環(huán)氧錫膏_汽車電子封裝焊料
環(huán)氧錫膏_汽車電子封裝焊料
隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，人們對汽車的性能提出了更高的要求，使得汽車電控系統(tǒng)集成程度變得更高。汽車電控高度集成化伴隨著封裝難度和可靠性需求的提升，這對封裝焊接材料提出了更高的要求。傳統(tǒng)的松香基錫膏焊接后易生成腐蝕性殘留，對車載元件會(huì)帶來傷害，且焊點(diǎn)強(qiáng)度不足。不同的是環(huán)氧樹脂錫膏在焊接后會(huì)固化形成熱固膠。焊點(diǎn)可以免清洗的同時(shí)也緩解了腐蝕性問題。因此環(huán)氧錫膏在汽車電子的應(yīng)用開始變得廣泛。本文會(huì)介紹環(huán)氧錫膏在汽車電子中焊接的性能。
Sharma等人將T4 SAC305焊粉與環(huán)氧助焊劑混合制得SAC305環(huán)氧錫膏，并將其用于車規(guī)級1608電阻器的焊接。回流焊接峰值溫度控制在240℃。在完成回流焊接后Sharma等人開展了焊點(diǎn)的熱循環(huán)測試(-40-125℃)，剪切力測試和表面絕緣電阻測試。
圖1. 1608電阻器焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖。(a)回流前; (b)回流后 (Sharma et al., 2017)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
熱循環(huán)測試
由圖2可以看到1608電阻器焊點(diǎn)圓角在未進(jìn)行熱循環(huán)時(shí)被固化的環(huán)氧樹脂緊密包裹。當(dāng)熱循環(huán)進(jìn)行到250次時(shí)環(huán)氧樹脂包裹效果仍然可觀。然而隨著熱循環(huán)次數(shù)提升到500次以上，環(huán)氧樹脂層逐漸熔解坍塌，焊點(diǎn)開始暴露。IMC Ag3Sn和Cu6Sn5隨著熱循環(huán)次數(shù)增加不斷粗化且厚度增大。同時(shí)當(dāng)熱循環(huán)次數(shù)到750次還觀察到孔洞在焊料層成核生長。
圖2. SAC305環(huán)氧錫膏1608電阻器焊接熱循環(huán)測試 (Sharma et al., 2017)。
為了研究環(huán)氧樹脂對IMC生長的影響，Sharma等人將松香錫膏(SAC305)和環(huán)氧錫膏(SAC305E)焊接效果進(jìn)行對比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)SAC305E樣品的Cu6Sn5層生長速度較慢，而SAC305樣品熱循環(huán)500次后Cu6Sn5層迅速增加 (圖3)。重要的是1000次熱循環(huán)后SAC305E樣品的IMC厚度小于SAC305樣品。
圖3. SAC305和SAC305E焊接效果對比 (Sharma et al., 2017)。
剪切強(qiáng)度測試
環(huán)氧錫膏焊點(diǎn)最開始的剪切力能達(dá)到45N，并隨著熱循環(huán)次數(shù)增加而逐漸減小。在1000次熱循環(huán)后環(huán)氧錫膏焊點(diǎn)的剪切力降至35N，但仍高于松香錫膏的29N?？梢灾赖氖荌MC生長會(huì)導(dǎo)致焊點(diǎn)脆化，對剪切強(qiáng)度造成負(fù)面影響。環(huán)氧錫膏焊點(diǎn)老化后焊點(diǎn)強(qiáng)度較高得益于環(huán)氧樹脂固化后形成熱固膠緊密包裹住焊點(diǎn)，不僅減少了老化對IMC的影響，也對焊點(diǎn)起到了額外增強(qiáng)作用。
圖4. 環(huán)氧錫膏焊點(diǎn)剪切強(qiáng)度變化。
在表面絕緣電阻測試中發(fā)現(xiàn)焊點(diǎn)圓角附近的環(huán)氧助焊劑的絕緣電阻較高，意味著助焊劑殘留物生成較少，因而對焊點(diǎn)腐蝕少。
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參考文獻(xiàn)
Sharma, A., Jang, Y.J., Kim, J.B. & Jung, J.P. (2017). “Thermal cycling, shear and insulating characteristics of epoxy embedded Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305) solder paste for automotive applications”. Journal of Alloys and Compounds, vol.704, pp.795-803.
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