材料知识之铜材

材料知识

之铜材

铜金属的优点：

由于铜金属具有良好的导电、导热及加工成型特性,因此铜合金在现今电子产业中成为相当重要的原材料,铜合金种类也随着不同产品之功能性及加工方面的需求日益增加,各式兼具高导

电性与高强度的铜合金板材(如次页所示)亦迅速被研究开发

一、黄铜合金的特性：黄铜为铜和锌的合金,金属光泽随锌含量增加由橙红色转为黄色,黄铜合金具有漂亮色泽、冲制加工性好、延展性优良、适合伸抽、易于电镀及涂装黄铜的组成：

Cu:64%~68%;Zn:余量

我司所使用之主要型号及特性简介：

1、C2600延展性优异,深冲加工性及电镀性良好;供制作弹壳、汽车散热器、灯具、扣件

1、C2680冲制加工性及电镀性良好,与C2600比较;强度增加但延展性减少,供制作连接器及输入/

输出之端子、筛板、灯具、扣件、卫生器材等

2、至于C2800强度高且具延展性,适合热加工成型,但耐蚀性较差,在海水中易脱锌及应力腐蚀破

坏

黄铜与其它合金铜比较：硬度:较磷青铜及红铜高2、弹性:较磷青铜及红铜差

物理特性：

二、磷青铜合金的特性：磷青铜是在铜锡合金中添加少量的磷,除了脱氧作用并可改良合金的机械性质,使得磷青铜合金的延展性良好,弹性好,耐蚀、耐疲劳及耐磨耗性优良,实施冷加工时机械强度及弹性限会显著增加

用途：可供作弹簧材料、电气用弹簧开关、连接器及输入/输出之端子、风箱、熔线夹、滑动片、电子零件等产品之材料及自动冲床之铜质轴承、轴承衬套等磷青铜合金的组成：5191：Sn:5.5~7.5约6％;Sn+P+CU>99.5%

磷青铜与其它合金铜的比较：1、硬度:较黄铜低,较红铜高2、弹性:较黄铜好,较红铜低

物理特性：

三、红铜合金的特性：韧炼铜(ETP-C1100)及磷脱氧铜(DLP-C1200, DHP-C1220)合金板材具高导电导热特性、良好延展性及加工成型性、耐蚀性及耐候性

用途：一般应用在散热鳍片、电气开关端子、电子零件、印刷辊子及建筑材料等产品上

近年来由于各类IC芯片之运算处理速度日趋增进,所以红铜板材在芯片之散热器运用方面将会逐渐取代传统的铝合金散热器,尤其在中央处理器之芯片的散热器上,将成为主流的散热材料红铜合金的组成：P:0.004％以下;Cu:99.90％

红铜与其它合金铜的比较：1、硬度:较黄铜及磷青铜低2、弹性:较黄铜及磷青铜好

物理特性：

四、铜合金板材厚度公差(Thickness tolerances for strip)单位:mm 红铜(C1100);黄铜(C2680)磷青铜(C5191、C5210)

材料知识之工程塑料

什么是工程塑料?工程塑料在物性上有别于PE、PP、PVC等泛用塑料,其耐热性在100℃以上,强度在49.0MPa以上,弯曲弹性率在2.4GPa以上

工程塑料的用途:由于具备耐热性、高强度、耐化学药品等各项优异性质,因此广泛应用于信息设备、家电产品、汽车零组件、电子零组件、机械五金、运动休闲器材等领域

业界常用的工程塑料:常用工程塑料包括尼龙（PA6及PA66）、聚缩醛（POM）、聚对苯二甲酸二丁酯（PBT）、聚碳酸酯（PC）、聚氧化二甲苯（mPPO）等五大类,前三者为结晶性高分子而后二者为非晶性高分子

1、尼龙：聚酰胺(Polyamide),一般称为尼龙(Nylon),是由酰胺基(-CONH-)主键重复构成的一种高

结晶性、直线型缩合聚合物

2、P PS：聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide,)是一种结晶性热可塑性塑料,最近逐渐受到汽车零组件

业者的重视

3、P BT：聚对苯二甲酸二丁酯(Polybutylene terephathalate 简称PBT),系以对苯二甲酸二甲酯

(CMT)与1,4-丁二醇(1,4-Butanediol)聚合而成的一种结晶性热可塑性工程塑料

4、L CP：液晶高分子与热塑性的掺混,由于LCP在熔融时具有液晶结构的方向性,可以形成单一

方向排列的纤维,表现出优异的物理性质

一、尼龙的特性

1、由于尼龙硬度大于聚烯烃,在延展性及韧性方面特性也佳,加上其Tm很高,使得尼龙塑料成

为机械材料的新焦点,在市场上可与其它高性能工程塑料如聚缩醛、聚碳酸酯互相竞争2、市场上常见的尼龙种类有尼龙6与尼龙66,尼龙6的强度大、耐冲击、耐摩擦,并且耐多种

