実施例와 課題 Re-flow soldering Manual soldering Cu-wire soldering

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1 実施例와 課題 Re-flow soldering Manual soldering Cu-wire soldering
JUNG IN ST. ２００３．１２．４ ＰｂＦｒｅｅ実施事例 実施例와 課題 Re-flow soldering Manual soldering Cu-wire soldering JUNG-IN ST. TEL

2 日本企業에서의 実施例 ＤＶＤ，캠코더、ＭＤ콤보、포터블ＭＤ，Ｃａｒ오디오、 Ｃａｒ네비게이션、
JUNG IN ST. 日本企業에서의 実施例 ＤＶＤ，캠코더、ＭＤ콤보、포터블ＭＤ，Ｃａｒ오디오、 Ｃａｒ네비게이션、 ＬＣＤ，ＨＤＤ，ＭＯ드라이브、電子수첩、스캐너、Resistor、液晶Projector、携帯電話、 体温計、에어컨、라벨프린터、 ＦＡSensor、ＳＷ，리모콘、타이머、모터、基地필터、Pick-up、카메라모쥴、水晶発振器、인버터、ＶＯＣ、마이크로폰、 Backlight, 그외 다수　

3 ＰｂＦｒｅｅ化를 위한 検討項目 Re-flow-soldering
JUNG IN ST. ＰｂＦｒｅｅ化를 위한 検討項目 Re-flow-soldering 設備　　　　　（프로파일 作成） 部品　　　　　（耐熱性、도금의 ＰｂＦｒｅｅ化） 基板　　　　　（耐熱性、表面処理의 選択） 合金의 選定　　　（設備、部品・基板의 耐熱性） 設計　　　　　　（납의 젖음・퍼짐、솔다볼、強度） 마스크変更　　（ 납의 젖음・퍼짐、솔다볼 、強度） Solder Cream의 選定　　　　　　 （Life Ｔｉｍｅ，젖음、Self얼라이먼트、솔다볼、等） 各種信頼性　　（各種強度、絶縁性、腐食性、等） 検査・修正　　　（外観、検査基準、作業方法）

4 Re-flow（Solder Paste）의 合金候補
JUNG IN ST. Re-flow（Solder　Paste）의 合金候補 金属組成　　　　　　　固相温度～液相温度　　　　　　目的과 特徴 Sn-3.0%Ag-0.5Cu ~ 　JEITA推奨合金 Sn-3.5%Ag-0.75Cu ~218　　　　 IOWA　合金 Sn-3.9Ag-0.6Cu USA Sn-3.7Ag-0.7Cu EU Sn-3.5%Ag ~221　　　 共晶合金 Sn-58%Bi 　　　 138~138　　 低温合金 Sn-8%Zn-3.0%Bi ~199　　　　低温合金　 Sn-3.5%Ag-0.5%Bi-3.0%In 190~214　　　　低温合金　　 Sn-3.5%Ag-0.5%Bi-8.0%In 197~203　　　　低温合金

5 推奨프로파일（SnAgCu) 部品／基板 전체 表面에서의最高温度 전체 表面温度部品의 耐熱温度上限 250℃ ２３５℃
JUNG IN ST. 推奨프로파일（SnAgCu) 部品／基板 전체 表面에서의最高温度 전체 表面温度部品의 耐熱温度上限 250℃ ２３５℃ Soldering部의 最低到達温度２２５℃　２２０℃以上 ２５秒 以上 200℃ Preheat 종료 １８０℃～２００℃ 150℃ 100℃ Soldering部 프로파일 전체 Soldering部의 最低温度 １：전체 Soldering의 Peak時의 温度差 ⊿ｔ가 １５℃以内（Peak ２３５℃） ２：２２０℃以上은 ２５秒以上（M.p로 １５秒 유지하면 合金層形成） ３：部品의 耐熱温度을 考慮해서 最高到達温度의 設定을 한다。 ４：Preheat 종료는 １８０～２００℃

6 Reflow炉와 프로파일 推奨 프로파일의 作成이 可能하면 現有設備에서의 使用可。 小基板、薄基板、実装部品の⊿ｔ小
JUNG IN ST. Reflow炉와 프로파일 推奨 프로파일의 作成이 可能하면 現有設備에서의 使用可。 　小基板、薄基板、実装部品の⊿ｔ小 作成이 不可能한 경우 　　　　Reflow炉의 교환 　　　　Zone数 ７～８Zone推奨 N2雰囲気는 더 좋음 設計変更에서의 対応（⊿ｔ을採用하는 設計基準의確立） 　　　　Mirror基板의 廃止等 大型部品 後부착(Soldering)化 部品의 耐熱温度UP

