納米級(jí)SAC305錫膏和微波混合加熱的前景-深圳福英達(dá)
納米級(jí)SAC305錫膏和微波混合加熱的前景-深圳福英達(dá)
SAC305作為取代有鉛焊料的替代品已經(jīng)在市面上廣泛使用。SAC305的可靠性一直是業(yè)界關(guān)注的問(wèn)題?？梢灾繱nAgCu焊料和基板之間金屬間化合物（IMC）層的形成是顯著影響焊點(diǎn)可靠性的關(guān)鍵因素。減少I(mǎi)MC層形成的手段有在回流焊接期間采用快速加熱和縮短保持時(shí)間。此外，有研究發(fā)現(xiàn)利用微波能量可以實(shí)現(xiàn)比回流焊接更快速和均勻的加熱，這種技術(shù)稱(chēng)為微波混合加熱技術(shù)（MHH）。與傳統(tǒng)的回流焊相比，使用MHH技術(shù)生產(chǎn)的焊點(diǎn)表現(xiàn)出更高的強(qiáng)度和更好的耐腐蝕性。另外，為了應(yīng)對(duì)一些低溫焊接需求，采用納米級(jí)焊料會(huì)是替代傳統(tǒng)低溫焊料的一種選擇。因此，納米級(jí)SAC305焊料也受到了關(guān)注。
納米SAC305焊料制備和焊接實(shí)驗(yàn)
Zhang等人采用化學(xué)還原法合成SAC305納米顆粒。首先，稱(chēng)取Sn源（SnSO4），Ag源（AgNO3），Cu源（CuSO4·5H2O）作為前體并稱(chēng)取反應(yīng)溶劑C4H10O3和表面活性劑。然后通過(guò)磁力攪拌器將材料混合?；旌虾笫褂盟蜔o(wú)水乙醇分別洗滌數(shù)次并使用高速離心機(jī)進(jìn)行離心，并去除上清液。將洗滌劑添加到沉淀物中，超聲處理并混合，并重復(fù)離心，直到離心后溶液澄清。洗滌后，將獲得的納米顆粒放置在25°C下真空干燥得到最終產(chǎn)物。最后將研磨的納米顆粒與ALPHA OM338PT助焊劑以6:1的比例攪拌獲得焊料。
Zhang等人通過(guò)鋼網(wǎng)印刷將納米錫膏涂在去除了氧化膜的Cu上，并將Cu放置在緊密的模具中。實(shí)驗(yàn)部件按隔熱體，石墨腔和基座的順序堆疊在微波爐中。通過(guò)改變暴露時(shí)間進(jìn)行焊接，并在焊接完成后將空氣冷卻至室溫。
圖1. MHH流程示意圖。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
表面活性劑對(duì)納米顆粒粒徑的影響
如圖2所示，用不同表面活性劑含量制備的SAC305納米顆粒的尺寸分布會(huì)有所不同。當(dāng)PVP表面活性劑用量較少的時(shí)候，SAC304納米顆粒的平均粒徑較大。增加表面活性劑用量到0.9g后，SAC304納米顆粒平均粒徑最小（77.42nm），此時(shí)表面活性劑與納米顆粒的質(zhì)量比為90%。隨著進(jìn)一步增加表面活性劑用量，顆粒粒徑分布基本趨于穩(wěn)定。這是因于表面活性劑的適當(dāng)增加可以降低表面張力并促進(jìn)了顆粒分離。表面活性劑通過(guò)與原子配位形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，有效地包覆納米顆粒并防止聚集。
圖2. 不同表面活性劑用量對(duì)納米顆粒粒徑分布的影響。(a)0.15g; (b)0.3g; (c)0.6g；(d)0.96g；(e)1.2g。
MHH對(duì)焊點(diǎn)強(qiáng)度的影響
對(duì)于MHH工藝，在165 s的暴露時(shí)間下，納米SAC305錫膏制成的焊點(diǎn)的剪切強(qiáng)度為27.0 MPa。隨著暴露時(shí)間的增加，焊點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度先增大后減小。當(dāng)暴露時(shí)間達(dá)到195s時(shí)，剪切強(qiáng)度為最大值44.8MPa。進(jìn)一步增加暴露時(shí)間反而對(duì)剪切強(qiáng)度有不利影響。此外，MHH工藝能使焊點(diǎn)有著較好的熱沖擊可靠性。在1200次熱沖擊循環(huán)后，剪切強(qiáng)度降低了24.4%，且斷裂模式仍為韌性斷裂。
圖3. SAC305納米錫膏剪切強(qiáng)度和熱沖擊次數(shù)的關(guān)系。
參考文獻(xiàn)
Zhang, S., Zhang, S.Y., Zhou, H.Z., Paik, K.W., Ding, T.R., Long, W.M., Zhong, S.J. & He, P. (2023).Preparation and characterization of Sn-3.0Ag-0.5Cu nano-solder paste and assessment of the reliability of joints fabricated by microwave hybrid heating. Materials Characterization, vol.207.
返回列表