化学溶剂,且具自润滑性,其熔点约215~225°C,成型时不易热裂解,加工范围广

3、市场上各厂商皆仅有各种不同等级产品,以配合不同应用之需求,并藉以扩大市场区隔

4、尼龙66有较高的应力强度和刚性,不适于作有弯曲性的产品,其熔点为256℃,比尼龙6约高

40℃,故耐热性、尺寸安定性及强度均较佳,适于射出成形应用

5、此外,尼龙尚有许多不同的种类,如尼龙11、尼龙46,然而因尺寸安定性不佳及欠缺优良的机

械性质,仍有待以努力克服的,因此市场上仍以尼龙6与尼龙66为主

连接器常用的尼龙种类比较

1、PA66:耐温性较差,价格较低,机械性质较优异

2、PA6T:成型时排气较差,易于过炉后起泡,机械性质较优异

3、PA9T:晶体结构较差,容易产生脆裂,机械性质优异

4、PA46:韧性较佳,延展性好,机械性质偏差

注:机械性质指该塑料的强度、耐冲击、耐磨擦

尼龙的展望

1、由于Nylon6的价格与Nylon66相差不大,在工程性能的要求下,Nylon6将逐渐为Nylon66取代

2、国内尼龙工程塑料的需求量虽已达到一定之规模,但国内原料厂设立不易,皆须以进口为主,另外,尼龙工程塑料虽然应用范围广,但应用分布分散且少量多样化,技术大部分掌握在国外大厂商手中,取得不易,目前国内厂商若能以国际市场为目标,利用原料进口尚不成问题,而国内掺配技术也已大幅提升且科技人才充沛,继续扩充其应用发展,则预期国内尼龙工程塑料应尚有发展空间,但以长久而言,我国仍需提升尼龙原料厂的制造能力,以促使尼龙产业做一完整的垂直整合

二、PPS的特性（聚苯硫醚）

1、150℃以上的高耐热性已经将它定位在金属与热硬化性树脂的替代材料

3、从PPS的化学结构观察,硫原子与苯环交互整齐排列的构造,赋予分子高度稳定的化学键特性,并易于堆积成热安定性较高的结晶格子，具有优良的平衡物性包含耐热性、耐化学性、流动

性、尺寸稳定性及电气特性

4、因为其黏度低, PPS必需要用纤维或填充料来改质,以克服其本身固有的易碎性PPS加入高比率的纤维或填充料后仍然易于成型,改质后的PPS非但可以显现变化多端的物性,更可以调节产品的成本，目前市场上销售的产品大多是玻纤改质的塑料粒,以含40%玻纤的规格最普遍。

1、目前PPS的全球需求量包括树脂本身及掺合物每年约6~7万公吨,虽然距离正式成为泛用工程

塑料的需求量门坎值为10万公吨尚远,但以2002至2006年预估每年平均成长8~9%来计算,则2010年之前PPS有希望进入泛用工程塑料的行列,成为第六个泛用工程塑料

PPS最特殊的物性表现

三种代表性PPS商品的规格(含40%玻璃纤维)

三、PBT的特性

1、PBT在1970年代初期由美国Celanese公司研究成功,并以Celanex商品名上市

2、随后知名厂商德国BASF,Bayer,美国GE,Ticona,日本Toray,三菱化学,台湾新光合纤,长春人造树

脂,南亚塑料等公司先后投入生产行列,全球生产厂商共计三十余家

3、PBT又可称为热塑性聚酯塑料,为适用于不同加工业者使用,一般多少会加入添加剂,或与其它

塑料掺混,随着添加物比例不同,可制造不同规格的产品，目前国内规格有百余种,故PBT是一种量少规格多的产品

4、由于PBT具有耐热性、耐候性、耐药品性、电气特性佳,吸水性小、光泽良好、广泛应用于

电子电器、汽车零件、机械、家用品等

5、PBT产品又与PPE、PC、POM、PA等共称为五大泛用工程塑料

PBT的市场概况-2

1、近年来,直接由外国进口PBT-FRTP多用于电子及电气零件,其质量要求较为严格,等级分类更

复杂，PBT下游应用的关系产业有包括汽车、电子/电器、机械业

2、国内PBT主要用途做为电子电器零件,如连接器、绕线轴、继电器开关、端子等,此项应用比

率高逹70%,汽车工业占12%,其它包括日光灯零件、溜冰鞋等日用品占18%,与国外应用比较相差不一,此乃因国内信息电子产丛蓬勃发展的带动,促使国内PBT的应用比重偏重于信息电子产的零件上

四、LCP的特性

液晶高分子(LCP)由于俱有刚直棒状之分子可透过加工配向呈现高强度、高耐热、低CTE、低介电常数、低吸水率及高阻气特性和优越之电气性能等之潜在特性,预期应用于耐热电子材料及高性能工程塑料基材将极具发展潜力

目前LCP依其耐热性不同,大略分为3类型:第一型LCP之热变形温度(HDT)大于270℃以上、第二型LCP之HDT介于240℃～270℃之间、第三型LCP之HDT小于240℃

LCP的应用

1、目前Connector射出用线性LCP因其刚直棒状之分子结构呈现极低之熔融粘度及近似牛顿流

体型之熔融流变行为,因此不易进行高熔融强度需求之押出成膜或吹膜等加工成形及其成膜后之双轴延伸配向加工制程

2、高性能LCP膜材料应用领域如下：FPC用基材、Interpose for TBGA & CSP、高密度构装用多

层基板、高频基板、IC Pakaging用绝缘Film/Tape 、Bear Chip及CSP贴合主机板用接着Tape 、TAB用Carrier-Film及Adhensive-Film 、高耐热工程塑料

未来展望：LCP俱有比PI膜材料有更低之吸水率/介电常数/损失系数/热膨胀系数(CTE)及较优之尺寸安定性/阻气性/热传导率,且俱可回收再利用之热可塑材料特性,可直接进行热贴合铜箔,而不需用Epoxy背胶,且LCP材料合成所需之单体原料,国内皆有生产,因此比PI更俱Cost面之优势竞争力,预期应用到次世代电子构装材料之潜力无穷