7 現有設備에서의 Ｐｒｏｆｉｌｅ例 LCD電源基板 １９９８年 試験 (5zone re-flow) 235℃ 225℃ 160℃ 180℃
JUNG IN ST. 現有設備에서의 Ｐｒｏｆｉｌｅ例 LCD電源基板　１９９８年　試験 (5zone re-flow) 235℃ 225℃ 160℃ 180℃ 200℃以上　５４秒 200℃以上　３０秒 Sn-Pb用 Profile PbFree用Profile

8 Soldering 状態 Soldering on Connectors Sn63（Present） Sn-Ag-Cu
JUNG IN ST. Soldering 状態 Soldering on Connectors Sn63（Present） Sn-Ag-Cu

9 JUNG IN ST. 現有設備에서의 実施例 携帯電話基板　２００１年実施 　(4zone re-flow) Soldering 外観写真

10 最新設備에서의 実施例 MD－AUDIO基板 ２００３年実施 7zone Reflow Peak ２３５℃ ２２０℃以上３０～３５sec
JUNG IN ST. 最新設備에서의 実施例 MD－AUDIO基板　　２００３年実施 7zone Reflow Peak ２３５℃ ２２０℃以上３０～３５sec

11 実施後의問題点 Reflow工程에서 発生한 問題 不젖음（칩 뜸） SOLDER BALL VOID 맨하탄
JUNG IN ST. 実施後의問題点 Reflow工程에서 発生한 問題 不젖음（칩 뜸）　　 SOLDER BALL　　　　　　VOID　　　　　　　　맨하탄 　　　FLUX의 泡　　　　　　　部品비틀어짐　　　　 쇼트（브릿지）　　　　　　印刷不良

12 퍼짐성試験 CuO Ni CuO Ni CuO Ni Ｓｎ６２Ｖ１４Ｌ ＬＦＭ－４８ＸＴＭ 一般ＰｂＦｒｅｅ
JUNG IN ST. 퍼짐성試験 Ｓｎ６２Ｖ１４Ｌ　　　　　　　ＬＦＭ－４８ＸＴＭ　　　　　一般ＰｂＦｒｅｅ　 　２３０℃３０ｓｅｃ　　　　　　　２４０℃３０ｓｅｃ　　　　　２４０℃３０ｓｅｃ CuO Ni CuO Ni CuO Ni 92.5% % % % % % CHIP 젖음성比較 ＬＦＭ－４８ＴＭ：Ｃｕ板 퍼짐성에서 ８０％를 達成。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｎｉ板퍼짐성에서는 共晶보다도 퍼짐성이 良好（金도금基板에 젖음성도 우수하다）

13 Profile의 影響 高温Preheat ・175～190℃、2min φ0.3mm Dot 不融 Solder Ball 27個 拡大
JUNG IN ST. Profile의 影響　高温Preheat ２３５℃ 1９0℃ 175℃ ・175～190℃、2min φ0.3mm Dot 不融 拡大 Solder Ball 27個 一文字印刷後、Reflow

14 Profile의 影響 低温Preheat ・140～190℃、2min φ0.3mm Dot OK Solder Ball 0個 拡大
JUNG IN ST. Profile의 影響　低温Preheat ２３５℃ 1９0℃ 140℃ ・140～190℃、2min φ0.3mm Dot OK 拡大 Solder Ball 0個 一文字印刷後 Reflow

15 経時変化의 改善 使用機器：Malcom製PCU-2 環境：２５℃ ８５％RH Sn-3.0Ag-0.5Cu (LFM-48)
JUNG IN ST. 経時変化의 改善 使用機器：Malcom製PCU-2 環境：２５℃　８５％RH Sn-3.0Ag-0.5Cu (LFM-48)

16 JUNG IN ST. 印刷性의 影響 携帯用高周波 모듈（０６０３ Chip） 印刷量의 불균형에 의해、맨하탄이 발생되기 때문에、 最小開口部에서 솔더残留量을 確認。 LFM-48　TM-TS　　　　　　　　　　　　　　　 一般品 맨하탄 発生率 0/ /2000

17 SOLDER BALL 対策 마스크 PAD 디자인
JUNG IN ST. SOLDER BALL 対策 마스크 PAD 디자인 Sn63使用開口디자인　８５．７％ TEST用開口디자인　　６４．３％ TEST開口디자인에서는、MOUNT비틀어짐이랑 印刷무너짐에 의해 맨하탄과 不젖음 原因이 된다 実施開口디자인　　　　　７８．６％

