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焊接的检验标准和流程

焊接的检验标准和流程

焊接技朮教材

1):

連接方式的種類

連接兩個相同或相異材質物體的方法很多﹐不外以共價鍵的產生來連接的化學法﹑及非化學的物理法。

物理方法依其原理划分時﹐又有機械式及冶金式兩種。

機械式乃指螺釘﹑壓配等的結合方式。

而冶金式則以某種物理方式促進與造成填料金屬原子與基材金屬原子間的相互擴散﹑移動﹑置換等。

2):

共晶式焊接與熔接的差異

上述冶金法中又可分成三類﹕熔接﹑硬焊﹑與軟焊﹐對其通俗的說法為﹕熔接用于鋼鐵﹑硬焊用于非鐵金屬﹑軟焊用于電子材料。

若以合金特性來看此三者所使用的填料﹐則只有兩類﹐熔接屬非共晶式﹐硬焊與軟焊則屬共晶式。

換言之﹐熔接一般使用與基材具同質性的金屬作為填料﹐而硬焊與軟焊則使用具有共晶特性的金屬作填料。

故硬焊與軟焊名稱雖然有異﹐在連結制程的原理與操作上無所差異﹐唯一的區別﹐在于操作溫度﹐高于450℃者稱為硬焊﹐低于450℃者是軟焊。

一般硬焊所用材料稱為硬填料﹐軟焊所用材料稱為焊錫(但此字并一定指Pb-Sn合金)

化學化

連接方式機械原理

物理化非共晶式﹕熔接

冶金原理硬焊(>450℃)

共晶式﹕焊接

軟焊(<450℃)3):

共晶方式與一般的特性比較

一般來說﹐共晶式連接與其他任何方式的連接作比較時﹐具有下列特點﹕

~能粘裝異常材料﹐如鑄件與鍛件﹑金屬與非金屬﹑多孔質與織密質等。

~金屬性的高強度結合﹐能耐震擊﹐承受動態負荷

~耐冷及耐熱﹐具寬廣的使用溫度范圍﹐屬半永久式或永久式結合。

~能粘復雜形狀的物件﹐如斷面余材厚度差異很大的情況。

~可精確控品尺寸。

~使用中優良的應力分布與熱傳導。

~因為其低熔點﹐故易保存基材原有的冶金特性。

4)﹕共晶式焊接的作業程序

~~基材與填料的加熱﹐稱之物理陛段。

~~基材與填料的冶金作用﹐稱之冶金陛段。

~~冷卻及基材清理﹐稱之冷卻陛段。

由以上的作業順序來看﹐熱量的供應實為作業的關鍵﹐一般必須考慮到下列因素﹕

~~加熱與冷卻的速度太快﹐可引致熱應力。

其起因為工件內外或各局部溫度不同﹐造成各自膨脹(收縮)量有差異﹐可造成物體變形或產生裂痕﹐特別要注意余材厚度差異大的轉角及薄板。

~~溫度探針因其位置所測得的溫度顯示于儀表上﹐可能與工件表面的實際溫度不同。

~~若物體在烤箱內加熱﹐需使物體與物體有適宜間隔﹐以便烤箱的風扇將空氣良好的循環﹐才能產生均勻有效的熱對流。

此外﹐也不能放太多物體來加熱﹐超過烤箱加熱能力﹐將無法穩健的升溫。

1/13

~~采用局部加熱時﹐需要考慮命使用治具﹐以免熱變形造成焊接走樣錯位。

但治具也可能在冷卻過程中使工件產生額外殘留應力。

5):

共晶反應及現象

共晶合金的優點之一﹐為其熔點低于純金屬。

共晶的意義可以簡單解釋為﹕當A,B兩種元素(一般為金屬)以適當的比例混合加熱時﹐其熔點溫度將遠低于A,B各自的熔點﹐此比例的合金即為A,B的共晶合金。

A,B兩元素固態時﹐互不相溶﹐但在液態時能以任何比例互溶。

共晶合金在常溫液態狀時為A與B的混合物。

L2L1L3

固體時互不相溶的共晶平衡圖

上圖為此類共晶的平衡圖﹐橫座標為A-B的成分重量百分比﹐最左邊表示A=100%,B=0%﹔最右邊表示A=0%,B=100%。

從座標為溫度。

各區域簡述如下﹕

a)