第一型LCP与高性能PI

工程塑料性能比较

加工工艺之

电镀

什么是电镀?电镀为一种电解过程, 一般泛指以电解还原反应在物体上镀一层膜。提供镀层金属的金属片作用有如阳极,电解液通常为镀着金属的离子溶液,被镀物作用则有如阴极，阳极与阴极间输入电压后,吸引电解液中的金属离子游至阴极,还原后即镀着其上,同时阳极的金属再溶解,提供电解液更多的金属离子，有些情况下用不溶性阳极,电镀时需添加电解液补充镀着金属离子

目前使用电镀种类:一般电镀法(electroplating)、复合电镀(composite plating)、合金电镀(alloy plating)、局部电镀(selective plating) 、笔电镀(pen plating)等，由于电镀表面具有保护兼装饰效用;故广泛被应用;也有少部分的电镀提供其它特性，诸如高导电性、高度光反射性或降低毒性,最常使用的电镀金属为镍、铬、锡、铜、银及金

电镀之目的：电镀的目的是在基材上镀上金属镀层(deposit),改变基材表面性质或尺寸。例如赋予金属光泽美观、物品的防锈、防止磨耗、提高导电度、润滑性、强度、耐热性、耐候性、热处理之防止渗碳、氮化、尺寸错误或磨耗之另件之修补

电镀技术：电镀技术目前可电镀之金属约70种,合金电镀约15种

由水溶液电镀的金属有铜、镍、铬、锡、锌、镉、铅、金、铂、银、钴、锰、锑、铋、汞、镓、铟、铊、砷、硒、碲、钋、铱、铼、铑、锇、钨等等、由非水溶液电镀之金属有锂、钠、钾、铍、镁、钙、锶、钡、铝、钛、锆、钼、镧、锗等

合金电镀有铜-锡(青铜)、铜-锌(白.黄铜)、锡-铅、铜-镉、锡-铅-锑、锡-铅-锌、镍-锡、镍-钴、金合金等等

一、溶液(solution)

溶液的名词解释“

1、被溶解之物质称之为溶质(solute)

2、使溶质溶解之液体称之溶剂(solute)

3、溶剂为水之溶液称之水溶液(aqueous solution)

4、溶质溶解于溶液中之量为浓度(concentration)

5、在一定量溶剂中,溶质能溶解之最大量值称之溶解度(solubility)

6、达到溶解度值之溶液称之为饱和溶液(saturated solution)反之为非饱和溶液(unsaturated solution)

7、液之浓度,在工厂及作业现场,使用易了解及便利的重量百分率浓度(weight percentage)另外常用的莫耳浓度(molal concentration)

二、物质反应(reaction of matter)

1、电镀处理过程中,有物理变化及化学变化，研磨、干燥等为物理反应

2、电解过程有化学反应，如分解、附着等为化学反应

3、我们必须充份了解在处理过程中各种物理及化学反应及其相互间关系与影响

电化学(electrochemistry)

1、电镀是一种电沉积(electrodeposition)过程,利用电解体(electrolysis)在电极(electrode)沉积金属,它

是属于电化学之应用的一支，电化学是研究有关电能与化学能交互变化作用及转换过程

2、电解质(electrolyte)例子NaCl,也就是其溶液具有电解性质之溶液(electrolyticsolution)它含有部份

之离子(ions),经由此等离子之移动(movement)而能导电

3、带阴电荷朝向阳极(anode)移动称之为阴离子(anion),带正电荷朝向阴极(cathode)移动(migrate)

者称之为阳离子(cations)，这些带电荷之粒子(particles)称之为离子(ions),放出电子产生氧化反应之电极称之为阳极(anode),得到电子产生还元化应之电极称之为阴极(cathode)，整个反应过程称之为电解(electrolysis)

电化学知识的种类

1、位(electrode potentials)、标准电极电位(standard electrode potential)、Nernst 电位学说、电极电位

在热力学的表示法、电极电位之意义、界面电性二重层、液间电位差(liquid junction potential) 2、过电压(overvoltage)：活化能过电压(activiation overvoltage)、浓度过电压(concentration

overvoltage)、溶液电阻过电压(solution resistance overvoltage)、电极钝态膜过电压(passivity overvoltage)、分解电压(decomposition potential)

界面物理化学：界面物理化学：表面处理过程中,金属会与水或液体接触,例如水洗、酸浸、电镀、涂装、珐琅等

，要使金属与液体作用,需金属表面完全浸湿接触,若不能完全接触,则表面处理将不完全,无法达

到表面处理的目的,所以金属与液体接触以接口物理化学性质对表面处理有十分重要的意义

界面物理化学知识:表面张力及界面张力、界面活性剂

材料性质：表面处理工作人员必须对材料特性充份了解,表面处理的材料大多是金属,所以首先要知道各种金属的一般性质，如色泽、比重、比热、溶点、降伏点、抗拉强度、延展性、硬度、导电度等

三、电镀知识：

电镀的基本构成元素

1、外部电路,包含有交流电源、整流器、导线、可变电阻、电流计、电压计

2、阴极、或镀件(work)、挂具(rack)

3、电镀液(bath solution)

4、阳极(anode)

5、镀槽( plating tank )

6、加热或是冷却器(heating or colling coil )

