禁止使用鉛讓成本提高,低溫銲錫帶來希望

 

刊登日期:2017/7/31
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世界電腦製造大廠聯想集團在日本國內的研究單位開發出電子零組件的低溫銲錫技術,已開始應用到「ThinkPad」筆記型電腦上。以往250℃的焊接溫度可以降到180℃,除了可以降低高溫銲錫接合所帶來的不良率以外,也可達到節省能源用量。2018年秋天預定無償公開此技術,並可能變成日後錫焊的新業界標準。

在筆記型電腦的印刷電路板上高密度構裝半導體元件及組裝電子零組件,是以「表面銲接(Surface Mount Technology,SMT)」方式來進行。這種焊接方式在形成金屬配線pattern的有機基板上,塗上膏狀的銲錫,配合在半導體元件及電子零組件焊接對應接點位置進行對位放置。之後再以迴焊爐( reflow furnace)加熱基板,使錫膏內合金成份隨著高溫溫度變化,回到常溫時即銲錫結合導通。

從無鉛銲錫以來,由於銲錫加熱接合溫度都要250℃以上,所以在迴焊爐中的有機基板會變軟。以往都需要借由基板線路與材料設計等各種技術手段,來抑制基板的翹曲量。但是,隨著有機基板薄型化及配線層增加的趨勢,聯想日本Think ECAT技術部長小菅 正表示,現有技術銲錫材料的高溫製程對有機基板的翹曲量抑制「越來越接近極限了」。而基板的翹曲若變大,半導體等元件將無法正確接合,不良率發生也會越來越高。

因此開始開發可更低溫的銲錫結合導通技術。包含,錫膏所含的金屬成分、加熱迴焊溫度曲線、銲錫的點膠或塗佈的形狀等,在調整各項參數的同時,透過數千次的驗證,找到最好的搭配組合。

雖然稱之為新技術,但不需要準備特殊的製造設備。可使用以往的設備,也可以利用低溫製程方式來進行銲接接合。聯想公司所採用的低溫焊接材料主要金屬成分是錫和鉍。先前,使用錫和鉍焊接材料時,在加熱時鉍無法充分擴散產生共金,也因此回焊製程冷卻後,鉍很容易集中凝固在部分區域而發生龜裂情況。這回在錫膏內加入添加物及改變錫膏的厚度、形狀等情況下,鉍成分變的可充分擴散開來,不均勻也幾乎不會發生。

目前一般的銲錫材料主成份為錫、銀、銅。錫膏的價格主要取決於其內含金屬的成本,如果能減少高價銀的比例,成為低溫錫膏的話,價格就可以下降。

聯想在2016年末以後出貨的「ThinkPad」筆記型電腦,有部份機種就是採用低溫焊接技術。預計到2018年3月,針對ThinkPad用的有機基板之8條產線將全面啟用,而到2019年3月計劃將擴大到該公司內的所有33條產線。迴焊爐所消耗的能源預定也將降低35%,能源成本及二氧化碳排出量也會跟著減少。

利用的企業如果增加,低溫銲錫材料的成本也會降低,但若不做適當的設計,可能還是容易發生接點不良的問題。所以新的低溫焊接技術效果,需要各家公司針對各自產品自行實際進行構裝及可靠度確認。為確認新技術效果,目前該公司預定在2018年秋天無償公開此技術,除實證產品品質之外,亦希望藉此驅動其他公司一同採用。


資料來源: 日經產業新聞 / 材料世界網編譯
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