臺灣博碩士論文加值系統

錫爐銲接多用於穿孔式電子元件之修護與組裝，因應歐盟危害物質禁用（Restriction of the use of certain Hazardous Substance in electrical and electronic equipment ； RoHS ）法令於西元二○○六年七月實施，錫銀銅（SAC305）無鉛銲料已被廣泛用以取代於錫鉛共融合金（eutectic solder）。然而，上述無鉛銲料之熔點高於錫鉛合金約37℃，製程中主要面臨之衝擊將包括貫通孔（Plated Through Hole；PTH）上錫不足、DIMM及PCI元件插拔困難、及印刷電路板（PCB）上銲墊之溶銅現象，錫爐銲接之製程參數與助銲劑（flux）等間接材料尚未定義完全。

本研究藉由田口品質實驗設計分析上錫次數、融錫接觸時間、預熱溫度等製程參數之重要性。藉由5D-Xray量測貫通孔上錫率，溶銅現象則由微切片分析（cross section）及電子顯微鏡 （SEM）觀察，實驗中亦討論銲接製程所造成之板彎現象。探討利用批量方式預熱印刷電路板（Print Circuit Board；PCB），以縮短其所需與融錫（molten solder）接觸時間，此將有效減少銲墊溶銅現象。研究中亦分析助銲劑塗抹時機與助銲劑成分對貫通孔上錫率之影響。此外，研究中利用統計方法分析並優化錫爐銲接製程，以建立標準作業流程，同時滿足數種重要之製程品質特徵。

The wave soldering process is used for the rework and assembly of through hole components. Due to the Restriction in use of certain Hazardous Substance in electrical and electronic equipment （RoHS）, lead free solder such as SAC305 is replacing the conventional tin lead solder. However, indirect materials and process parameters used in lead free wave soldering process are not well defined. While the melting temperature of SAC305 solder is 37oC higher than that of Sn63/Pb37 solder, concerns include insufficient hole fill in the plated through hole and difficulties in removing and/or replacing components such as DIMM and PCI devices, as well as the dissolution of copper from PCB bonding area into the molten solder.

This research characterizes the preheat of PCB through a batch process to reduce the dwell time required for the PCB to be in contact with molten solder during wave process. This helps to reduce the copper dissolution. Secondly, the effects of fluxing scenario and flux materials are explored to ensure the desired hole-fill ratio can be achieved. Finally, process parameters such as solder contact, dwell time, preheat temperature are investigated through Taguchi based experimental design. Performance of hole-fill is obtained through the 5D X-ray analysis. The influence on copper dissolution is then determined by cross-sectioning followed by SEM measurement. The induced board warp distortion is also characterized. The statistical results help to establish operational procedures that can be used for wave soldering process concurrently satisfying several critical response variables.

目錄
中文摘要 I
ABSTRACT II
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 問題的認知與陳述 2
1.4 現況說明（實驗前）標準操作流程 3
1.5 實驗流程 3
第二章 文獻探討 5
2.1 無鉛相關文獻 5
2.2 錫爐焊接相關文獻 6
2.3 銅溶解工程相關文獻 6
2.4 SN-AG-CU銲料合金 8
2.5 助銲劑相關 8
第三章 研究方法 10
3.1 田口品質工程 10
3.1.1田口式品質工程 10
3.1.2田口式信號雜訊比的概念. 11
3.1.3直交觀念與應用 13
3.1.4參數設計原理 14
3.1.5參數設計步驟 16
3.2統計檢定 17
3.2.1常態性檢定 17
3.2.2箱形圖 18
3.2.3成對比較分析 18
3.2.4變異數分析 20
3.2.5 Duncan多重全距檢定 22
第四章 實驗規劃與實驗前準備 24
4.1 錫爐製程簡介 24
4.2 物料篩選與設計 24
4.2.1 電路板－材質、設計 24
4.2.2 零件－PCI 25
4.2.3 銲料－錫棒 26
4.2.4 助銲劑 26
4.3 反應變數及其要因 27
4.4 實驗因子及水準 32
4.5 實驗方法-L16田口實驗設計 36
4.6 錫爐設定 38
4.7 烤箱預熱溫度量測 39
4.7.1 決定量測位置 39
4.7.2 決定量測條件 40
4.7.3 量測結果分析 41
4.8 實驗水準可行性確認 44
4.8.1 最小水準分析－上錫性限制 45
4.8.2 最大水準分析－溶銅程度限制 48
第五章 實驗結果分析 53
5.1 電路板變形量量測 53
5.2 上錫率（％）分析 57
5.2.1 初步資料觀察 57
5.2.2 資料統計分析 59
5.2.2.1 適合度檢定 59
5.2.2.2 S/N比與回應圖 61
5.2.2.3 變異數分析 68
5.2.2.4 箱型圖與分析 72
5.3 溶銅程度分析 73
5.3.1 金相微切片 73
5.3.2 溶銅剩下厚度 75
5.3.2.1 初步資料觀察 75
5.3.2.2 S/N比與回應圖 77
5.3.2.3 變異數分析 79
5.3.2.4 箱型圖與分析 81
5.3.3 總沾錫時間與溶銅剩下厚度 81
第六章 確認實驗 83
6.1 PCI元件插拔實驗 83
6.1.1 篩選實驗配方 83
6.1.2 實驗過程與結果 85
6.2 助銲劑塗抹時機實驗 85
6.3 助銲劑與助銲膏比較 87
第七章 結論與建議 89
7.1最佳製程參數組合 89
7.2 實驗結果應用範圍 89
7.3 未來展望 91
參考文獻 92
附錄A K-S檢定查表 96
附錄B T檢定查表 97

參考文獻
一、中文文獻
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