电镀工厂设备

1、防酸之地板及水沟、糟及预备糟、搅拌器、整流器或发电机、导电棒、阳极棒、阴极棒、挂

具、

2、安培表、伏特表、安培小时表、电阻表、

3、泵、过滤器及橡皮管电镀槽用之蒸气、电器或瓦斯之加热设备、

4、操作用之上下架桌子、

5、检验、包装、输送工件等各项设备、仪器、

6、通风及排气设备。

电镀使用之电流：电镀中,一般都仅使用直流电流、交流电流因在反向电流时金属沈积又再被溶解所以交流电流无法电沈积金属、直流电源是用直流发电机或交流电源经整流器产生、直流电流是电子向一个方向流通,所以可以电沈积金属、但在有些特殊情况会使用交流电流或其它种特殊电流,用来改善阳极溶解消除钝态膜、镀层光层、降低镀层内应力、镀层分布、或是用于电解清洗等

电镀溶液，称镀浴(plating bath)

1、电镀溶液是一种含有金属盐及其它化学物之导电溶液,用来电沈积金属

2、其主要类别可分酸性、中性及碱性电镀溶液

3、强酸镀浴是pH值低于２的溶液,通常是金属盐加酸之溶液,例如硫酸铜溶液

4、弱酸镀浴是pH值在2～5.5之间镀浴,例如镍镀浴

5、碱性镀浴其pH值超过７之溶液,例如氰化物镀浴、锡酸盐之锡镀浴及各种焦磷酸盐镀浴镀浴的介绍

1、镀浴的种类：金属盐、导电盐、阳极溶解助剂、缓冲剂、错和剂、安定剂、镀层性质改良添

加剂、润湿剂

2、镀浴的准备：去除杂质、浴的调整,如:pH值及温度等

3、镀浴的维持：学分析法及Hull试验

电镀之前处理：镀前之处理,称前处理(pretreatment),包括下列过程

1、洗净:去除金属表面油质、脂肪、研磨剂、污泥;可用喷射、溶剂、浸没或电解等洗净法

2、清洗:用冷或热水洗净过程之残留洗净剂或污物

3、酸浸:去除锈垢或其它氧化物膜, 可加抑制剂避免过度酸浸防止基材被腐蚀或产生氢脆;酸浸完

后要充份清洗

4、活化:促进镀层附着性,可用各种酸溶液使金属表面活化

5、漂清:电镀前立刻去除酸膜,然后电镀

电镀控制条件及影响因素：镀液的组成极化、电流密度、覆盖性、导电度、电流效率、氢过电压、电流分布、金属电位、电极材质及表面状况、浴电压、镀液温度、搅拌、电流波形、均一性、阳极形状成份、过滤、pH值、时间、

镀层要求项目：镀层的基本要求有下列几项:密着性(adhesion)、致密性(cohesion)、连续性(continuity)、均一性(uniformity)、美观性(appearence)、应力(stress)

物理、化学机械特性：硬度、延性、强度、导电性、传热性、反射性、耐腐蚀性、颜色等

镀层的缺陷主要有:：1)密着性不好(2)光泽和平滑性不佳(3)均一性不良(4)变色(5)斑点(6)粗糙(7)小孔

缺陷产生的原因:(1)材质不良(2)电镀管理不好(3)电镀工程不完全(4)电镀过程之水洗、干燥不良(5)前处理不完善

五、锡(Sn)的性质：(1)原子量:118.69.、(2)原子序:50.、(3)熔点:231.9℃、(4)沸点:2270℃、(5)密度:5.77(灰锡aSn) 7.29(白锡bSn)、

(6)电阻:11.5m W、(7)导电度:15% IACS、(8)强度:14 MPa、(9)硬度:Brinell 硬度10kg , 20℃、

硫酸浴：SnSo4 54~69 g/l 硫酸100~75 g/l 、甲酚磺酸C7H6OH.HSO3 100~120 g/l 、B-柰酚1~1.25 g/l 、凝胶2~2.5 g/l 浴温25℃

六、金(Au)的性质：1.原子序:79、2.原子量:196.9665、3熔点:1063℃、4沸点:2809℃、5密

度:19.302g/cm、6电组:2.06μΩ-cm、7抗拉强度:124MPA、8硬度:25Vickers、9标准电位:+1.68、、0是一种带有黄色金属,是最软化金属之一,有最大的延性及可锻性、优良导电性,不易腐蚀生锈,长期使用确保电开关及接点倒电做用、.金是一种带有黄色金属,是最软化金属之一,有最大的延性及可锻性、.金优良导电性,不易腐蚀生锈,长期使用确保电开关及接点倒电做用、.金有优良的红外线反射性、.金的抗酸性强,可抵抗大多数酸侵蚀,只有王水才可溶解它,氰酸在没有氧下反应非常慢,但含氧则反应变快,磷酸不做用,硫酸250℃以下不作用,氢氟酸在没有氧化剂下不做用,盐酸在沸点下不做用,硝酸落没有卤素则不会作用,晒酸是惟一的单酸能和金作用16.金可抵抗碱金属的之氢氧化物及碳酸化物在任何温度下作用,但碱金属之氰化物溶液在含有氧下会溶解金、.熔融过氧化讷及氰化物会腐蚀金,其它非氧化性盐类及硝酸盐类则否、.汞及汞盐会与金作用,要避免接触防止金合金应力脆裂