固相線geh﹐此線下方是固體區A+E(A金屬及共晶)及B+E(B金屬及共晶)

b)

液相線ae及eb,此二線上方是均質液體區L

c)

固相與液相混合區﹐為三角形age及ehb所包圍。

三角age含有A+L(A金咯及液體L)﹐三角形ehb含有B+L(B金屬及液體L).

d)固體S2(B含量20%)﹐在高溫為均質液體L2

固體E(B含量60%)﹐在高溫為均質液體L1

固體S3(B含量80%)﹐在高溫為質液體L3

此型合金的特點為A.B二元素于常溫固態時完全互不相溶﹐但在高溫時則可以任何比例互溶。

L縱線的詮釋

L1由高溫冷卻至溫度te時﹐開始凝固﹐出現半凝固體﹐此時溫度保持te直到所有液體成為固體后﹐溫度才下降。

在溫度te所出現的固體﹐為A元素區與B元素區﹐同時在每個晶粒內出現﹐此點稱為共晶點﹐此溫度稱為共晶溫度。

L2縱線的詮釋

L2的成分稱為亞共晶﹐當其由高溫冷卻時﹐則首先遇到液相線交點I0﹐開始晶出A元素的固體初晶﹐溫度降至tx時﹐晶出的固體A元素體積與殘留液體體積(其成分為q點之成分)比﹐應為線段長度mq﹕mp之比﹐此稱為杠杆原理。

隨著溫度下降﹐q點沿ae弧線向右移動﹐mq長度增加﹐而mp卻不變﹐所以固體A的量增加。

L3縱線的詮釋

L3成分稱為過共晶﹐當其由高溫冷卻時﹐情形與L2類似﹐只是將上文中的A元素改為B元素而已。

6)液態完全互溶﹐固態僅能部分互溶之兩相合金

A,B二元素液態時完全互溶﹐固態時互有部分溶解度﹐而行成共晶混合物。

固體能有部分互溶的共晶平衡圖

7)﹕液態時彼此完全互溶﹐固態時彼此間生成介面合金共化物

此化合物在熔點以下不發生分解。

溫度

生成介面合金共化物

的合金平衡圖

β

a

a

L+AmBn

L+AmBn

L+β

B

A

AmBn成份

L

L

L+a

β+AmBn

a+AmBn

此型的平衡圖如圖7所示﹐平衡圖上成分AmBn的化合物可看為另一種成分C,所以把此圖分成A-AmBn及AmBn-B兩個獨立的平衡圖來看時﹐像是A-C及C-B的二元合金平衡圖﹐其各自的溶解凝固過程的均于圖3或6相似。

‘介面合金共化性’之性質接近非金屬﹐硬而脆﹐缺少延展性﹐較不利于合金的機械性質﹐所以几乎不直接性的使用作填料﹐而系間接使用。

綜合以上平衡圖對共晶的說明﹐結論如下﹕

~~二元共晶合金熔點低于所組成合金元素之各自熔點﹐亦低于二者任何比例的合金。

~~若在二元合金中加入第三元素﹐造成三元共晶﹐有可能再度降低熔點。

~~二元共晶合金對加熱或冷卻的相(phase)變化行為﹐如同純粹單一元素金屬﹐即液體降溫至共

晶溫度﹐釋出凝固熱﹐此時出現固體﹐直至全部凝固﹐溫度不會再下降﹔而’亞共晶’或’過共晶’﹐合金在液體中出現固體后﹐隨溫度持續下降﹐固體增多﹐黏度增高﹐直至全部凝固﹐也就是液體變固的過程中﹐有液體與固體的混合物存在于一定溫度范圍內﹐狀態類似漿糊﹐流動性不佳。

由此可以推知﹐以下兩點﹕

(1)以共晶分界線﹐凡組成接近共晶合金之比例者其’相變化’(固體﹑液體)對溫度非常敏感。

(2)高于共晶溫度時﹐各種成分的合金中﹐(亞共晶﹑共晶﹑過共晶)﹐以共晶合金的粘度(viscosity)最低.

