- 공법별 Pb-free 대응제품 및 기술소개

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1 - 공법별 Pb-free 대응제품 및 기술소개
R & D on Lead-Free Solder Ｐｂ-free Solder 동향에 대하여…. (5) (일부실용화단계에 있는Ｐｂ-free Solder） - 공법별 Pb-free 대응제품 및 기술소개 센주금속공업㈜ 개발기술부　Technical Center 한국 판매대리점 SMT KOREA CO., LTD Tel ,2 Fax 6 Mar. 2001

2 ☞ Flow Soldering ☞ Reflow Soldering ☞ Hand Soldering
공법별 Pb-free 대응제품 및 기술소개 ☞ Flow Soldering ☞ Reflow Soldering ☞ Hand Soldering

3 ① Flow - 공법 (Bar Solder, Wave Soldering장치, Flux)
공법별 Ｐｂ-free 대응제품 및 기술소개 ① Flow - 공법 　(Bar Solder, Wave Soldering장치, Flux) ② Reflow - 공법　 (Solder Paste & Reflow) ③ 수작업 - 공법　 (수지입 Solder) テーマの内訳 １．フローはんだ付けのはんだ材料について ２．フローはんだ付けのフラックス材料について ３．リフローはんだ付けの材料について ４．手はんだ付けの材料について ５．今後の課題

4 ① Flow Soldering Bar Solder - Eco Solder Bar １）Sn/Ag/Cu
２）Sn/Ag/Bi/Cu ３）Sn/Cu 문제사례）- Dross（Solder를 함유한 산화물）의 증가 　　　　　　-스루홀의 젖음이 부족 　　　　　-Ｐｂ함유도금에 의한 신뢰성 저하、Lift-off 발생 M35 (Sn-0.7Cu-0.3Ag) M705 (Sn-3Ag-0.5Cu) SA2515 (Sn-2.5Ag-1Bi-0.5Cu) フローはんだ付けで使用されている代表的な合金を示します。 現在は主にM705、SA2515、M35の３種に絞られております。 問題点としては、酸化物に対する対策と 部品及び基板からの不純物混入に対する管理です。 これより、M705を中心にして、当社での特性試験結果を報告致します。

5 Flow 납조온도와 융점 비교 63SnPb SnAgCu ２５５ ℃ ２３５～２５０ ℃ 온도차 ３５℃ 온도차 ５２～６７℃
온도차 ５２～６７℃ ２２０ ℃ Solder 융점 １８３ ℃

6 Fillet - up 상태 －５５０μｍ －１００μｍ ２００μｍ ８００μｍ
Pb-free Solder　 기판두께:1.6 　Hole 직경:1.0　 Land 직경:1.9 －５５０μｍ －１００μｍ ２００μｍ ８００μｍ

7 Fillet – Up Height N2 AIR H63 Air N2 H63 N2 굆괧 M31 Air AIR M31 N2 N2
1000 800 N2 AIR 600 400 N2 H63 Air 200 H63 N2 굆괧 Fillet height on Upper land M31 Air AIR M31 N2 N2 AIR M35 Air -200 M35 N2 -400 M20 Air AIR M20 N2 -600 ２４０ ２５０ ２６０ ２７０ Temperature of Solder

8 Through-Hole PWB （Sn-Pb Plating DIPIC）
Influence by Lead of plating 　납함유 도금에 의한 영향 Lift-off (Fillet Lifting) Lift-off (Fillet Lifting) Lead Solder Land Component Through hole PWB Ｐｂ Crack ●Ｓｎ－３Ａｇ－０．５Ｃｕ Through-Hole PWB 　 （Sn-Pb Plating DIPIC） ※）Bad influence on thermal resistant of solder joint has been reported. Solder 접합부 내열성에의 악영향 사례가 있음

9 Ｐｂ- free 대응 Flux (Post-Flux)
Sparkle Flux ES-1040S Sparkle Flux ES series Solid Content Chlorine Content Spreadability (M705) 0.08wt% 77% 14wt% Solder Surface Mat type Flux Activity RA type PO-F-1010K 0.07wt% 76% 15wt% Conventional flux Flux for Pb-Free 次に、フラックスについて説明いたします。 Pb-Free用ポストフラックス性能一覧です。 従来品と比較して、性能的にはほぼ同等ですが･･････

10 Bridge 발생 Bridge 미발생 ES-1040S PO-F-1010K (Conventional flux)
はんだ付けした基板において、ブリッジがなく綺麗に仕上がります。 これは活性成分の違いによるものです。

11 ② Reflow Soldering Sn/Ag/Cu Sn/Ag/Bi/Cu Sn/Zn/Bi
Eco Solder Paste Series Sn/Ag/Cu Sn/Ag/Bi/Cu Sn/Zn/Bi 문제사례）- Reflow가능 온도범위가 좁다 - 221BM5 - 224C （Pre-heat 내열성 향상） Sn-Zn계 전용 Type Eco Solder Pasteは、基本的にすべてのはんだ合金で対応可能です。 ここでは代表的な３種の合金系に開発されたフラックスタイプについて 報告します。