镀金：氰化金钾氰化钾碳酸钾碳酸氢二钾

产品知识

之板端及线端连接器的介绍

什么是板端连接器?所谓的板端连接器就是有一端是固定在电路板上的连接器

板端连接器可依固定在电路板上的方式分为:MT(表面黏着)式连接器、DIP(穿孔固定)式连接器、上述两种方式均是使用焊锡固定在电路板上

什么是线端连接器?所谓的线端连接器就是有一端是固定在在线的连接器、线端的连接器可依连接的对象分为两种:1、线对板连接器2、线对线连接器、线端连接器固定在在线的方式有焊锡及夹持两种方式

板端连接器的应用范围

1、因为板端连接器有一端是固定在电路板上,所以使用最多的产业是电子业

2、什么是电路板：把所有的电线组成的电流回路浓缩在一块小板子上的技术、既然是浓缩的技

术所以使用的范围几乎是以小型电子产品为主,如:手机及笔记型计算机…等

3、板端连接器的特性、讯号的传输、较小电流的传导、保护较贵重的零件、外型比较小巧、设

计及组装较精密、型式及种类较多、传输距离较短

线端连接器的应用范围：线端连接器是连接器最原始的型式,一直延用至今仍然没有被淘汰,所有的电器用品都有使用：家电的电线、计算机的电线、手机充电器的电线、家用电话的电话线

线端连接器的特性：讯号的传输、可传导电流较大、外型较占空间、设计较单纯、组装较粗糙、型式种类较少、传输距离较长、适合不同工作环境、不容易受到干扰

两种类型在电子产业的运用

一、板端连接器的运用：平行型式的连接器、数字相机:前后电路板的连接、PDA:前后电路

板的连接、垂直型式的连接器：家用计算机:各式外接卡

二、线端连接器的运用：线对板连接器、家用计算机:主机板的电源插槽、LCD显示器:电源

线、线对线连接器、家用电器:电源插座及延长线、电子工业:生产机械的电源接头

三、其它连接器例子：FPC连接器：翻盖式手机:上下两端的连接

两种类型较常发生的状况：

一、板端连接器常发生的现象：固定的问题：吃锡不良:电路板的锡无法跟连接器的锡相融

合、平整度不良:表面黏着的连接器与电路板相接触的针脚不平整

接触的问题：接触不良:连接器之间无法导通、夹持力不足或过高

二、线端连接器常发生的现象：固定的问题：电线与连接器无法固定、连接器之间无法固定

接触的问题：电线中间发生断路、连接器之间无法导通

一、穿孔式连接器的介绍

什么是穿孔式的连接器?所谓的穿孔式的连接器指的是固定的方式在电路板上打孔,然后再将连

接器的固定脚穿过孔内,再用焊锡固定

一、穿孔式固定的制程1、先将零件插入孔中2、再经过锡炉的表面让针脚及电路板表面的铜片沾上锡3、冷却后即固定住

二、穿孔式连接器的特性1、可用较高的电压及电流2、较占电路板的空间3、固定的方式较牢靠4、产品设计较单纯5、生产制程较粗糙6、成本较低7、耐温较低8、针脚的距离无法太小三、穿孔式连接器的应用范围：穿孔式连接器一般使用在较不需要节省空间的电器上或是需要使用较高的电压及电流1、桌上型计算机的主机板电源部份2、光驱后面的接头部份3、工业用较大型的机器

四、穿孔式连接器的种类1、IC脚座类：PLCC及SLOT…等、Wafer类：Pitch 2.54mm及1.27mm…等、FPC类：ZIF及NON ZIF…等、多合一类：五合一及四合一…等、外接(I/O)零件类

五、穿孔式连接器的重点：功能性：电气特性、环境适应性、客户制程需求：耐高温、焊

锡性、针脚的正位度

六、穿孔式连接器常发生的问题、发生短路造成零件烧坏、接触的问题、沾锡的问题、夹持力的问题、插拔次数的问题、歪针、主体变形、主体损坏

二、表面黏着式连接器的介绍

什么是表面黏着式的连接器?

一、表面黏着式的连接器简称为SMT：指利用板面焊垫,再印着锡膏与暂贴零件脚,然后经热

风或红外线的高温熔焊焊接（Reflow）即可成为焊点

二、SMT的特性1、组装密度高及电子产品体积小2、可靠性高及抗振能力强3、高频特性

好,减少了电磁和射频干扰4、易于实现自动化,提高生产效率5、降低成本(节省材料、能源、设备、人力、时间等)

三、为什么要使用SMT?1、电子产品追求小型化,以前使用的穿孔插件组件已无法缩小2、

电子产品功能更完整,所采用的集成电路(IC)已无穿孔组件3、电子科技革命势在必行，追逐国际潮流注:SMT (Surface Mounted Technology)