五﹑共晶合金的特性與黏裝

黏裝時使用共晶合金﹐而不用其他類金屬﹐主要著眼于﹕

~~低熔點。

~~均質的微觀結構。

~~低黏度及好的流動性。

分別說明于下﹕

5.1低熔點

‘共晶合金’具有低熔﹐已如前述。

此有利于需要金屬性黏裝的場合﹐由于溫度低﹐故加熱容易﹐因此引發的副效應﹐諸如﹕工件氧化﹑膨脹變形﹑組織改變﹑捍接完成后的殘留應力等﹐均可遠低於熔接。

5.2容易有均質的黏裝構造

共晶合金的好處之二﹐即為加熱至溫度稍高于共晶溫度時﹐可得已完全互溶的元均質液體﹐凝固時每個晶粒內均為指紋狀組織﹐不易產生鑄造時所常出現的樹枝狀(Dendritic)結構﹐所以強度均勻﹐而亞共晶與過共晶合金﹐則易產生此種不佳狀結晶。

其次﹐共晶合金與其它的相變態反應﹐如包晶(Peritectic)及偏晶(Monotectic)作比較時﹐此二者的熔點雖也較個別組成元素的熔點低﹐但其由個固體變為液體的過程卻不如共晶合金較能得均質的液體﹐當然在降溫過程由液體變為固體時﹐也以共晶合金能夠得到均質的固體。

5.3良好的流動性(Flowability)

由于共晶合金加熱至共晶溫度以上時﹐即成為液體﹐而其鄰近區域成分的合金(即亞共晶及過共晶合金)﹐在此相同溫度地﹐其’相’仍為液體與固體混合物﹐類似漿糊狀﹐可以想象見共晶合金會有較低的黏度。

如圖8所示﹐其中下半部為A﹑B二元素平衡圖的部分﹐只顯示A與’介面合金共化物’AxBy在各溫度的相﹐上半部則顯示﹐處于某一稍高于共晶溫度時﹐黏度隨合金成分變化的情形﹐而共合晶則有最低的黏度。

以60Sn-40Pb與63Sn-37Pb(此為人稱﹐63/37為最早出現的有關文獻中所稱呼﹐起因于當時的量測誤差﹐故并不表示基Sn/Pb比﹐真正重量比為61.9Sn-38.1Pb)﹐以手焊之焊錫絲為例﹐當用烙鐵各熔化一小段時﹐可以很明顯的看出后者有較低的黏度﹐因為后者為共晶成分合金﹐其固相/液相溫度為183/183℃﹔而前者成分稍偏離共晶﹐其固相/液相溫度為183/193℃。

因為低黏度配合上良好的沾錫能力(Wettability)﹐意味著填料能夠輕易分布于基材表面﹐有好的流動性﹐因此增強可焊性﹐此為共晶材料被選用的原因之三。

需要留意的是﹐填料熔化成液體后﹐其原子與基材原子間的交互作用﹐如介面合金共化物的形成或是互相溶解﹐將造成填料成分有潤濕能力的改變﹐當然影響了流頑性﹐而交互作用的程度決定于溫度與時間﹐所以制程中需要控制此二重要因子。

六﹑可焊性

一種合金是否適用于某種基材的連接﹐也就是在高溫連接的瞬間能否得到到良好的連接效果﹐謂之可焊性。

此方面的探討﹐雖然在約50年前即已得到許多結果﹐但是基本性的連接機制(Mechanism)﹐至今尚無清楚一致性定論﹐歸納前人的研究﹐決定可焊性的因素有下列數項﹕毛細現象﹐沾錫與散布能力(WettabilityandSpreadability)接觸角﹐材料氧化的程度此數項因子﹐并非彼此間完全獨立﹐而是互相關聯與影響﹐其總體表現﹐則為可焊性的良竅詳述。