12 Ｐｂ-free paste & Reflow온도 요구 조건
63SnPb SnAgCu 약 내열부품 한계 ２４０℃ Reflow 가능 범위 ２３０℃ ２２０℃ 접합부 최저온도 Solder 융점 ２００℃ １８３℃

13 QFP Solder Joints of Sn-Ag-Cu(M31) Solder Paste
Feflow Temp. ２１５℃ ２２０℃ ２２５℃ 300 온도차ΔT크다　 Over heat 경향 260℃ 온도차ΔＴ 250 230℃ 200 온도(℃) 150 종래의 Reflow 온도 profile 100 고온부 50 저온접합부 50 100 150 200 250 시간(sec)

14 대책필요 Reflow기판 온도차ΔＴ억제의 일반적 방법과 폐해 현재설비（ΔＴ미대책 & 대기 Reflow）에서 대응
기판온도차ΔＴ큼 & 내열허용치 초과 Pre-heat온도를 상승시켜 기판온도를 보다 균일화　　　→　본가열시의 기판온도차 ΔT를 억제 Pre-heat 온도 상승에 의한 Paste 열화로　　 Reflow후 Solder Ball、미용융、젖음불량 발생 대책필요

15 Reflow 기판온도차ΔＴ억제대책 - Ｐｂ- free 대응 Air Reflow의 검토 - Ｐｂ- free 대응 질소 Reflow의 검토 - Ｐｂ- free 대응 내열 Paste의 검토 - 저융점 Ｐｂ- free 합금의 검토

16 Ｓｎ+Ａｇ+Ｃｕ계 추천 온도 Profile

17 Ｐｂ- free 대응 Air Reflow의 검토
Pb-free 대응 Reflow ΔT ５℃ 이내 종래 Reflow　ΔT １５℃ 이내

18 Ｐｂ- free 대응 질소 Reflow의 검토（Ｎ２분위기 결과）
　　종래의 Paste 대기 Reflow Reflow Peak 240℃ Pre-heat 온도 (℃) Pre-heat 시간 (sec) 40 60 90 120 180 150 ○ △ 175 Ⅹ 200 ⅩⅩ 종래의 Paste Ｎ２ Reflow（100ppm） Pre-heat 온도 (℃) Pre-heat 시간 (sec) 40 60 90 120 180 150 ○ 175 200 ○：양호　　△：Solder Ball有　　×：미용융有　　××：미용융有、젖음불량有

19 ○：양호 △：Solder Ball有 ×：미용융有 ××：미용융有、젖음불량有
Ｐｂ- free 대응 내열 Paste의 검토 표. Pre-heat 조건에 따른 대기 Reflow성 비교 ( Peak 240 ℃ ) Pre heat 온도 (℃) Pre heat 시간 (sec) 60 90 120 221CM5 221BM5 224C 150 ○ 175 △ Ⅹ 200 ⅩⅩ ○：양호　　△：Solder Ball有　　×：미용융有　　××：미용융有、젖음불량有 　 종래 Paste ：２２１ＣＭ５ ★　내열 Paste ：２２１ＢＭ５ ★　초내열 Paste ：２２４Ｃ

20 ③ Hand Soldering Eco Solder Cored 수지입 Solder Sparkle ESC Series
Diameter　　 　０．３～１．６φ Flux Type　　 ＪＩＳ　Ａ　Type (JIS Z 3282) Chlorine Content　０．４ｗｔ％ (JIS Z 3282) Spreadability　　 ７８％（Ｍ７０５） 次にやに入りはんだEco Solder Coredについて説明いたします。 ヤニ入り用Pb-Freeはんだは必ずしもペ－ストと同一の合金にする必要はなく、これらのはんだの使用で十分信頼性が確保されています。 よって合金系は基本的にM20,M30,M35,M705の４種でーす。 そして、フラックスタイプはJIS A級です。

21 Hand Soldering Test Comparison of dewetting rate by Iron bit temp.
Soldering Time 2.0sec Comparison of dewetting rate by Iron bit temp. Iron bit temp.　（℃） Dewet rate ( % ) ESC M705 Conventional flux M705 good 先のテスト基板による、コテ先温度別の赤目の試験結果です。 同様にｎ＝５０で、赤目が確認されたポイント数を割合として示したグラフです。 ESCは、どのコテ先温度でも十分な濡れ、広がりが得られます。 濡れ性につきましては、従来品と比較して格段に向上しております。