納米錫添加物對(duì)無鉛錫膏的影響
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納米錫添加物對(duì)無鉛錫膏的影響
錫銀銅錫膏是半導(dǎo)體封裝行業(yè)最常用的的無鉛錫膏之一。SAC錫膏具有中等焊接溫度，適應(yīng)各種中溫條件運(yùn)作的元器件。焊接完成后的焊點(diǎn)可靠性一直都是業(yè)界熱議的話題。在進(jìn)行熱老化后，傳統(tǒng)的SAC錫膏強(qiáng)度會(huì)迅速退化。原因在于焊點(diǎn)和PCB界面出現(xiàn)大量脆性IMC Cu3Sn生長(zhǎng)。IMC是影響焊點(diǎn)可靠性的重要因素。隨著老化時(shí)間增加，IMC厚度逐漸增加使得焊點(diǎn)出現(xiàn)脆性斷裂。
近些年出現(xiàn)了許多關(guān)于納米顆粒的討論。研究者試圖了解添加納米顆粒對(duì)焊料性質(zhì)的影響。有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)加入Sn納米顆粒使錫膏出現(xiàn)第二個(gè)吸熱峰，即納米顆粒熔解, 且峰值隨著顆粒添加量增加而增加 (Wernicki & Gu, 2020)。此外熔化范圍也隨著添加量增大而增大。Wernicki 和 Gu后續(xù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)納米復(fù)合焊料熔化后還會(huì)生成一個(gè)不同于SAC錫膏和Sn納米顆粒的吸熱峰，表示了SAC合金與Sn納米顆粒之間產(chǎn)生了相互作用并形成新的合金。并且隨著加熱的進(jìn)行，納米復(fù)合錫膏有著更好的重量保持能力 (圖2)。
圖1: 添加了納米顆粒的錫膏及其差示掃描量熱結(jié)果。納米顆粒熔化生成第二個(gè)吸熱峰(Wernicki & Gu, 2020)。
圖2: 不同納米顆粒添加量的SAC305錫膏TGA分析 (Wernicki & Gu, 2020)。
納米添加物對(duì)焊點(diǎn)可靠性能起到改善作用。Atieh et al. (2019)在SCAN-Ge071-XF3+錫膏中加入10wt%的Sn納米顆粒 (粒徑<150nm)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，添加了Sn納米顆粒使該錫膏最高強(qiáng)度得到了提升，并在機(jī)械沖擊測(cè)試中表面良好。除了Sn納米顆粒，還有很多其他類型的納米顆粒可以用于優(yōu)化錫膏性能并改善焊點(diǎn)可靠性。例如，Chellvarajoo et al. (2015) 研究了Fe2NiO4納米顆粒對(duì)SAC305錫膏的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在SAC305焊料中添加2.5wt% Fe2NiO4納米顆粒后，IMC厚度減少了 59%。
深圳市福英達(dá)工業(yè)技術(shù)有限公司采用全新的復(fù)合焊料方法。在錫鉍合金中加入了多種元素的納米顆粒，有效抑制了Bi偏析，從而減緩了IMC生長(zhǎng)速度和避免了脆性焊點(diǎn)的形成。歡迎咨詢和了解相關(guān)錫膏產(chǎn)品。
參考文獻(xiàn)
Atieh, A.M., Abedalaziz, T.J., AIHazaa, A., Weser, M., Al-Kouz, W.G., Sari, M.S., & Alhowemi, I. (2019), “Soldering of Passive Components Using Sn Nanoparticle Reinforced Solder Paste: Influence on Microstructure and Joint Strength”, Nanomaterials, 9(10),1478.
Chellvarajoo, S., Abdullah, M.Z., & Samsudin, Z. (2015), “Effects of Fe2NiO4 nanoparticles addition into lead free Sn–3.0Ag–0.5Cu solder pastes on microstructure and mechanical properties after reflow soldering process”, Maters & Design, vol.67, pp. 197–208.
Wernicki, E., & Gu, Z.Y. (2020), “Effect of Sn nanoparticle additions on thermal properties of Sn-Ag-Cu lead-free solder paste”, Thermochimica Acta, vol. 690.
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