6.1毛細現象

毛細現象的說明﹐可參照圖9.其所示為一內徑甚小﹐兩端口的玻璃圓管插在液體容器內的情形。

可以看到管內液面在(a)上升(b)下降兩種不同的結果。

其差異則來自于(a)中為水﹐而(b)中為銀的緣故。

此稱之毛細現象。

毛細現象的起因可說是液體分子與固體(玻璃)間的凝聚力(Coalescence)遠強于(或遠弱于)液體分子本身間的凝聚力﹐所以能液面拉高(壓低)。

在圖9中﹐不但玻璃管內液面上升(下降)﹐而且玻璃管外緣液體介面處也有相同的現象。

液體上升(下降)的高度h理論上如下式﹕

h

由上式可知﹕

(i)接觸角>90時﹐管內液面下降(接觸角定義后)

(ii)接觸角<90時﹐管內液面上升。

若欲使液面上升高度增加﹐可以設定法改變公式中的參數﹕

~~增加液體表面張力--使用的助焊劑(Flux)

~~降低液體密度--加熱升溫﹐使液體膨脹

~~減少毛細間隙--設計及制程控制。

基材1

基材2

(a)加溫前﹐線狀固體填料置放

在基材間縫隙邊緣

基材1

基材2

(b)加溫后﹐液狀固體填料由右向左

沿縫隙滲透前進。

圖10填料在加溫前后的頒情形

因為共晶式連結非常倚賴毛細現象以使填料均勻分流布于基材與基材之間﹐所以往往間隙(Clearance)設計及其在制程中如何控制顯得相當重要﹐否則會使連結處某些地方缺少填料。

如上圖10所示﹐系共晶式捍接中常見的搭配(Lapjoint)方式﹐熔化的填料在已達工作溫度的基材上﹐可以很快的從右往左沿著縫隙滲透填布﹐此情形類似于平行貼緊的二塊玻璃板﹐水珠能從一端滲透至一另一端﹐其滲透能力決定于玻璃板的間隙大小﹐間隙大時﹐滲透力減弱﹔間隙小時﹐也難以滲透。

此又可以用活塞環貼在汽缸壁上的情況來說明﹐汽缸壁上的機油膜厚度必須適當﹐才能兼具密封與潤滑效果﹐此決定于活塞環對汽缸壁所施的壓力及機油的黏度。

6.2沾錫(Wetting)與散布(Spreading)能力

將一塊固體浸沒在于某種液體中后取出﹐如果有一層液體薄膜附著于﹐固體上﹐則稱為此液體對此固體的濕潤性良好。

換言之﹐液體與固體分子間的凝聚力強于液體與液體分子間的凝聚力才有此現象。

以共晶式連結的角度來看﹐對潤濕性的解釋則為液體填料在基材表面能夠不要因其表面張力凝聚形成球狀﹐而能夠向四周散布(spread)出去。

事實上﹐要能達到這一點﹐多半倚賴填料與基材之間有冶金上的親和力﹐可以是介面合金共化物的形成﹐也可以是固溶。

例如單獨的鉛不和鐵成為合金﹐所以液態鉛不能潤濕鐵﹐可是錫不但和鐵能互有溶解度﹐且易形成多種介面合金共化物(Fe﹐Sn﹐Fe3Sn2﹐FeSn﹐FeSn2)﹐所以錫對鐵的潤濕性良好﹐因此熱浸鐵皮於鉛中﹐以增其防蝕力是時﹐一般在鉛中加入少量的錫(3~15%)﹐以增進對鐵的潤濕力。

6.3接觸角(Contactangle)

不論是毛細現象或是潤濕與散布﹐都只是對可焊性作概略性的現象說明。

較精確的描述﹐則是接觸角﹐它定義出液態填料在基材表面所形成的几何形狀﹐其正式的定義為﹕

Moltensolder/flux

Theangleαcanbemeasureofthewettingforce

0≦α≦30Good

30≦α≦60

60≦α≦90

90≦α

Flux氣體

Basismetal/flux

γlv

γsv

γsl

熔融填料

α

圖11接觸角的詮釋

固體

在平衡的狀態下(液體剛接觸固體時﹐并非在平衡狀態﹐困為液體可能會向四周散布)﹐接觸角為液體-氣體介面的表面張力向量與固體-液體介面的表面張力向量﹐二者所形成的角度﹐如圖11所示。