应用范围：表面黏着(SMT)的连接器因为空间较小所以可以使用在小型的电子产品上

1、手机:翻盖式的连接及电池…等

2、数字相机:前后板的讯号传输

3、笔记型计算机:主板及各单元之间的连接

4、PDA:LCD屏幕及主板的连接

表面黏着(SMT)连接器的种类、IC脚座类、Wafer类、B.T.B类、FPC类、多合一类、通讯类外接类

表面黏着连接器的重点、功能性：电气特性、环境适应性、客户制程需求：耐高温、焊锡性、焊锡面的平整度

表面黏着(SMT)连接器常发生的问题、发生短路造成零件烧坏、接触的问题、沾锡的问题、夹持力的问题、插拔次数的问题、平整度不良、焊锡面光滑度不够

三、板对板连接器的介绍

什么是板对板连接器：所谓的板对板连接器就是直接将两块电路板连接起来的连接器

板对板连接器的种类：1、平行连接式2、垂直连接式

板对板连接器的应用产品：1、信息类产品:计算机及其外围产品2、通信类产品:行动电话及PDA…

等3、消费性电子产品:MP3及CD随身听还有最近SONY最热门的话题PSP…等

关键材料之发展动向

端子部份：由于高机能的连接器朝向300p以上的多脚产品发展,其铜合金板片必须进行复杂的弯曲加工,因此被要求具备高精度及高可靠度的质量特性,包括冲压加工的生产性、其零件的形状安定性、接触压与均一性,以及时效变化等均需有良好的控制，一般大部份均是以磷青铜为其主要的端子材料

主体部份：板对板连接器主体所使用的塑料材料,由于产品SMT化及细脚距化的发展,LCP在薄壁流动性、耐热性与尺寸安定性上被评估为一流水平,因此成为笔记型计算机及其它携带式电子产品用连接器的极佳材料;而PPS也同样具有较佳的耐热性与刚性,配合流动性与薄壁强度良好,亦符合SMT的要求,近年来被大量采用

我们家的板对板连接器

1、板对板连接器所占出货比例：现阶段所占比例约为2成，预计将会持续增加

2、现有的规格(pitch)、0.8mm各种高度、0.6mm各种高度、0.5mm各种高度、0.4mm各种高

度

3、未来的方向：为顺应市场的需求,未来的板对板连接器将朝更精密的方向继续发展

常发生的问题

1、产品功能性问题：导通不良、平整不良、爬锡问题、电镀问题

2、客户的问题：插拔手法不标准、板与板之间距离设计过低、插拔次数过多

四、线对板连接器的介绍

什么是线对板连接器：所谓的线对板连接器就是连接电线和电路板的连接器

连接器的原型：连接器的功能主要在于传输电源及讯号所以线对线及线对板连接器可以说是所有连接器的始祖

线对板连接器的种类：依各种用途和要求的不同,线对板连接器的种类多不胜数,但在信息业大多是以针脚的距离还有传输的电流和电压来作为区分

1、线对板连接器的市场比例：因为是所有连接器的基本原型,所以在市场上有絶大部份的占

有率,现今的市场上大约有8成的占有率,但在信息及通信还有消费性电子市场上却仅有4成的占有率,而且有逐年下降的趋势

2、线对板连接器的发展：反应通讯类电子产品的市场逐年增加的趋势,线对板连接器的市场

将相应缩减，为顺应轻、薄、短、小的潮流趋势及配合下游计算机厂商的策略发展,线对板连接器渐渐被软性电路板连接器所取代,所以市场有缩减的趋势

二、产品发展趋势

1、通讯类的电子产品：现今通讯类产品均要求轻薄短小,所以几乎没有使用到线对板连接器,

因此线对板连接器在通讯市场上并不看好

2、信息类的电子产品：信息类产品中除了行动类型的产品外,在家用型产品等较不占空间的

市场上线对板连接器还是有一定的占有率,再加上它有一定的功能具有不可取代性,所以虽然占有率会降低,但是在短时间内并不会被淘汰

3、其它类的产品：在其它工业中因为没有空间的要求,而且均有大电流及电压的使用,所以有

其它工业中线对板连接器可以保有一定有占有率

四、关键性材料发展趋势

1、端子部份：因为用途广泛的关系所以线对板连接器端子使用的材质种类较多,从黄铜一直

到磷青铜不等,依照使用的需求不同,电子业使用的大多是青铜,冲压方面因为青铜材质较硬,对模具本身的伤害较大,但因为精密度的要求普遍不是太高,所以大致上的影响不大

2、主体部份：塑料的选择方面也有较大的区别,从高单价的LCP一直到低单价的PBT不等,

因应各产品之间的制程及使用环境的不同而有相当程度的不同,现今因为市场的竞争激烈,大多采用低成本且堪用的材料,但也因为如此客户的使用温度不当或是手法稍有不妥就容易造成问题

五、我们家的线对板连接器

1、线对板连接器的出货比例：现阶段所占的比例约为3成

2、现有的规格(pitch)、1.0mm、1.25mm、2.54mm、2.0mm

六、常发生的问题

1、产品功能性问题

SMT类DIP类

?平整度不良针脚正位度不良

?接触不良主体变形

?主体变形

3、客户的问题：锡炉温度过高、过炉时间过长、手拉焊时间过长、插拔手法不正确

材料知识

之有(无)铅的介绍

无铅焊锡」缘起与法规要求：

1、铅属于重金属会沉积在人体内,血液中含量超过25 mg/dl就出现中毒现象,影响到神经系统、生

殖系统造成新生儿IQ降低(智障儿),且铅会溶于酸性水中(酸雨),在土壤中会扩散难以回收

2、在90年代初期美国先有无铅之提议,美国环保署(EPA)希望美国国民之血液含铅量能由12.8

mg/dl降至2.8 mg/dl,并规定TRI (Toxics Release Inventory)厂商使用申报量由25000 lb/year降至100 lb (原规划为10 lb/year)

