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Transkript

1 Balver Zinn Josef Jost GmbH & Co. KG Flussmittelentwicklung unter Berücksichtigung des Prozesses (Design; Lot; Equipment; Kundenanforderungen ) Lotentwicklung seit Einführung der RoHS Thomas Kolossa / Balver Zinn Head of Techn. Department / Sales Manager Europe Certified IPC-A Trainer (CIT) thomas.kolossa@balverzinn.com 2. Elektronik Technologie Forum Nord

2 Agenda Balver Zinn Flussmittelentwicklung unter Berücksichtigung des Prozesses (Design; Lot; Equipment; Kundenanforderungen ) Lotentwicklung seit Einführung der RoHS 2

3 Balver Zinn_Cobar Jost Zinc Founder Capacity: 2700to./Month(Single Mould Casting) 3350to./Month(Wire, Continius Casting) Alloy: Zn, ZnAl; ZnTi, ZnMn, etc. Market: Automotive, Surface Treatment, Targets, etc. Balver Zinn Josef Jost (Recycling) Capacity: 950to./Month (Single-Continius Casting) Alloy: Sn; SnPb; SAC; SN100C; etc. Market: Automotive; Medicin; Consumer;etc. BaTiLoy Capacity: 450to./Month(Wire; Anodes) Alloy: Sn; SnPb; SAC; SN100C; etc. Market: Automotive; Medicin; Consumer etc. Cobar Capacity: l / Day (Flux) 900kg / Day (Paste) Alloy: SnPb; SAC; SN100C; etc. Market: Automotive; Medicin; Consumer; etc. 3

4 Current Partner Network A very distinguished and very well trained network of distributors / representatives and partners Remote manufacturing sites ensures quick deliveries as well as safety back up in case of complete shutdown. KEY Headoffice Regional Headoffice + Production site Distributor/Partner North America Canada 4 USA CSP Captec PMR Representatives Torenko & Associates SRS & Associates Simlar Associates Surface Mount solutions Luff Tool WJB Sales Simlar Associates Mexico Latin America Brazil + Soft Metais Europe Austria ATT Austria Belgium Cobar Bulgaria Kasi Czech Republic PBT Denmark Candor Kemiske Estonia Candor Oy Finland Candor Oy France Dilectro Arnaud Germany Balver Zinn Greece Asteriadis Hungary ATT Hungary Ireland Parkheath Italy Tecnolab Cabelpiu Lithuania/Latvia Erbsloeh Baltic Netherlands Cobar Norway Candor AB Poland C.H. Erbsloeh Romania ATT Hungary LTHD Slovenia ATT Austria Amtest Spain Solder. Techn. Indutec Sweden Candor AB United Kingdom Parkheath + Africa & Middle East Israel Lantek Turkey Selas South Africa PEM Technologies North Africa Hartech + + Asia China - WKK Hong Kong WKK India Prosemtech Indonesia Challenger Japan Cobar Malaysia + Challenger Philippines WKK Russia DialElectrolux Hong Kong Cobar Taiwan + Eugene WKK Thailand Korea Changwon Vietnam WKK Australia & New Zealand Coltronics

5 Production World Wide Headquarter Balver Zinn Josef Jost GmbH & Co. KG Blintroper Weg Balve

6 Flussmittelentwicklung unter Berücksichtigung des Prozesses (Design; Lot; Equipment; Kundenanforderungen ) Auf der Suche nach der perfekten Kombination!! 6

7 Flussmittel_Auswahl Applikation / Fluxer - Schaum - Ultra Sonic - Sprühnebel Aufbau der Maschine - Vorheizungslänge - Vorheizungsmodule - Stickstoff / Konvektion Produktklassifizierung Produktmaterial - thermische Stabilität - Board Oberfläche - Lot Flussmitteltyp - No clean / clean - Conformal Coating -Halide free? Halogenfrei? 7

8 Flussmittel_Hauptaufgaben Lösen der Adsorptionsschichten Umwandeln der Oxide und die Freilegung des metallischen Werkstoffs Schutz vor erneuter Oxidation während des Lötens Schneller Abtransport der Flussmittel-Reaktionsprodukte No Clean: Schutz der Lötstelle vor Korrosion durch Flussmittelrückstände 8

9 Flussmittel_Aufgaben Hilfe bei: Bauteilabstand Brücken Lotperlen Durchkontaktierung Miniaturisierung Prozessstabilität Lotbadmanagement Distance Pre-heat Alloy Flux Process Window Design Nozzles Maintenance Machine 9

10 Flussmittel_Entwicklung 10

11 Flussmittel_Typ VOC Low-VOC VOC-Free Water Soluble Flussmittelklassifizierung acc. IPC-J-STD-004B 11

12 Flussmittel_Formulierung Lösemittel (Flüssig) 85-95% Trägerflüssigkeit für das Flussmittelsystem Netzmittel (Flüssig / Fest) 2-10% Ausbreitung auf Leiterplatte; Hilfe bei Durchkontaktierung Organische Säuren (Fest) 2-5% Entfernt Oxyde; reinigt die Oberfläche Aktivatoren (Fest) % Katalysator für Reinigungsverstärker Tenside (Flüssig) % Besseres ausbreiten der Flüssigkeit (Speziell bei VOC free.) Senkt die Oberflächenspannung 12

13 Flussmittel_Pro/Con VOC Bekannte Technologie Moderate Vorheizung Oberflächenschutz /Zuverlässigkeit o Flammpunkt o Verflüchtigung / Haltbarkeit o Rückstände VOC-free Kein Flammpunkt Umweltfreundlich Geringe Lagerungs- Transportkosten Haltbarkeit o Prozessveränderung o Korrosionstendenz bei Feuchte_Wärme o Veränderte Vorheizung 13