數量化的表示﹐則為Young-Duper

其中γlv是固相-氣相介面的表面張力值

Rlv固相-液相介面的表面張力值是接觸角

當γsv<γsl時﹐θ>90﹐定義此情形為不潤濕

當γsv<γsl時﹐θ<90﹐定義此情形為潤濕

像前述鉛對鐵的情形﹐為嚴重的不濕潤情況﹐可以想見﹐其θ趨近180o.液狀鉛在熱鐵皮表面的情形﹐類似水珠在荷葉表面的滾動不親合情形。

與此相反的﹐以液狀63Sn-37Pb在干淨無氧化的熱銅箔上為例﹐熔融焊錫在銅箔上會成液狀薄膜﹐觀察其邊緣﹐可以斷定θ趨近0o。

6.4作業時氧化的控制

許多元素的氧化物均極其安定﹐而且具有細密的組織﹐所以當基材或填料表面有氧化膜時﹐由于上述的特性﹐隔絕了填料與基材的直接接觸。

因而不能發生有利于潤濕的冶金作用(例如固溶或介面合金共化物的形成)﹐使得接觸角大于90度﹐或是趨近180度﹐此方面可以水滴在打蠟后﹐蠟成為隔離層﹐同時蠟分子排斥水分子﹐水滴即成球狀。

固氧化膜能使原來可焊性極佳材料變成不可焊。

常見的例子為PCB銅箔氧化后﹐造成電子元件用捍錫黏裝其上即有困難。

此外﹐氧化物是熱的不良導體﹐可以使材料無法達到工作溫度或是拖長加熱時間﹐前者直接的影響為材料無法潤濕(溫度不夠﹐不生活冶金作用)﹐后者為氧化膜的增厚及原來未氧化的部分因此

而氧化。

由以上說明﹐可知氧化物的控制為制程作業中重要主題﹐可以分為作業前與作業中兩方面來看。

若作業前工件上已有氧化膜存在﹐必須以化學溶劑或機械方式預先完全清除﹐否則在作業中唯有倚賴腐蝕性助焊劑來去除﹐但其殘留物在作業后很難清理干淨﹐故許多的使用領域﹐對助焊劑的使用有嚴格規定。

此處氧化膜的形成往往伴隨著點蝕(pitting)現象﹐不論用任何方式﹐均甚難去除點蝕孔中的氧化物。

所以最佳的處理﹐即為設法防止作業前工件表面氧化膜之出現。

I.C出廠后需保存于規定范圍的溫濕度環境中﹐且有保存期限的規定﹐除了限制水氣過度滲入封裝體﹐引起后續作業不便外﹐也為了確保IC引腳上的鍍錫(pre-tin)氧化程度在容許范圍內﹐以免焊性的劣化﹐不外乎隔絕空氣﹐方法有三﹕

~~以保護性氣體(atmosphere)環繞基材四周

~~加入助焊劑

~~真空中作業

以下分述之﹕

6.4.1以保護性氣體環繞基材

使用保護性氣體﹐除了需要了解氣體原子與材料的物理化學瓜。

常見的保護氣體有﹕氮﹑氬﹑二氧化碳等。

也有用甲烷與空氣混合物后加熱裂觚面成的吸熱型(Endothermic)呀發熱型(Exothermic)氣體﹐其主成分為N2,H2,CO,CO2。

選用時的考慮事項為﹕

~~適用溫度﹕裂解氣體不適用于軟焊﹐因為溫度低﹐氣體中的碳易沉析出業﹐附著在基材表面。

~~與材料的反應﹕氣體原子會擴散進入基材與填料﹐或是在晶(grain)間形成化合物。

也可能影響填料的潤濕性。

~~氣體的氧化還原能力﹕雖然使用中性或惰性氧體﹐但其中的雜質﹐例如氧氣﹐使其具有氧化性﹐尤其氧體中多少含有水分﹐而水氧加溫后有氧化能力﹐此點呆從鑽頭表面形成Fe3O4皮膜的發藍處理及Si晶圓制程中被覆SiO2氧化膜為例﹐二者均使用高溫水蒸氣來作為氧化劑將Fe及Si氧化。

