锡膏应用
暨表面组装（ＳＭＴ）无铅焊接工艺可靠性技术
? 焊料及焊接原理
? 1：SMT实现过程 ? 2：焊料 ? 3：焊接原理
1
1、SMT工艺实现过程（1/4）
2
1、SMT工艺实现过程（2/4）
3
1、SMT工艺实现过程（3/4）
4
1、SMT工艺实现过程（4/4）
5
2、焊料（1/8）
焊料在电子产品中的运用:
常见焊接方法：手工焊、波峰焊、回流焊
6
2、焊料（2/8）
钎焊与有铅&无铅焊料相关基本概念
硬钎料
钎料熔点＞450 ℃
有铅焊料
软焊料
焊料熔点＜450 ℃
7
无铅焊料
硬钎焊 软钎焊
2、焊料（3/8）
无铅焊料合金的选择(回流焊&波峰焊)
波峰焊工艺 最常用焊料合金
回流焊、手工焊工 艺最常用焊料合金
8
2、焊料（4/8）
SMT用有铅&无铅焊料对照
熔点（℃） 密度（g/cm3）
润湿角（°） 表面张力（260℃,dyne-cm）
Sn63Pb37
183 8.42 14 380
无铅合金(Sn-xAg-yCu)
217～219 7.50 44 460
9
2、焊料（5/8）
共晶焊料的概念
焊料合金中,若存在一种组分,使得在同一温度下,合金直接从固态变为液态,而不经 过塑性阶段。那么这种组分的合金成为共晶合金，对应的焊料为共晶焊料。其熔化 温度称为共晶温度或共晶点。
在大多数情况下，共晶合金中组成物金属的熔点与它在纯金属状态下的熔点相差 100℃。比如，最常用的有铅共晶焊料组分为Sn63Pb37，其共晶点为183℃。而 纯Sn的熔点232℃，纯Pb的熔点328 ℃ 。
下表为常用无铅焊料的共晶成分及其共晶点：
合金系列
Sn-Ag Sn-Cu Sn-Ag-Cu
共晶成分
Sn-3.5Ag Sn-0.7Cu Sn-3.9Ag-0.6Cu
共晶点（℃）
221 227 217 ?
10
2、焊料（6/8）
严格来说，三元合金的共晶成 分不存在！
行业内使用最多的无铅焊料的合 金成分为Sn-3.0Ag-0.5Cu，其可 焊性与可靠性被认为与Sn63Pb37 最接近！
出于成本考虑，Ag含量低于1% 的低银SAC系列合金也被越广泛 地使用。
11
2、焊料（7/8）
焊料的各种形态:
焊料产品形态： 锡膏（回流焊）、锡线（手工焊）、锡条（波峰焊）、预成型焊料片
12
2、焊料（8/8）
SMT用焊锡膏组成
锡膏是由合金颗粒（见左图） 与助焊剂按一定比例（重量比为 9：1）混合而成。
合金颗粒呈球形或椭球形，根 据其直径的分布，可以将锡膏分 为6种类型。
13
3、焊接原理（1/9）
焊接定义
焊接是通过加热或加压或两者并行的方式使两种或两种以上同种或异种材料通过原子或 分子之间的结合和扩散连接成一体的工艺过程。
14
3、焊接原理（2/9）
焊接相关的基本概念 —— 表面张力
表面张力（Surface tension）是一种物理效应，它使得液体的表面总是试图获得最小的、 光滑的面积，就好像它是一层弹性的薄膜一样。其原因是液体的表面总是试图达到能量最低的 状态。
广义地所有两种不同物态的物质之间界面上的张力被称为表面张力。表面张力的量纲是单位 长度的力和单位面积的能。在材料科学里，表面张力也称为表面应力和表面自由能。
15
3、焊接原理（3/9）
焊接相关的基本概念 —— 润湿
润湿（Wetting）是指液相与固相接触时液相沿着固相表面铺展的现象。 液体在固体表面能铺展，接触面有扩大的趋势，就是润湿，此时液体对固体表面的附着力大 于其表面张力；液体在固体表面不能铺展，接触面有收缩成球形的趋势，就是不润湿，此时液 体对固体表面的附着力小于其表面张力。
16
3、焊接原理（4/9）
焊接相关的基本概念 —— 润湿角
润湿角（Wetting Angle）是通过润湿平衡原理测量、计算获得的，它是衡量焊料可焊性 的重要指标。
θ=0°，表示完全润湿；θ=180°，表示完全不润湿；0°＜θ＜90°，表示润湿良好。
17
3、焊接原理（5/9）
焊接相关的基本概念 —— 扩展率
H0
焊料
H
基板
焊料
基板
基板
18
3、焊接原理（6/9）
焊接相关的基本概念
将“大、小、好、差”填写在下表空格中：
表面张力 基材附着力
润湿角 扩展率 润湿性 可焊性
Sn63Pb37 小 大 小 大 好 好
无铅合金(Sn-xAg-yCu) 大 小 大 小 差 差
19
