Saldatura ad onda senza piombo

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1 Saldatura ad onda senza piombo Pagina 1 di 22

2 Criteri di scelta della lega saldante se si privilegia il costo della lega è preferibile SnCu0.7 se si considera il processo produttivo è preferibile aggiungere l argento (SAC) bagnabilità migliore temperatura più bassa dissoluzione inferiore delle finiture con Ag MA si incrementa l erosione del pozzetto può essere ridotto Tenere in considerazione questi fattori. Non valutare solo il costo del metallo!!! Pagina 2 di 22

3 Riconversione delle vecchie macchine Pagina 3 di 22

4 Cambio della lega pozzetto: sicuramente vita inferiore formazione di scorie maggiore procedura usata (se compatibile): rimozione dellalegacontenentepb lavaggio con Stagno 100% aggiunta di lega 96SC (SAC) Pagina 4 di 22

5 Cambio della lega analisi del bagno al 16/02/05 Sn % Ag 3.78% Cu 0.629% Pb % Fe % costante con lega 96SC (SAC) Pagina 5 di 22

6 Verifica della lega nella saldatura ad onda contaminazione della lega derivante da schede, componenti e macchina incremento delle scorie? l azoto lo diminuisce - migliora la bagnabilità intermetallico più spesso - giunti granulosi? incremento corti? aree con lega basso fondente (con inquinanti) fillet lifting Pagina 6 di 22

7 Componenti il rischio di contaminazione proveniente dai terminali è elevato. nessuna differenza nella marcatura. possibilità di ricevere materiali contraffatti handling, immagazzinamento e identificazione potrebbero essere i fattori critici Pagina 7 di 22

8 Profilo termico Temperature [ C] Bottom L. Saldature Top L. Componenti Time [min] Forsten, Steen, & Wilding, Soldering & Surface Mount Technology Pagina 8 di 22

9 Formazione di scorie con leghe senza piombo temperatura dell onda elevata - rischio più elevato di creare scorie utilizzo dell azoto per ridurre le scorie da prove pratiche è emerso che non è indispensabile gli effetti di sostanze inquinanti (o impurità) sono generalmente più evidenti rispetto a Sn/Pb le impurità generalmente utilizzate per modificare la struttura microcristallina del metallo, promuovono la formazione di scorie, ma si comportano né più né meno che con leghe Sn/Pb aggiunte di P riducono la formazione di scorie Pagina 9 di 22

10 Dissoluzione del Rame nella saldatura senza piombo (onda) Spessore del rame della piazzola, ridotto dalla lega Pagina 10 di 22

11 Dissoluzione del Rame nel bagno SnAg3.8Cu Dissolution rate nm/s fili di rame immersi nella lega Static Dynamic Temperature C Forsten, Steen, & Wilding, Soldering & Surface Mount Technology Pagina 11 di 22

12 Contaminazione da Cu nel bagno SnAg3.8Cu0.7 1,2 1,1 accumulo di rame derivante dalle PCB Cu %-w in alloy 1 0,9 0,8 0,7 0,6 1,02 1,01 0,94 0,88 0,85 0,83 0,79 0, [Months since implementation] >1% Cu può far Period formare 1 particelle Period intermetalliche 2 che causerebbero corti al 3 e 7 mese, si è dovuto aggiungere nel bagno SnAg3.6, per diminuire il contenuto di rame Forsten, Steen, & Wilding, Soldering & Surface Mount Technology Pagina 12 di 22

13 Contenuto di Ag nel bagno SnAg3.8Cu0.7 [Ag %-w in alloy] 5 4,5 4 3,5 3 Forsten, Steen, & Wilding, Soldering & Surface Mount Technology [Months since implementation] contenuto di Ag stabile (come presunto) le finiture in Ag non si dissolvono rapidamente nel bagno Pagina 13 di 22

14 [Ni %-w in alloy] Contaminazione da Ni nel bagno SnAg3.8Cu0.7 0,05 0,04 0,03 0,02 0, [Months since implementation] l accumulo di Nichel è dovuto alla dissoluzione nel bagno del pozzetto o degli ugelli. l effetto si è evidenziato dopo circa 2-3 mesi l accumulo è stato rallentato grazie al ripristino di lega fresca per il normale consumo derivante dalla saldatura e dalla formazione di scorie Forsten, Steen, & Wilding, Soldering & Surface Mount Technology Pagina 14 di 22

15 Erosione sugli ugelli Risolta utilizzando materiali più resistenti Forsten, Steen, & Wilding, Soldering & Surface Mount Technology Evidenza di intaccatura su un ugello di acciaio inox 18/8 dopo 2-3 mesi di produzione Pagina 15 di 22

16 Contaminazione da Pb nel bagno SnAg3.8Cu0.7 molti processi apporteranno Pb nel bagno per un periodo indeterminabile (finiture componenti) l effetto più probabile è la formazione del fillet lifting su schede doppia faccia aspetto estetico difficile misurarne l incidenza sull affidabilità deve essere evitato perchè difficilmente riconoscibile da altri difetti ben più rischiosi Pagina 16 di 22

17 Contaminazione da Pb nel bagno SnAg3.8Cu0.7 [Pb %-w in alloy] 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, [Months since implementation] nella fase di test, il 50% delle schede aveva finitura HASL SnPb e molti componenti avevano finituresnpb. il restante 50% avevano finitura HASL senza piombo (SnCu0.7) o NiAu. Forsten, Steen, & Wilding, Soldering & Surface Mount Technology Pagina 17 di 22

18 Esempio di Fillet Lifting Fillet Lift Fillet Lift Pagina 18 di 22

19 Origine del Fillet Lifting si genera nei giunti quando nella lega vi sono zone con intervallo plastico tracce di Pb e/o Bi producono nel giunto aree con punto di fusione più basso durante il raffreddamento del giunto, la porzione già solida, perde contatto con la superficie della piazzola, per effetto della contrazione dovuta alla solidificazione delle aree basso fondenti accade soprattutto nelle schede through-hole, compreso il paste-in-hole accade raramente in SMT in condizioni di raffreddamento non corrette Pagina 19 di 22

20 Giunto saldato - PCB Fillet Lifting si verifica in presenza di leghe ad alto contenuto di Sn e con Bi nella saldatura su finitura del PCB e/o dei componenti in Sn/Pb quando ci si trova con entrambe le condizioni sopra citate anche per effetto della diversa dilatazione e contrazione di PCB e giunti = area con punto di fusione più basso piazzola in rame FR4 vista tridimensionale dell area sollevata contrazione giunto flusso del calore Pagina 20 di 22 piedino DIL

21 Flussanti per saldatura ad onda Pb-free utilizzando l attuale flussante puo succedere che: diminuisce la finestra operativa aumenta la difettosità flussanti in sviluppo i flussanti con medio contenuto di solidi, non necessitano modifiche i prodotti a basso residuo necessitano di attivatori più resistenti i flussanti VOC-free necessitano di una maggior resitenza alla formazione di micro-solder balling Pagina 21 di 22

22 Effetti della saldatura Lead free con l utilizzo di adesivi per il montaggio superficiale Pagina 22 di 22