電解電鍍条件,実験電鍍浴条件,電鍍問題電鍍諸条件影響問題置換金電鍍浴浸漬時間影響,中燐置換金,中燐置換金,置換金電鍍浸漬時間影響大制御重要,電鍍問題錫球接合界面破壊現象、接合界面合金厚接合強度,界面摸式図,金属間化合物相厚（）,金属間化合物相厚（）,金属間化合物相厚（）,金属間化合物相厚（）,（）,（）,（）,（）,厚有問題薄没問題,CSP（BGA）気泡問題気泡発生原因,気泡,接合部気泡的信頼性影響錫球内気泡没有影響界面気泡接合面積対比影響,基板,錫球,BGA部品錫球組成融点低時(有鉛)、初期溶融無鉛錫膏以

11、後溶融呈捲込融合形態気泡発生可能性大,CSP（BGA）気泡問題CSP（BGA）実装時発生気泡分析錫球組成+錫膏組成変化回流接合挙動相違点,同時溶融,有鉛速溶融開始以後無鉛溶融,有鉛SnPb Ball vs 無鉛M705 Paste,無鉛M705 Ball vs 無鉛M705 Paste,X-ray Image,CSP（BGA）気泡問題CSP（BGA）実装時発生気泡分析錫球組成+錫膏組成変化回流接合挙動相違点,BGA部品錫球組成融点低時(有鉛)、初期溶融無鉛錫膏以後溶融呈捲込融合形態気泡発生大,気泡発生量大,錫球,基板,基板,基板,基板,錫球,錫球,錫球,基板側錫膏,基板側錫膏,基板側錫膏,基板

12、側錫膏,錫球,錫球,気泡少,気泡大,気泡小,気泡中,従来方式,無鉛化移行途上,完全無鉛化,温度曲線変更必要,CSP（BGA）気泡問題錫球組成+錫膏組成変化,関連技術CSP（BGA）錫球脱落問題参考資料錫金溶食速度（）,的金溶食速度（）秒約秒,関連技術CSP（BGA）錫球脱落問題参考資料錫金溶融温度変化（）,溶融温度変化,関連技術CSP（BGA）錫球脱落問題参考資料金濃度強度関係,金濃度高、金属強度増加傾向、但濃度超過漸次低下傾向,金濃度強度関係,関連技術CSP（BGA）錫球脱落問題参考資料金濃度伸長関係,金濃度高、是金属的伸長低下顕著、脆化破壊要因大,超過、呈伸長急激低下現象注意,超過、呈伸長

13、急激低下現象注意,金濃度伸長関係,関連技術CSP（BGA）錫球脱落問題参考資料錫膏印刷厚金濃度的関係,合金中金濃度（）,金電鍍厚（）,銅箔,鋼網厚（）,金電鍍厚（）,鋼網厚（）,鋼網厚（）,鋼網厚（）,錫膏,関連技術CSP（BGA）錫球脱落問題参考資料金属間化合物（）,AgAl,Fe3Sb3FeSb2,FeSnFeSn2,Fe(鉄),Ni15SbNi8SbNi7Sb3,NiBiNiBi3,Ni3SnNi3Sn2Ni3Sn4,Ni,Au6I)nAu9In6AuIn AuIn2,AuSb2,AuBi,Au2Pb,AuSnAuSn2AuSn4,Au(金),Ag3InAg2InAgiN2,AgxSby

14、,Ag6SnAg3Sn,Ag(銀),CuIn4CuIn2Cu4In3,Cu13Sb3Cu2Sb,Cu3SnCu6Sn5,Cu(銅),In,Sb,Bi,Pb(鉛),Cu(銅),Ag(銀),Sn(錫),金属,母材,接合合金金属間化合物,Sn(錫)多種金属相溶金属間化合物生成,関連技術CSP（BGA）錫球脱落問題参考資料金属間化合物,基板、部品間無鉛合金接合時発生金属間化合物,QFP,2次波峰熱伝播,再溶融界面剥離部品脚剥離,190以下,混載実装基板,基板湾曲変位剥離力発生,高温下剥離強度低下関係図,混載実装時波峰熱伝播+基板湾曲原因接合部剥離力合金銅箔間界面剥離発生,対応策基板湾曲防止板使用表面温

15、度制御,無鉛合金+鉛濃度固相温度低下関係図,電鍍（Sn10Pb),0.5%,2%,Pb濃度（%）,界面鉛濃度大固相温度低下,178,220,温度（）,220,190,200,強度,温度（）,無鉛合金高温剥離強度低下,関連技術SMT不良事例 混載実装界面剥離現象及対策,回流接合後発生脚部界面剥離,各合金Pb混入溶融温度変化,関連技術SMT不良事例ex：脚部界面剥離原因対策,LAND剥離,独立LAND高温領域LAND-基板間呈剥離現象,LAND剥離原因1.接合直後高温状態、基板湾曲時、部品脚部剥離応力発生、独立LAND等面積小部分基板LAND間剥離発生2.基板、LAND間接着強度、高温時、呈低下現

16、象,対策1.LAND面積大化接着強度補強2 OVER RESIST処理,OVER RESIST,基板湾曲変位剥離応力発生,関連技術SMT不良事例 銅箔剥離現象及対策,要求特性,高信頼性（耐湿絶縁特性）粘着力持続性高耐熱持続性4高濡浸潤性5高印刷特性(版抜性)6粘度持続安定性(連続印刷安定性印刷後形状変化没有)7残渣色調透明美麗,千住標準基板用無鉛対応錫膏(M705),標準錫膏GRN360K2V高精細印刷錫膏PLG-32-11,千住金属最新錫膏錫膏要求特性無鉛合金千住金属最新錫膏紹介,型式M-GRN-K-V,粘度Pa.s標準,合金組成Sn3Ag0.5Cu溶融温度217表面絶縁抵抗1.0E+12以

