納米添加物抑制錫膏錫須生長-深圳市福英達(dá)
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無鉛錫膏是封裝廠家?guī)缀醵紩玫降暮附硬牧希軌蛴糜谛酒附拥扔猛?。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。樣品會經(jīng)過85°C/85RH%濕熱測試4000小時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)了第一個結(jié)節(jié)性錫須。隨著時間的增加，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?？梢约?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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