故需知道保護氣體中的水氣含量在用業氧化能力以免造成材料的氧化。

可用露點計量測其水份含量。

至于調節露點高低的方法﹐可在保護氣體中混入還原性氣體﹐例如氫﹐藉以使露點下降﹐因而降低其氧化能力或甚至使其稍具還原性更好。

6.4.2助焊劑

助焊劑的功能在于﹕

●與輕度氧化的金屬表層反應﹐而能將其還原。

●溶解金屬氧化物﹐形成溶渣﹐浮于填料表面﹐可用以隔離空氣。

降低填料之表面張力﹐增強其對基材的潤濕與散布能力。

使用助焊劑時﹐需知道助焊劑的活化溫度及分解溫度﹐以便作業中的溫度控制。

如果作業完成的基材對助焊劑殘留物有規定﹐則其清洗往往不易干淨。

七﹑共晶式焊接的設計考慮

7.1共晶填料的應力

以共晶填料將不同材質的基材連結在一起時﹐應力設計的考慮共有兩個層次﹐一為連結體在使用中所應承受的機械外力﹐例如拉伸﹑壓縮﹑震動等﹔一為使用中反覆升降溫所造成的熱疲勞。

后者在電路板及IC購裝上﹐居于非常重要的地位。

熱疲勞的起因有兩個如下要素﹕

●反覆的溫度上升下降

被連結的兩種基材具有不同的熱脹系數

L

基材1

基材2

(A)常溫(A)溫度上升△T

圖12不同材質的基材焊接在一起﹐因使用中的溫升將造彎曲

如圖12所示﹐基材1熱脹系數為α1﹐基材2的熱脹篆數為α2﹐而且α2>α1二者用共晶材料焊在一起后長度約度L﹐若使用中有溫度△T﹐則L1=L.(1+α1.△T)﹐L2=L.(1+α2.△T)﹐顯見L2>L1﹐故結合體將之變形彎曲﹐基材1受壓力﹐基材2受張力﹕機械應力正比于α1與α2之差﹐稱之熱疲勞應力。

表2共晶粘裝常用基材的熱膨脹系數

材料名稱不熱膨脹系數(CTE).10-6K

Invar2.0

FR-4In-Plane11-15

Inthrough-thicknessdir.60-80

Copperanditsalloys16-18

Pb-Sneutectic21.0

Au-Sieutectic13

Au-Sneutectic16.0

Au-Geeutectic13.0

Si(Singlecrystal)2.8

Epocies60-80

Kovar5.3

7.2合金的選用

當連結物在使用中會受一到熱疲勞及動態負載的情形時﹐應避免使用會形成介面合金共化物的合金作填料﹔但在另一方面﹐卻極有得于粘裝。

以Sn為例﹐許多填料會含有Sn﹐及肇因于Sn能和多種金屬形成介面全金共化物﹐甚至能和同一種金屬形成不同成分的介面合金共化物﹐如Cu6Sn5﹑Cu3Sn及Sn-Au系的AuSn4﹑AuSn2﹑AuSn。