3、焊接原理（7/9）
焊接过程的微观解析
在室温下 25 – 30℃
(所有物质都是固态)
Ⅰ
SnAgCu
在焊锡熔点温度下 217 – 219℃
(焊锡呈液态)
焊料
Ⅱ
SnAgCu
Ⅲ
在发生化学反应的温度下 250 – 260℃
(在1秒钟内,生成约0.5μm厚的IMC)
SnAgCu
Cu3Sn/Cu6Sn5/Ag3Sn
Ⅳ
当温度升至太高时,比如 320 – 350℃ 及以上
(化学反应剧烈,形成太厚的IMC)
SnAgCu
20
APQP APQP=Advanced Product Quality Planning 中文意思是:产品质量先期策划（或者产品质量先期策划和控制计划），是一种结构化的方法，用来确定和制定确保某产品使顾客满意所需的步骤。目标是促进与所涉及每一个人的联系，以确保所要求的步骤按时完成。它包括从产品的概念设计、设计开发、过程开发、试生产到生产，以及全过程中的信息反馈、纠正措施和持续改进活动，参加的成员可包括：技术、制造、材料控制、采购、质量、销售、现场服务、供方、顾客的代表。持续改进是APQP循环的要点，APQP是质量系统中不可或缺的重要子系统，APQP子系统中还包含其它许多系统，如FMEA，控制计划 PPAP ppap是production part asspoval procedure的简称 生产件批准程序(PPAP)规定了包括生产和散装材料在内的生产件批准的一般要求。PPAP的目的是用来确定供应商是否已经正确理解了顾客工程设计记录和规范的所有要求，以及其生产过程是否具有潜在能力，在实际生产过程中按规定的生产节拍满足顾客要求的产品 SPC SPC(Statistical Process Control)即统计过程控制，是20世纪20年代由美国休哈特首创的。SPC就是利用统计技术对过程中的各个阶段进行监控，发现过程异常，及时告警，从而达到保证产品质量的目的。这里的统计技术泛指任何可以应用的数理统计方法，而以控制图理论为主。但SPC有其历史局限性，它不能告知此异常是什么因素引起的，发生于何处，即不能进行诊断，而在现场迫切需要解决诊断问题，否则即使要想纠正异常，也无从下手 MSA 就其字面意思来讲就是：measuring system analyze ，即：测量系统分析。 它是运用各种技术对量测系统进行分析，以确认量测系统的短期与长期稳定性，从而确保量测结果数据的真实性，可靠性及可利用性，以指导实际的制程作业。主要分析包括： 偏倚性（即准确性） 线性 重复性 再现性 稳定性 俗称五性分析 FMEA 简介 FMEA(Failure Mode and Effect Analysis,失效模式和效果分析)是一种用来确定潜在失效模式及其原因的分析方法。 具体来说，通过实行FMEA，可在产品设计或生产工艺真正实现之前发现产品的弱点，可在原形样机阶段或在大批量 生产之前确定产品缺陷。 FMEA最早是由美国国家宇航局(NASA)形成的一套分析模式，FMEA是一种实用的解决问题的方法，可适用于许多工程
新版PFMEA-过程失效模式与影响分析实战训练 ●课程背景 德国汽车工业协会（VDA QMC）在德国柏林召开股东会议，并正式宣布新版AIAG-VDA FMEA标准发布！这是一个历史性时刻，历经了长时间汽车行业专家的反复研讨和修订，第一版的AIAG-VDA标准终于正式发布！本次培训将根据最新发布的AIAG-VDA FMEA 要求，系统地讲解新版FMEA的背景，重要变化点以及企业如何应对等，并对新的AIAG-VDA FMEA七步法进行详细讲解，帮助企业迅速掌握新版FMEA的使用。FMEA是1960年代美国太空计划所发展出来的一套手法，为了预先发现产品或流程的任何潜在可能缺点，并依照其影响效应，进行评估与针对某些高风险系数之项目，预先采取相关的预防措施避免可能产生的损失与影响。近年来广为企业界做为内部预防改善与外部对供货商要求的工具，是从事产品设计及流(制)程规划相关人员不得不熟悉的一套运用工具。FMEA是系统化的工程设计辅助工具，主要利用表格方式协助进行工程分析，使其在工程设计时早期发现潜在缺陷及其影响程度，及早谋求解决之道，避免失效之发生或降低影响，提高系统之可靠度。因此尽早了解与推动失效分析技术，是业界进军国际市场必备的条件之一！ ●培训对象 研发总监、经理、工程师；质量总监、质量经理、质量主管、质量工程师、质量技术员；技术总监、经理、工程师、技术员；产吕流程总监、经理、工程师、技术员；生产经理、生产主管以及所有工程师（PE，ME，QA，SQE等）。 ●培训时间 1天 ●课程收获 1.了解最新版FMEA的背景及主要变化点 2.理解和掌握新版FMEA的七步法 3.预先考虑正常的用户使用和制造过程中会出现的失效 4.有助于降低成本提升效益，预防不良品的发生 5.建立产品可靠度保证系统，让学员具备对产品的整体的概念 6.认识失效的类型及其影响
