低溫錫膏製作HotBar焊接的可行性評估

HotBar_FPC_pull_force01
之前有向大家請益過公司最近有個關於HotBar的特殊需求,這個問題一直困擾著工作熊,就是RD要求使用一條三層線路的FPC製作HotBar,而且FPC只能單面有焊墊(pad),也就是熱壓頭的熱量無法直接接觸到FPC及PCB的焊墊來導熱融化銲錫,熱壓頭的熱量需要透過三層的FPC才能導到焊錫面。

其實這樣的HotBar製程也不是不能作,最主要擔心的就是熱量太高或加熱太久可能燒焦FPC,以致造成後續的品質信賴度問題。

左思右想之後,除了使用HotBar機台用傳統的方法來完成這道製程之外,我們想出了兩個辦法來達到這樣的要求:

  1. 使用低溫錫膏,並用HotBar機台完成FPC焊接。
    缺點是一般低溫錫膏的可靠度會比較差,而且容易脆裂,無法承受太大的拉扯力道。所以這個製程不可以將低溫錫膏印刷在PCB板端,如果PCB上只有HotBar及其他小電阻小電容,可以考慮直接印刷低溫錫膏,否則建議將低溫錫膏印刷在FPC過迴焊爐,在拿去做 HotBar製程。
  2. 將FPC直接打SMT過爐焊接。
    缺點是FPC可能需要手擺件,而且需要製作過爐治具來固定並壓住FPC。沒有實際做過這樣的製程,但應該是可行的,因為有看過別人的產品這樣製作。







另外,有人提議是否可以使用ACF來取代HotBar製程?其實ACF大多使用在COG製程,就算現在大部分LCM的FPC都是使用ACF來做為焊接的媒介,但因為ACF的Bonding force實在太小了,在10mmx3mm的ACF面積下,X-direction的抗剝離力約在500克左右,Y-direction的抗剝離力約在200g左右,隨便拉就可以拉起來了,所以大都需要額外添加防護材料來增加其抗剝離力,目前比較常看到的是使用矽膠(silicone)覆蓋於COG與FPC上。而且ACF還有兩個致命傷,第一是其信賴度不佳,經過長時間的使用之後,尤其在高溫高濕環境下容易出現剝離的缺點;其次是ACF原材的儲存環境很重要,在高溫高濕環境下容易質變,造成bonding不良。

低溫錫膏

為了這個目的,這次我們選用了 Indium 5.7LT 的58Bi/42Sn(鉍錫)低溫錫膏,其融點只有138°C,峰值建議為175°C。完成HotBar熱壓後,測試其HotBar的剝離拉力為1.5Kgf,比我預期的要低一些;另外,我們也是推同樣使用了低溫錫膏的LED零件,其推力為4.0Kgf。

基本上這樣的結果還算勉強可以接受,如果沒有找到更好的製程,就會先選用這個製程條件了。

(我們也有使用SAC305的錫膏嘗試過,拉力結果非常好,可以到達4.5Kgf左右,但是FPC軟板會出現燒焦痕跡。)

▼低溫錫膏HotBar拉力測試。
低溫錫膏HotBar拉力測試。
▼低溫錫膏HoBar拉力測試後PCB端的結果。
低溫錫膏HoBar拉力測試後PCB端的結果。 低溫錫膏HoBar拉力測試後PCB端的結果。

▼低溫錫膏HoBar拉力測試後FPC端的結果。
低溫錫膏HoBar拉力測試後FPC端的結果。 低溫錫膏HoBar拉力測試後FPC端的結果。

這裡是Indium 5.7LT 的58Bi/42Sn(鉍錫)低溫錫膏的特性表。
這裡是Indium 5.7LT 的58Bi/42Sn(鉍錫)低溫錫膏的特性表。


延伸閱讀:
HotBar(熱壓熔錫焊接)介紹─HotBar原理及製程控制
HotBar FPCB軟板設計注意事項—PTHs
初探HSC(HeatSeal Connector)與ACF(Anisotropic Conductive Film)製程




訪客留言內容(Comments)

Dear 版大:
我想問一下,既然58Bi/42Sn在使用上,剝離拉力的效果不好,為何不考慮試看看錫铋銀的產品,57Bi/42Sn/1Ag。因為兩者溫差只有3度,但是多1%的銀,在焊接的強度上會增加許多。麻煩版大給予指導。

Dennis;
很好的問題,看來大大有研究,可否請教加了「銀」為何對拉力會有提昇呢?

(none)

謝謝版大做球給我,不是我只是個剛入行的新業務,只能用我有限的知識分享,
簡單來說,就是添加Ag後,IMC介金屬層的變化所造成的影響。
由於錫鉍間,鉍與錫間相容狀況不佳,會獨留較多的鉍,而其金屬特性較為硬脆,所以容易斷裂。
添加銀之後,其多了一層IMC界金屬層,在結構上較穩定,所以在機械性上有顯著的改善。

Indium 5.7LT 的58Bi/42Sn(鉍錫)低溫錫膏那家公司代理?


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