18 気泡의 影響 FLUX残渣中에 気泡가 많을 경우에는 SOLDER Fillet中에 Void発生하고 있는 場合가 있다。
JUNG IN ST. FLUX残渣中에 気泡가 많을 경우에는　　　　　　　　　　SOLDER Fillet中에 Void発生하고 있는 場合가 있다。 LFM-48TM　外観 断面 一般品　外観 断面

19 셀프얼라이먼트試験 Ｓｎ６２Ｖ１４Ｌ ＬＦＭ－４８Ｘ ＴＭ 一般ＰｂＦｒｅｅ ２１２５CHIP １／２Ｙ비틀어짐 ３０度비틀어짐
JUNG IN ST. Ｓｎ６２Ｖ１４Ｌ　　　ＬＦＭ－４８Ｘ　ＴＭ　　　一般ＰｂＦｒｅｅ ２１２５CHIP １／２Ｙ비틀어짐 ３０度비틀어짐

20 솔더 表面의 차이 Sn-Pb Sn-3.0Ag-0.5Cu Sn-8.0Zn-3.0Bi Sn-3.5Ag-0.5Bi-8.0In
JUNG IN ST. 솔더 表面의 차이 Sn-Pb Sn-3.0Ag-0.5Cu Sn-8.0Zn-3.0Bi Sn-3.5Ag-0.5Bi-8.0In 表面에 光沢이 있고、균일하고 부드러움 光沢이 있는部分과 희고 거친부분으로 나누어져 있다 그물눈같은 針状結晶이 많이 보인다 全体的으로 희고 거친 表面

21 ＰｂＦｒｅｅ 의 注意点 Solder의 융점이 다르기 때문에 전용 프로파일이 필요
JUNG IN ST. ＰｂＦｒｅｅ 의 注意点 Solder의 융점이 다르기 때문에 전용 프로파일이 필요 융점은 높기 때문에, 부품・기판의 내열온도의 확인이 중요 산화되기 쉽기 때문에 관리와 Life Ｔｉｍｅ에 주의한다. 비중이 다르기 때문에 같은 체적이라도 무게가 다르다. 합금에 따라 Solder의 표면이 다르므로 검사시에 주의. 양호한 상태를 확인한다. 셀프 얼라이먼트 효과가 적으므로 마운트 정도를 올린다. 젖음성이 나쁘므로 작은 부품의 검사에 주의 　 필요에 맞게 설계변경・마스크 개구의 변경이 필요 녹인 Solder의 점성이 높으므로 보이드・Blow Hole 등의 발생에 주의 Ｐｂ를 포함한 도금과 Soldering에 주의한다. 　　　（강도노화、재가열시에 크랙 발생의 가능성）

22 JUNG IN ST. 수작업시 문제점 Soldering 작업과 수정

23 인두끝 온도의 설정 １：현행온도의 사용（作業確認） ２：인두・인두끝의 선택 ２：부품의 내열온도의 확인（가능한 온도로 ＵＰ）
JUNG IN ST. 인두끝 온도의 설정 １：현행온도의 사용（作業確認） ２：인두・인두끝의 선택　 ２：부품의 내열온도의 확인（가능한 온도로 ＵＰ） ３：作業時間의 確認　（作業 택트 변경） ４：모재의 온도(기존・・ＭＰ±４０～５０℃ 　　　　　　　　　　ＰｂＦｒｅｅ・・ＭＰ±３０～ ４０℃라도 가능 단, 퍼짐성 좋지 않음） ＊ＰｂＦｒｅｅ의 주성분은 Ｓｎ이므로、합금층 형성은 용이, 그러나 유동성이 나쁘므로 퍼짐에 나쁘다.

24 인두 팁의 소모 PbFree SOLDER의 특성상、인두팁의 消耗가 빠르다
JUNG IN ST. 인두 팁의 소모 PbFree SOLDER의 특성상、인두팁의 消耗가 빠르다 Sn60 SOLDER로20,000回SOLDERING後의 인두 팁 PbFree SOLDER로10,000回SOLDERING後의 인두팁 約１／２～１／３以下의 寿命　（어느쪽도 로봇으로 TEST,인두팁 温度는 420℃）

25 SOLDER의 表面 Smooth하고 광택이 있다 少 中 多 희고 거칠거칠한 부분이 있는 표면 Sn60 PbFree
JUNG IN ST. SOLDER의 表面 Smooth하고 광택이 있다 Sn60 　　少　　 　中　　　 　多 SOLDER量 희고 거칠거칠한 부분이 있는 표면 PbFree 白色化해도 不良은 아님。