3、电子产品无铅化是此次绿色环保要求中重要一环,以信息通信电子制造业而言,锡铅焊材禁用

对国内厂商影响最为深远,其变动包括使用无铅焊锡、PCB及零件脚镀层无铅化,及零件内部接点无铅化

4、为响应RoHS 指令,大部分企业直接采用材料取代的方式,以不受限制的材料来取代指令中禁

用的材质,关键焊材选用方面,目前以锡银铜(SAC)合金为主流,但日本部份厂商仍未放弃低温

焊材如锡锌合金研究、锡铜镍合金则被用于波焊以解决炉壁蚀穿问题

5、「无铅」要求是一个方向趋势,可是铅会自然存在许多不同材料中,在检验法规符合性第一个

问题是:多少浓度以下才被认定为「无铅」？

6、逐渐形成之共识是以「在每一均匀材质(in each homogeneous material)皆< 0.1 wt.%」为判定标

准,也就是说不是以装备、PCB、或零件总重为基础,产品需要进行拆解再分析测试判断

「无铅焊锡」各国产业进展及对我国制造业者之影响

1、依据2002.12东京举行之「第二届世界无铅高峰会(the second lead-free world summit)」结论可摘

要如下:

?由JEITA与SOLDERTEC草拟「Framework for an International Lead-free Soldering Roadmap」做

为电子业无铅化之指导纲要

?建议以0.1 wt.%做为(法规)无铅之判定标准

?建议采用「锡银铜」焊锡

?证明现有PWB仍适用新无铅焊锡制程

?针对重工/再利用需要,零组件有标示使用材料成分之需求,但相关标示方法标准仍待讨论

面对无铅化要求我国业者需面对之议题

(1).新材料评估及选用：在产品无铅化过程可能涉及的材料有油墨、无铅焊锡、PCB及零件脚镀

层等,选择新材料会考虑其质量特性、法规符合性、不同零组件兼容性、成本,及专利问题(2).客户关系与沟通能力：由于不同客户对无铅焊锡可能有不同要求,但制程标准化是追求生产管

理效率重要因子,国内厂商需以技术数据与不同客户沟通协调,才能得到最佳组合

(3).绿色供应炼管理能力：装备产品为达到无铅,根本解决之道「就源管制」所使用所有零件、材

料皆为无铅,故供应炼管理将成为重要议题

(4).零组件管理能力：对代工制造厂而言,无铅制程将是以阶段性逐步导入方式转换、转换期间制

造厂仍需负责旧有产品维修重工,另外不同客户对无铅焊锡选用、零组件电镀成份可能有不同规定,制造厂势将面临更多零件种类、型态,如何有效管理零件不致混料与缺料将是一大工程(5).制程技术能力：锡银铜焊锡熔点在217℃左右,比传统63/37锡铅焊锡(熔点在183℃左右)高出

约30℃,吃锡能力亦有不同,虽然焊锡提供厂商会建议适合其材料之最佳制程条件,但设备限制及产品差异性,制造厂必需改变调整包括回焊、波焊与手焊之制程参数,以达最佳制程条件,尤其研究指出新焊锡温度轮廓之允许温差(window)将缩小到10℃左右,新焊锡之最佳使用条件可能需要更长预热时间、更多温度控制区

(6).符合性验证：如前所述"无铅"之判定标准、测试分析方法各国法规、各公司仍有不一致或不

明确情形,如何有效测试验证「无铅」是另一待解决议题

(7).确保产品质量与可靠度：「不劣于锡铅焊锡之特性」是目前所有客户之要求,但如何证明则没

有共通之依据标准,新的焊锡材料、新的接点、新制程条件是否可以延用原有的可靠度试验方法与模式,是每一个可靠度工程师皆有兴趣知道的议题

一、「无铅焊锡」材料选用与制程技术：

锡银铜合金仍是主流无铅焊锡之选择(欧系厂商建议Sn-3.8Ag-0.7Cu,日系厂商建议

Sn-3.0Ag-0.5Cu)

二、各国无铅焊锡比例

1、回焊(Reflow) 无铅焊锡

●欧洲：64%使用SnAgCu、20%用SnAg、4%用SnBi

●日本：58%使用SnAgCu、使用SnAg及SnZnBi皆占9%、5%用SnAgCuBi、1%用SnCu

注：SnZnBi只有日本厂商使用,但Bi在铅存在时会形成低温合金造成焊点崩塌,故已有

厂商明确禁止

2、波焊(wave solder) 无铅焊锡

●欧洲：42%使用SnAgCu、17%用SnCu、8%用SnAg、4%用SnBi、其它占4%

●日本：64%使用SnAgCu、20%用SnCu、5%用SnAg、2%用SnAgCuBi、1%用SnAgBi 注：

以SnAgCu为主流，但SnAgCu 有波焊炉锈孔、产品细线锈蚀、IMC沉积等问题,日本

有厂商开始使用SnCu(Ni)替代

3、手焊(hand solder) 无铅焊锡

●欧洲：46%使用SnAgCu、4%用SnCu、17%用SnAg、4%用SnBi

●日本：77%使用SnAgCu、12%用SnCu、6%用SnAg、1%用SnAgBi、其它占4% 注：

仍以SnAgCu为主流，但替代合金选择上欧洲用SnAg、日本用SnCu

三、「无铅焊锡」材料选用与制程技术

1、基本上现有印刷电路板焊垫表面处理只要适当调整皆可适用无铅制程,依据JEITA公布

Lead-free Roadmap 2002建议Land finish为(plating)Au、(solder pre-coat) Sn3Ag0.5Cu

2、「Framework for an International Lead-free Soldering Roadmap」数据显示,业界普遍使用的有

Au/Ni(欧31%、日37%)、SnAgCu(欧6%、日21%)、纯锡(欧12%、日9%)、Pd/Au(各3%)、SnCu(日12%)、纯银(欧9%)、OSP等