14 Flussmittel_Pro/Con Low VOC (20-40% H2O) Kombination aus Wasser und Alkohol Längere Haltbarkeit Oberfläche / Zuverlässigkeit o Flammpunkt o Vorheizung Ultra Low VOC (60-70% H2O) Saubere Boards Kombination aus Wasser und Alkohol Oberfläche / Zuverlässigkeit o Flammpunkt o Vorheizung 14

15 Prozess_Fehler_Lotperlen (hinsichtlich Flussmittelentwicklung) Settings [11%] Storage [11%] Flux [17%] Alloy [6%] Atmosphere [4%] Solder resist [51%] 15

16 16 Lote

17 Basiselemente Die Matrix der Legierungen besteht aus Zinn Zinn (Sn): Schmelztemperatur 232 C Kupfer (Cu): Auswirkung auf die Schmelztemperatur, beeinflusst die Kupferablösung Silber (Ag): Reduziert die Schmelztemperatur 217 C, fördert die Benetzung, erhöht die Kriechfestigkeit Bekannteste Derivate: Das SnCu Eutektika mit 227 C Das SnAg Eutektika mit 221 C Das SnAgCu Eutektika mit 217 C Nichteutektische Legierungen 17 Mikrodotierungen werden einlegiert um bestimmte Eigenschaften hervorzuheben!

18 IMZ im System SnCu und dotiert Sn0.7Cu Sn0.7Cu0.05Ni Cu6Sn5 Cu6Sn5 18 (Cu,Ni)6Sn5 ~ 3 at% Ni in (Cu,Ni)6Sn5

19 IMZ im System SnAgCu und dotiert Sn3Ag3Cu0,5 Hier wären Cu 6 Sn 5 Bilder SnAgCuCo schön!?!?!? Cu 6 Sn 5 Haben wir??? 19

20 Der Effekt Stabilisiertes Gefüge SnCu Phasendiagram Phasenumwandlung von hexagonalem Cu 6 Sn 5 zu monoklinem Cu 6 Sn 5 mit Volumenänderung Nickel Stabilisiert das hexagonale Cu 6 Sn 5 Gitter und stellt die Integrität der IZ sicher! 20

21 Der Effekt Umwandlung von hexagonaler zu monokliner Struktur bei 186 C 2.15% Volumenvergrößerung Wenige Deformationsmodi vorhanden Hexagonale Struktur Monokline Struktur 21

22 Der Effekt η -η Cu 6 Sn 5, Erwärmt/Abgekühlt mit 1 C/min * η-hexagonale, stabilisierte (Cu,Ni) 6 Sn 5, Erwärmt/Abgekühlt mit 1 C/min** *Fig4 (b) von G. Ghosh und M. Asta: Journal of Materials Research, 20(2005) ** (Cu,Ni) 6 Sn 5 entnommen aus Sn0.7Cu0.05Ni, gemessen von Nihon Superior Co. Ltd. 22

23 Der Effekt Ni partiell eingebettet in Cu 6 Sn 5 kein Ni in der Zinnmatrix (Cu,Ni) 6 Sn

24 Der Effekt Ni partiell eingebettet in Cu 6 Sn 5 kein Ni in der Zinnmatrix 20µm Ni No Ni 24

25 Der Effekt Synchrotron micro-xrf results in Sn-Cu 6 Sn 5 -Ni 1. Ni Einschlüsse in der eutektischen Cu 6 Sn 5 -Phase 2. Ni ist relativ homogen in der eutektischen Cu 6 Sn 5- Phase verteilt T. Ventura, C.M. Gourlay, K. Nogita, T. Nishimura, M. Rappaz, A.K. Dahle, Journal of Electronic Materials, 37, 1 (2008)

26 Der Effekt 26

27 Wachstum der IMZ Nach dem Löten ist die IMZ bei SnCuNi stärker ausgeprägt; nach Alterung durch Ni stabilisiert IM C Growth on OSP Finish Intermetallic Thickness (micron ns) SnPb SnAgCu SnCu SnCuNi Solder Alloy Initial IMC Thickness IMC Thickness After Therm al Cycling (-40C C 4000 cycles) 27

28 Einflussfaktor Silber Einfluss von Silber auf das Fließverhalten in SnCu-Loten SnCu0,7Ag0,3 6.7% Fließvermögen geringer als SnCu0,7 SnAg3Cu0,5 28

29 Trend Produktfamilie SN100C (SnCu0,7Ni0,05Ge0,005) EU / JP / US SN100CS / SN100CeS (SnCu0,7NiGe0,01) SN100CLS / SN100CLe+S (SnCu0,7NiGe0,01) Produktfamilie i-sac (SnAgCu) Iowa US B1 i-sac105 (SnAg1,0Cu0,5Co0,0045Ge0,0045) i-sac205 (SnAg2,0Cu0,5Co0,0045Ge0,0045) i-sac305 (SnAg3,0Cu0,5Co0,0045Ge0,0045) i-sac387 (SnAg3,8Cu0,7Co0,0045Ge0,0045) Produktfamilie SCAN-Ge (SnAgCuNiGe) DE C2 / US B1 / JP SCAN-Ge (SnAg0-4Cu0-2Ni0,05Ge0,01) 29 Produktfamilie niedrigschmelzende Lote SnBi; SnZn; SnInAg;

30 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!! 30