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Lead Free高溫製程的挑戰- DICY Cured FR-4 板材耐熱性提昇研究 一、前言 歐盟之RoHS ( Reduction ofHazardous Haste)及WEEE ( Waste from Ele 保立法於2006年7月1日實施，全球電子業為因應無鉛時代，紛紛 將傳統錫鉛焊料改為無鉛焊料。此項變革將使原本 SnPb(Sn63/pb37) 焊炓熔點溫度183℃，大幅提昇如錫銀銅(SAC305)熔點溫度217℃， 右。PCB業者反應爆板比率急劇升高，對於銅箔基板廠而言面對最 大的挑戰便是如何提升材料的耐熱性問題。 目前普遍業界認為DICY硬化之FR4耐熱性不足以應付高溫無鉛 製程要求，故改用耐熱性較佳之PN硬化板材做為因應對策。考量一 般Tg FR4(DICY Cured)目前佔全球基板產量約40-50%，且使用時間 長達30-40年，對於FR4板材各項材料特性，PCB加工條件等技術 皆相當成熟，若全數轉用PN硬化板材，從基板廠的成本增加，乃至 於PCB製程條件變更，總生產成本增加等因素考量，對PCB業者將 造成不小的衝擊。 為降低成本及製程變更衝擊，因此由傳統FR4(DICY Cured)進 行配方改良，主要物性提升為耐熱性提升、降低吸水率以及提高其 熱裂解溫度(Td)，設計板材成本與PCB加工特性能與一般FR4相 近，能符合消費電子產品10層板以下應用在無鉛高溫製程需求。 二 、高溫無鉛製程對板材的衝擊 二 、高溫無鉛製程對板材的衝擊 300 Component damage 250 250 ℃ ) 217 ℃ ℃ 200 ( e r 183℃ u t Sn/Ag a 150 r e /Cu p m e T 100 Sn/Pb 50 0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 Time Fig 1 Temp Profile for Pb-Free Assembly Fig 1 Temp Profile for Pb-Free Assembly SnPb Solder(Sn63/Pb37) Lead-Free Solder(SAC305) Peak Temperature 215~225 250~260 Melting Point ℃ 183 217 TAL sec 60 90 Solder Cost 1 2.5 Table 1 Pb free Reflow vs.SnPb Reflow TAL-Time above liquidous Figure 1 and Table 1 顯示板材在經由組裝時，在IR Reflow 中所 受到熱應力的衝擊狀況，就最高溫度而言約提高了35℃，就時間而 言增加了30 秒，為了承受溫度提高與時間增加的衝擊，板材需要做 那些調整才能符合Lead Free 高溫製程需求呢?從提高玻離轉移溫度 (Tg) 、提高熱裂解溫度或是耐熱性提升能產生較大的效果呢?將是下 節討論的重點。 三、如何選擇適合高溫無鉛製程的板材？ 過去在有鉛焊接的製程中，判斷板材耐熱性的優劣，業界一般均以 硬化後樹脂之Tg 做為判斷基準，認為高Tg 的板材其耐熱性，耐化 性及機械強度等都比低Tg 者來的好，但進入無鉛焊料時代，上述觀 點是否仍適用？以下即是對這些觀點的澄清及探討。 Normal FR4 High Tg FR4 F