26 백색화라는 것은 어떤 현상일까? 왼쪽위그림：백색화되지 않은 부분 오른쪽위그림 : 백색화된 부분 왼쪽의 표：결정상마다 정량분석
JUNG IN ST. 백색화라는 것은 어떤 현상일까? 왼쪽위그림：백색화되지 않은 부분 오른쪽위그림 : 백색화된 부분 왼쪽의 표：결정상마다 정량분석

27 MICRO CRACK SOLDER가 냉각되어 응고시에 白色化한 部分에 MICRO CRACK이 発生하는 경우가 있다。
JUNG IN ST. MICRO CRACK SOLDER가 냉각되어 응고시에 白色化한 部分에 MICRO CRACK이 発生하는 경우가 있다。 冷却速度가 늦은 경우에 発生하기 쉬우므로、OVERHEAT에 注意한다 SOLDERING直後에 발생한 MICRO CRACK

28 발생 메카니즘 共晶 Solder라도 녹인 상태에서부터 굳어진 체적이 감소하여 최종적으로 굳은 부분을 “ヒケ”라고 말하게 되었다
JUNG IN ST. 움푹패임 발생부 共晶 Solder라도 녹인 상태에서부터 굳어진 체적이 감소하여 최종적으로 굳은 부분을 “ヒケ”라고 말하게 되었다 굳힌 Solder 녹인 Solder 응력이 집중하는 부분 외측이 빨리 냉각하여 SOLDER가빨리 응고되므로、→의 방향으로 SOLDER는 수축하여、最後에 응고된다“ヒケ”의 부분에 응력이 집중한다。또한 수축률이 크므로 최후에 응고되는 부분에 응력도 커지게 되므로、SOLDER가 균열이 발생하여 CRACK이 된다。 ＰｂＦｒｅｅ Solder는 共晶Solder에서 굳어지는 때의 수축율이 높아져 이 움푹패인 부분이 커지게 된다

29 보이드의 발생（例） 수작업에서 발생한 보이드 （Blow Hole）
JUNG IN ST. 보이드의 발생（例） 수작업에서 발생한 보이드　　　　（Blow Hole） 열부족에 의한 Blow Hole. 큰 보이드가 발생할 가능성이 높다. SMT에서 발생한 보이드. 표면실장에서는 보이드가 발생하기 쉬우며 특히PbFree에서는 큰 보이드의 발생에 주의

30 JUNG IN ST. Cu-wire의 Soldering Cu먹힘 현상에 대해

31 Ｃｕ線의 Soldering時에 発生한 線細 現象
JUNG IN ST. Ｃｕ 먹힘 현상 Ｃｕ線의 Soldering時에 発生한 線細 現象　 0.05mm Cu線 残存率　69% 残存率　18% 솔더링 soldering前　　（断面写真） 350℃×１ｓｅｃ 350℃×５ｓｅｃ 솔더링時에 Ｃｕ가 솔더중에 녹아 나오고、Ｃｕ線이 가늘게 되는 現象。 솔더링성분,솔더링온도,솔더링시간에 의해 Ｃｕ線의 먹히는 양은 변한다。 먹히는 양은 Ｓｎ％　많다＞작다、　솔더링 온도 높다＞낮다 　　　　　　　　　　　솔더링時間　길다＞짧다。

32 ＰｂＦｒｅｅ化에 의한 影響 共晶솔더보다 먹히는 것은 빠르고 심하다。 코일線의 솔더링 例 断面写真
JUNG IN ST. ＰｂＦｒｅｅ化에 의한 影響 共晶솔더보다 먹히는 것은 빠르고 심하다。 코일線의 솔더링 例 断面写真 솔더링 良好한状態　　　　　Cu선 잔존율 ７５％이상 Ｃｕ먹힘 発生 　　　　Ｃｕ선 잔존율30％이하 솔더욕조

33 各種合金과 残存率② 27.3% 33.9% 45.1% 78.5% 83.4% 솔더링前의 Ｃｕ線 １００％
JUNG IN ST. 各種合金과 残存率② 솔더링前의 Ｃｕ線　　１００％ 　４００℃　２ｓｅｃ에 솔더링 後의 断面写真 Sn-3.0Ag-0.5Cu Sn-0.7Cu LFM-41 LFM-59H LFM-62H 27.3% 33.9% 45.1% 78.5% 83.4%

34 JUNG IN ST. Cu 먹힘 불량例 단선 Ｃｕ세선을 직접 Soldering 할 때, 또한 Cu 세선의 Soldering 부분을 다시 Soldering 할때에 단선이 발생하기 쉽다. 위험한 경우는 반드시 대책이 선 Solder 합금을 사용한다. Soldering 단선 Soldering 완료 부품의 재 Solder

35 JUNG IN ST. Thank you 日本アルミット株式会社　向井賢二 喜星金属株式会社　　　　李　柱東