FMEA管理模式(Failure Mode and Effect Analysis,失效模式及效应分析) 什么是FMEA? FMEA(Failure Mode and Effect Analysis,失效模式和效果分析)是一种用来确定潜在失效模式及其原因的分析方法。 具体来说，通过实行FMEA，可在产品设计或生产工艺真正实现之前发现产品的弱点，可在原形样机阶段或在大批量生产之前确定产品缺陷。 FMEA最早是由美国国家宇航局(NASA)形成的一套分析模式，FMEA是一种实用的解決问题的方法，可适用于许多工程领域，目前世界许多汽车生产商和电子制造服务商(EMS)都已经采用这种模式进行设计和生产过程的管理和监控。 FMEA的具体内容 FMEA有三种类型，分別是系统FMEA、设计FMEA和工艺FMEA， 1)确定产品需要涉及的技术、能够出现的问题，包括下述各个方面： 需要设计的新系统、产品和工艺； 对现有设计和工艺的改进； 在新的应用中或新的环境下，对以前的设计和工艺的保留使用； 形成FMEA团队。理想的FMEA团队应包括设计、生产、组装、质量控制、可靠性、服务、采购、测试以及供货方等所有有关方面的代表。 2)记录FMEA的序号、日期和更改内容，保持FMEA始终是一个根据实际情況变化的实时现场记录，需要强调的是，FMEA文件必须包括创建和更新的日期。 3) 创建工艺流程图。 工艺流程图应按照事件的顺序和技术流程的要求而制定，实施FMEA需要工艺流程图，一般情況下工艺流程图不要轻易变动。 4)列出所有可能的失效模式、效果和原因、以及对于每一项操作的工艺控制手段： 对于工艺流程中的每一项工艺，应确定可能发生的失效模式.如就表面贴装工艺(SMT)而言，涉及的问题可能包括，基于工程经验的焊球控制、焊膏控制、使用的阻焊剂(soldermask)类型、元器件的焊盤图形设计等。 对于每一种失效模式，应列出一种或多种可能的失效影响，例如，焊球可能要影响到产品长期的可靠性，因此在可能的影响方面应该注明。 对于每一种失效模式，应列出一种或多种可能的失效原因.例如，影响焊球的可能因素包括焊盤图形设计、焊膏湿度过大以及焊膏量控制等。 现有的工艺控制手段是基于目前使用的检测失效模式的方法，来避免一些根本的原因。例如，现有的焊球工艺控制手段可能是自动光学检测(AOI)，或者对焊膏记录良好的控制过程。 5)对事件发生的频率、严重程度和检测等级进行排序： 严重程度是评估可能的失效模式对于产品的影响，10为最严重，1为没有影响； 事件发生的频率要记录特定的失效原因和机理多长时间发生一次以及发生的几率。 如果为10，则表示几乎肯定要发生，工艺能力为0.33或者ppm大于10000。 检测等级是评估所提出的工艺控制检测失效模式的几率，列为10表示不能检测，1表示已经通过目前工艺控制的缺陷检测。 计算风险优先数RPN(riskprioritynumber)。 RPN是事件发生的频率、严重程度和检测等级三者乘积，用来衡量可能的工艺缺陷，以便采取可能的预防措施减少关键的工艺变化，使工艺更加可靠。对于工艺的矫正首先应集中在那些最受关注和风险程度最高的环节。 RPN最坏的情況是1000，最好的情況是1，确定从何处着手的最好方式是利用RPN 的pareto图，筛选那些累积等级远低于80%的项目。 推荐出负责的方案以及完成日期，这些推荐方案的最终目的是降低一个或多个等级。对一些严重问题要时常考虑拯救方案，如: ●一个产品的失效模式影响具有风险等级9或10； ●一个产品失效模式/原因事件发生以及严重程度很高； ●一个产品具有很高的RPN值等等。 ●在所有的拯救措施确和实施后，允许有一个稳定时期，然后还应该对修订的事件发生的频率、严重程度和检测等级进行重新考虑和排序。 FMEA的应用