3、国内厂商则以OSP、化锡、化银为主,采用OSP主要是成本考虑,加上高温OSP逐渐稳定

4、依据JEITA 2002建议solder balls使用Sn3Ag0.5Cu,零件表面处理则依不同零件而有不同选择：

●半导体：(主要) SnBi，其余依序为SnCu、纯锡、SnAg、SnPd。

●被动组件：(主要)镀纯锡，其余依序为SnCu、SnBi。

●零件端子：(主要)镀SnCu与纯锡，其余有镀金。

5、依SOLDERTEC之「EU Lead-free Soldering Roadmap(2003.2)」数据,业界solder balls使用最普遍

的是SnAgCu,其次为纯锡(13%)、SnAg(9%)

6、零件脚表面处理目前并无共识,常见的有纯锡(24%)、Au/Ni(14%),而在连接器则以纯锡为主

7、无铅焊锡材料供货商皆会提供针对其材料建议之「温度轮廓」,但实际建置时需考虑设备能力

(如温度区数目、温升曲线…等)、产品特性(如过锡炉之温度分布…)

8、常见的回焊温度轮廓有三种:angle、hat、linear type,JEITA建议使用hat type,但SOLDERTEC以

问卷调查方式统计厂商制程情况发现欧洲有37%使用linear type、29%使用angle type,并没有厂商使用hat type,猜测欧洲大部份厂商尝试以现有设备能量调整做为无铅制程解决方案

四、锡须问题

1、早年锡铅焊材选用原因之一就是避免锡须困扰,因无铅化要求工程师仍要回头面对锡须问题

2、无铅化零组件以纯锡取代原用的锡铅,经一段时日后纯锡镀层可能长出树突物,造成导体间短

路

3、2003.5.15在日本东京召开"Tin Whisker Joint Meeting“,不同机构在会中各自提出研究报告与发

现,例如定义「锡须」(长>10um或长/宽比>2,有一致横切面形状)、建议检视零件位置、样品处理与试验方法…

4、会中并协议由日JEITA、美NEMI及英SOLDERTEC组成项目小组,研究锡须生成机制、并在

2004提出「锡须试验方法」之IEC标准草案

5、目前JEDEC建议之试验条件为:

●热冲试验(TC):-55℃/85℃,每循环20分钟

●湿热试验:60℃,90 +/-5%RH

●室温试验:~23℃

6、但由于试验之重复与再现性不佳,JEDEC也注明试验目的是帮助评估镀层处理、并不是用来做

可靠度评估用

7、2003东京召开的“Tin Whisker Joint Meeting”,与会者对锡须试验之初步共识为:

●高温/湿试验(high temperature / humidity condition test)：60℃,93 +2/-3%RH

●热冲试验(Thermal Cycling, TC):高温85℃,低温-40℃或-55℃,高低温停留时间及温变率

(待决定)

●室温环境(Ambient conditions):20~25℃或15~35℃(待决定)

五、无铅锡焊相关之测试验证

无铅锡焊相关之检试验与认证有

:1、无铅焊锡材料评估:评选新无铅焊锡材料与供货商、及常态性进料检验是其应用时机,包括合金与助焊剂特性两部份

2、无铅焊锡用零组件试验:用于评选新零件与供货商,评估重点在不含铅、耐焊热、制程适合性(如

可焊性、焊点强度…)及其它(如锡须试验)

3、制程检验:包括检查之判定标准皆需重新检讨与设定

4、可靠度验证:目的在验证无铅制程产品其质量与可靠度「不劣于传统锡铅产品」,目前试验会

以验证焊点寿命为主,如温度循环、振动试验

5、「无铅」符合性验证:证明产品完全符合相关环保法规要求,由于在RoHS指令中对检测方法并

无明确界定,大部份厂商是以分析土壤污染方法进行测试、或参酌美国EPA之相关分析方法,不幸的是不同方法得到结果会有不同,此一部份仍有待进一步协商决定,ETC环保分析实验室已取得国内第一家电子产品微量成分分析CNLA认证,且与欧、日相关实验室进行能力比对,以确保分析结果有效性

6、无铅认证:目前并无国际性组织针对「无铅」认证实际运作,只有2004.5 IECQ在日内瓦会议中

决议在IECQ的「制程能力」制度中导入「无铅要求」全力推动「无铅认证」

结语

1、无铅焊锡相关国际性规格无法及时推出、国际大厂规格要求一再更新,可见无铅制程导入

衍生问题比原先预估更为复杂,国内厂商面临之压力可见一般

2、针对RoHS及WEEE指令公告,及国际大厂一道又一道的催促要求我国藉由举办「国内电

子产业绿色产品设计论坛」,邀请国内产、官、学、研等各界电子产品绿色设计相关领域的专家学者来共同研讨,以因应国际题,并研议国内电子及相关产业绿色产品设计技术能力提升的相关策略与因应之道,以促使国内电子相关产业产品能符合国际环保性要求及提升产品绿色设计的技术,并结合产品测试验证系统的发展及建立更多的合作机会与联系管道,以提升我国电子产品之国际绿色竞争力间对产品环境责任与环保性要求所可能面临的问