添加納米銀顆粒改善SnAgCu錫膏的潤濕性-深圳福英達(dá)
添加納米銀顆粒改善SnAgCu錫膏的潤濕性
由于歐盟法規(guī)(ROHS)的要求，無鉛錫膏已普遍用于SMT中的印刷電路板(PCB)組裝。其中最常用的是SnAgCu合金系列焊膏。眾所周知，添加納米粒子可以改變材料的某些特性。Koscielski等人嘗試用納米銀粒子改變無鉛焊膏的潤濕性。通過在SAC焊膏中添加了不同粒度的納米銀粒子，觀察錫膏的鋪展效果和焊點(diǎn)微觀結(jié)構(gòu)的差異。
在研究中，Koscielski等人使用了尺寸不等（138nm-Ag3和21nm-Ag4到9.6nm-Ag5.5）的納米銀顆粒。在基礎(chǔ)SAC305焊膏中添加了不同數(shù)量的納米銀顆粒：1%和4%（按重量計(jì)），以及3種不同的銀粒（9.6至138納米），得到了六個測試樣品進(jìn)行鋪展測量。測量基底采用0.2毫米厚的銅板（50毫米x50毫米）。將500毫克錫膏樣品放在銅基板的中央部分，然后在220、230、240和250°C溫度下回流30秒。
可以看出，將摻雜銀納米粒子的粒度從138nm降到9.6nm，能夠改善SAC焊膏的潤濕性能。圖1、圖2和圖3顯示，在220-250°C溫度范圍內(nèi)，銅基板上的鋪展面積增大。當(dāng)添加更多納米銀粒子時，所有樣品在220℃下的差異尤為明顯。如圖所示，當(dāng)添加4%的納米銀粒子時，對鋪展的影響最大。當(dāng)使用尺寸為9.6nm的最小顆粒時，可以觀察到鋪展的最大變化。圖4顯示了添加4%的銀納米粒子時，不同粒度的用量對鋪展效果的影響。納米粒子越小，鋪展效果越好。當(dāng)使用9.6nm大小的顆粒時，差異明顯。
Koscielski等人還發(fā)現(xiàn)，摻銀納米粒子會改變焊點(diǎn)的微觀結(jié)構(gòu)。在4%的情況下，添加較小的顆粒會產(chǎn)生Ag3Sn結(jié)構(gòu)，并在焊點(diǎn)內(nèi)部生長（圖5和圖6）。使用的顆粒越小，星狀結(jié)構(gòu)就越大。
銀納米粒子的添加對IMC層的厚度有積極影響。在所有情況下（添加1%或4%），IMC的厚度都與厚度為2.7μm的參考樣品相當(dāng)或更小。測量數(shù)據(jù)見表1和表2。EDS分析表明，焊點(diǎn)的IMC成分為Cu6Sn5。
表1.用掃描電子顯微鏡測量銀納米粒子添加量為1%時的IMC厚度。
厚度/μm | Ag3（1%） | Ag4（1%） | Ag5.5（1%） |
最小 | 0.91 | 1.83 | 0.59 |
最大 | 3.46 | 4.98 | 3.60 |
平均 | 2.12 | 3.20 | 2.26 |
表2.用掃描電子顯微鏡測量銀納米粒子添加量為4%時的IMC厚度
厚度/μm | Ag3（4%） | Ag4（4%） | Ag5.5（4%） |
最小 | 0.56 | 0.58 | 0.58 |
最大 | 3.51 | 1.63 | 3.53 |
平均 | 1.89 | 1.15 | 2.30 |
添加1%納米銀時，IMC的結(jié)構(gòu)呈桿狀，而添加4%納米銀時，IMC的結(jié)構(gòu)呈扇貝狀。（圖7和圖8）。
圖7.含有1%約21nm的納米銀顆粒（Ag4）的焊點(diǎn)IMC的微觀結(jié)構(gòu)示例。
圖8.含有4%約21nm納米銀顆粒（Ag4）的焊點(diǎn)IMC的微觀結(jié)構(gòu)示例。
銀納米粒子的添加能夠顯著提升SAC 305錫膏的性能，包括鋪展能力和焊點(diǎn)微觀結(jié)構(gòu)。添加的顆粒越小，鋪展面積就越大。此外，納米粒子的添加對金屬間化合物層的厚度也有有利的影響，平均測量的厚度主要低于參考樣品。
深圳市福英達(dá)多年來一直致力于無鉛錫膏研發(fā)和生產(chǎn)，所生產(chǎn)的錫膏產(chǎn)品可靠性高，潤濕性好，適用于不同的粘度、合金和粒徑要求。如果您想了解更多關(guān)于我們的錫膏產(chǎn)品和服務(wù)，歡迎來電咨詢，我們將竭誠為您服務(wù)。
Koscielski, M., Bukat, K., Jakubowska, M., & Mlozniak, A. (2010). Application of silver nanoparticles to improve wettability of SnAgCu solder paste. 33rd International Spring Seminar on Electronics Technology, ISSE 2010. doi:10.1109/isse.2010.5547345.
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