正因為Sn與Cu此種緊密的親合力﹐能迅速形成介面合金共化物﹐使液態焊錫在銅表面易于散布﹐故Pb-Sn合金對Cu質基材的可粘裝性極高。

不過要符合軍規耐熱疲勞及耐震要求的PCB﹐此種介面合金共化物厚度的控制就成了重要課題。

選用適當的共晶合金作某種基材的填料時﹐可以做如下的考慮﹕

●填料本身是共晶合金﹐與基材互有部分溶解度﹐同時填料合金的元素之一﹐能與基材元素形成介面合金共化物﹐如Pb-Sn之于Cu。

●填料本身是純金屬﹐但與基材元素可成共晶合金。

如粘晶使用的薄鍍金層﹐可與Si晶粒成共晶合金。

以上僅根據本文中提到的范例作原則性說明﹐至于運用性細節﹐其實多有所變化﹐不泥于一格﹐

以致膠柱鼓瑟。

八﹑電子元件的粘裝制程

使用焊錫將電子元件焊接于電路板上的制程非常多﹐從早期簡單的浸錫爐發展開始﹐而有波焊﹑紅外線焊﹑蒸氣焊﹑雷射焊等﹐名目繁多﹐不易驟然了解。

但如果用填料與熱量的提供方式來看﹐則只有兩類﹕流動與再流動焊。

8.1.1重熔焊接﹕熔焊在台灣一般直接飲用日文之迥焊和迥流焊﹐難以望文知意﹐似乎有待商確。

對此字的含義推敲﹐有下列三點要考慮﹕

(a)Reflow及對于Flow(“re”有再一次的意思)。

(b)Reflow經常伴隨著與錫膏有關的制程出現﹐指錫膏受熱熔的現象﹐被稱之為reflowed﹐絕對不出現于與流動焊有關的制程中。

(c)Reflow并非學朮上正式名稱﹐似為俗名。

所以據推測﹐似應指液體糊狀的錫膏第一次于室溫folw時﹐被印刷于電路板上﹐置放元件后﹐并不能焊好元件﹐必須再予加熱使其flow一次(第二次flow﹐故稱為reflow)﹐才能焊好元件。

所以再熔接可以很清楚的用下列兩個步驟來定義﹕

(1)將填料于室溫先涂均勻布于基材的連結面﹕其方式斯科普里糊狀填料(如錫膏)噴敷﹐預先成型之填料置放﹐或在焊墊上采用特定的物理化學方法得到可焊皮膜之可連接面(如電鍍﹑浸錫)等。

(2)將需要連結的表面貼合﹐然后供應熱量﹐使填料熔化。

簡單的說﹐即是焊錫與熱量分次提供給電路板的制程﹐稱為再熔接。

事實上﹐前面所提到的各種制程名稱﹐著重于加熱的方法﹐因為對填料的涂布技朮﹐并非設備供應商所提供。

以下對加熱方法做一簡述。

九﹑晶粒在載板上的粘裝

在載板上粘晶采用的材料有下列三種﹕

●含銀粉之玻璃

●高分子聚合物(polymer﹐泛稱銀膠)

●共晶合金

使用哪一種材料﹐在設計上會考慮下列因素﹕

●電感﹑電容﹑介質常數﹑導電性

●熱膨脹系數

●熱傳導系數

●耐蝕性

●制程復雜性與成本

相較于玻璃或銀膠﹐使用共晶合金于粘晶的優點為﹕

●優良的導電﹐導熱性﹐與寬廣的IC使用溫度(耐熱﹑耐冷)

●最佳的機械強度﹐可承受震動﹑溫度驟然變化﹑震擊﹑熱疲勞及動態負載)。

而晶粒不致與基材載板分離。

●良好的抗腐蝕能力

●粘裝過程沒有氣體釋放問題

所以密封式封裝多半采用共晶式粘裝﹐其特性為晶粒完全密封于封裝體內﹐沒有外界物質進入﹐只有電性訊號的出入﹐具有高可靠度﹐能符合軍規MEL-STD-883要求。

如表3所示﹐列出周期表中所有能與矽成共晶合金的元素﹐包含了共晶溫度及共晶成分。

為了避免溫度效應刻意在昌粒中加入少許的雜質元素使其動能上升﹐造成其擴散而影響電性﹐選用宜考慮共晶溫度低﹐而強度有一定水准者。

根據表二﹐可得下列元素﹕Au﹑Ge﹑Sn﹑In。

大多數的晶粒屬S1材質﹐所以粘晶材料最常用者為Au-S1系列﹕

表3能與Si(熔點1414℃)成二元共晶的合金

共晶溫度(注1)℃

合金在共晶點的成分(重量百分比)

元素熔點℃

Ag

835

98.9

961.9

Al

577

87.4

660.4

As

797

96

614

Au

363

96.84

1064.4

B

1385

32

2092

Ba

630

97

727

Be

1090

36

1289

Ca

792

96

842

Ce

650

98

798

Co

1259

37.9

1495

Cr

1305

29

1863

Cu

802

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