17、上銅鏡試験合格弗化物試験合格銅板腐食試験合格,FLUX含有量11.5%塩素含有量0.0%粒度2536製品保証月,FLUX残渣透明耐熱性向上錫珠抑制連続印刷安定性増粘対策強化高信頼性,特徴,粘着力、保持力変化,1.0,1.55,1.35,12Hr,0,0,24Hr,48Hr,24Hr,粘着力(N),粘度(Pa.S),225,180,千住金属最新錫膏 錫膏要求特性無鉛合金対応,最多実績標準無鉛錫膏,最新,千住金属最新錫膏錫膏要求特性無鉛合金対応M705-PLG-32-11,特徴,FLUX残渣透明耐熱性向上錫珠抑制連続印刷安定性増粘対策強化高信頼性高版抜性最新,試験条件（高速印刷）鋼網厚：0.15m

18、m印刷速度：150mm/sec.印刷圧：0.33N（1mm当）基板版離速度：10mm/sec.鋼網：offGAP：0.0mm,千住金属最新錫膏SMT接合工法錫膏印刷性能改善例(1),千住金属最新錫膏SMT接合工法錫膏印刷性能改善例(2),有鉛(63SnPb),無鉛合金、温度余力少管理精度重要,無鉛合金、温度余力少管理精度重要,SMT接合工法回流温度曲線有鉛、無鉛錫膏(回流機)温度余力比較,SMT接合工法回流温度曲線回流機温度曲線,浸潤不足,以上,基板材質厚部品設備構造変化調整必要,SMT接合工法回流温度曲線回流温度溶融域条件設定,温度230 時溶融時間約5秒余力4倍=20秒保持,220液相温度

19、溶融温度時間不安定領域安定領域230 規定,他MT不良事例ex：接合合金未溶融,未溶融,他SMT不良事例ex：連錫,連錫,.他SMT不良事例ex：錫膏連錫原因HOT Slump Test 高温長時間Slump発生大,他SMT不良事例ex：錫球FLUX飛散,錫球飛散,FLUX飛散,外部接触端子FLUX付着,他SMT不良事例ex：FLUX飛散,錫球飛散,他SMT不良事例ex：錫珠錫球 対策例,錫珠(Side Ball),対策方法錫膏量過多調整,鋼網開口面積内側部分CUT部品押圧時適正拡張,SLUMP錫球流失防止2./秒以下,対策方法温度曲線調整,他SMT不良事例ex：現象対策,他SMT不良事例ex

20、：IC脚先端部濡不良対策例,L寸法長大,視認外観判定安心感,LAND長短Resist処理,先端後切断電鍍没有濡不良、呈凹現象,対策1.LAND L寸法短縮化2.鋼網開口寸法LAND寸法,錫膏印刷,0.3mm,寄揚効果,t以上,t,他SMT不良事例ex：CHIP部品電極下気泡,気泡,残渣発泡状態（紙基材基板実装）,他SMT不良事例ex：FLUX残渣中気泡,濡引戻現象(DE WETTING)原因1.基板銅面有酸化皮膜(及Ni電鍍面)濡浸潤作用阻害、初期一次浸潤以降溶融合金、呈引戻現象,1.基板吸湿酸化2.基板電鍍処理方法不適3.Au電鍍有PIN HOLENi電鍍酸化,対策1.基板交換2.基板製造廠

21、家変更,他SMT不良事例ex：現象対策,他SMT不良事例ex：電鍍不良起因CHIP部品接合強度不足,Au電鍍不良,他MT不良金電鍍変色現象、対策方法,設計的SMT不良撲滅指針1.基板実装設計無修正化設計思考板取方向材質選定流方向指定熱伝導平衡部品重量配分部品配置位置、方向、LAND径部品電極径適正SIZE、LAND寸法、基準位置PATERN間隙、SILK分離帯、基板廠家品質調査、電鍍指定 最適錫膏、最適錫膏厚、理想体積 etc,製造技術的不良撲滅指針1.基板組立製造技術検討DATA、KNOW-HOW設計基準化2.設備使用状態最高水準化及最高水準状態維持管理印刷機最適印刷速度、印刷圧力、版離速度

22、最適化鋼網高精度品採用、洗浄頻度決定、収納時洗浄実施、洗浄布交換、設備維修、清掃最適錫膏選定、攪拌基準、保管基準自動装着機装着手順、個別部品押圧設定、精度維持管理精度維持点検、定期点検維修実施、清掃、基板治具精度維持、etc回流機最適温度曲線検討、温度測定、槽内清掃実施etc,無鉛合金接合不良対策結論(1),回流式SMT接合不良化可能理由接合体積理想体積化可能定量化可能（重力方向）不良原因接合要素不平衡状態熱高低時間多少予熱過多予熱不足(錫膏)機能不足水分混入塗布量過不足 予熱不適部品（基板）酸化電鍍状態体積熱量材料濡特性合金(錫膏)酸化不純物混入残渣再付着不適合温度条件過流動,最高度接合設計条件（基板配置部品配置材料）他,最高度接合生産技術（温度時間方法作業搭載）,極限低不良率、及無修正接合技術的達成,10ppm以下,無鉛合金接合不良対策結論(),