納米添加物抑制錫膏錫須生長-深圳市福英達(dá)
納米添加物抑制錫膏錫須生長-深圳市福英達(dá)
無鉛錫膏是封裝廠家?guī)缀醵紩?huì)用到的焊接材料，能夠用于芯片焊接等用途。最常見的無鉛錫膏有SnAgCu系列，如SAC0307和SAC305。這類的錫膏制成的焊點(diǎn)強(qiáng)度和導(dǎo)電性能優(yōu)秀而備受關(guān)注。然而由于這類錫膏含Sn量較高，在腐蝕性高的環(huán)境下容易帶來錫須生長的問題。錫須是純錫或高錫含量物體上的表面缺陷，可能導(dǎo)致元件引腳之間發(fā)生短路現(xiàn)象。通常低Ag含量的焊料合金如SAC0307會(huì)對晶須生長更敏感。因此需要通過一些方式抑制錫須的生長。
納米復(fù)合錫膏實(shí)驗(yàn)
大量報(bào)告表明通過在焊料合金中加入一些特定金屬能夠起到阻礙錫須出現(xiàn)，這是因?yàn)楹噶虾辖鹜ㄟ^加入納米TiO2、ZnO等顆?？梢云鸬郊?xì)化晶粒和修飾晶界的作用，從而改變焊點(diǎn)的性能。因此，Illes等人制備了SAC0307-TiO2(0.25 wt%)和SAC0307-ZnO (0.25 wt%)并驗(yàn)證可行性。錫膏被印刷在浸銀焊盤上，然后貼裝電阻器0603并回流。樣品會(huì)經(jīng)過85°C/85RH%濕熱測試4000小時(shí)從而觀察錫須生長情況。
如圖1所示，濕熱測試1000h后，在普通SAC0307焊點(diǎn)上，可以看到開始有一些灰色斑點(diǎn)出現(xiàn)。在1500h后，焊點(diǎn)的上方出現(xiàn)了第一個(gè)結(jié)節(jié)性錫須。隨著時(shí)間的增加，在焊點(diǎn)的上方能觀察到越來越多的錫須。在3000小時(shí)后，焊點(diǎn)腐蝕區(qū)域開始連接在一起，錫須的數(shù)量顯著增加，且錫須長度也明顯增加。
圖1. 普通SAC0307焊點(diǎn)在濕熱測試中的錫須生長情況。
不同的是，SAC0307-TiO2（0.25wt%）和SAC0307-ZnO（0.25 wt%）焊點(diǎn)經(jīng)過4000h的濕熱測試后的腐蝕程度明顯表面小于普通SAC0307。復(fù)合焊點(diǎn)表面直到3500h才在腐蝕點(diǎn)周圍出現(xiàn)了少量錫須，這表明復(fù)合焊點(diǎn)的錫須生長速度較慢。因此，可以知道添加納米顆粒的確能夠顯著提高復(fù)合焊點(diǎn)的耐腐蝕性。
圖2. 納米復(fù)合SAC0307焊點(diǎn)在濕熱測試中的錫須生長速度。
TiO2或ZnO等納米級材料添加通常可以細(xì)化β-Sn網(wǎng)格，這意味著復(fù)合焊點(diǎn)中的晶粒比普通SAC中的晶粒小得多。復(fù)合焊點(diǎn)的細(xì)化晶粒導(dǎo)致了廣泛的晶界網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)更高的晶界自由能。雖然高晶界自由能會(huì)導(dǎo)致更高的腐蝕速率，但TiO2或ZnO在晶界處的偏析可以形成致密的保護(hù)性氧化層，從而提高復(fù)合焊點(diǎn)的耐腐蝕性。
福英達(dá)公司有多年微納米材料增強(qiáng)錫膏的研究經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)了一種微納米復(fù)合Sn42Bi58錫膏, 提高了低溫錫膏機(jī)械性能和抗老化性能。歡迎與我們聯(lián)系了解更多產(chǎn)品信息。
Illés, B., Choi, H., Hurtony, T., Du?ek, K., Bu?ek, D. & Skwarek, A., (2022). Suppression of Sn whisker growth from SnAgCu solder alloy with TiO2 and ZnO reinforcement nano-particles by increasing the corrosion resistance of the composite alloy. Journal of Materials Research and Technology, vol. 20, pp. 4231-4240.
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