纳米锡添加物对无铅锡膏的影响
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纳米锡添加物对无铅锡膏的影响
锡银铜锡膏是半导体封装行业最常用的的无铅锡膏之一。SAC锡膏具有中等焊接温度，适应各种中温条件运作的元器件。焊接完成后的焊点可靠性一直都是业界热议的话题。在进行热老化后，传统的SAC锡膏强度会迅速退化。原因在于焊点和PCB界面出现大量脆性IMC Cu3Sn生长。IMC是影响焊点可靠性的重要因素。随着老化时间增加，IMC厚度逐渐增加使得焊点出现脆性断裂。
近些年出现了许多关于纳米颗粒的讨论。研究者试图了解添加纳米颗粒对焊料性质的影响。有实验发现加入Sn纳米颗粒使锡膏出现第二个吸热峰，即纳米颗粒熔解, 且峰值随着颗粒添加量增加而增加 (Wernicki & Gu, 2020)。此外熔化范围也随着添加量增大而增大。Wernicki 和 Gu后续实验发现纳米复合焊料熔化后还会生成一个不同于SAC锡膏和Sn纳米颗粒的吸热峰，表示了SAC合金与Sn纳米颗粒之间产生了相互作用并形成新的合金。并且随着加热的进行，纳米复合锡膏有着更好的重量保持能力 (图2)。
图1: 添加了纳米颗粒的锡膏及其差示扫描量热结果。纳米颗粒熔化生成第二个吸热峰(Wernicki & Gu, 2020)。
图2: 不同纳米颗粒添加量的SAC305锡膏TGA分析 (Wernicki & Gu, 2020)。
纳米添加物对焊点可靠性能起到改善作用。Atieh et al. (2019)在SCAN-Ge071-XF3+锡膏中加入10wt%的Sn纳米颗粒 (粒径<150nm)。实验结果表明，添加了Sn纳米颗粒使该锡膏最高强度得到了提升，并在机械冲击测试中表面良好。除了Sn纳米颗粒，还有很多其他类型的纳米颗粒可以用于优化锡膏性能并改善焊点可靠性。例如，Chellvarajoo et al. (2015) 研究了Fe2NiO4纳米颗粒对SAC305锡膏的影响。结果发现在SAC305焊料中添加2.5wt% Fe2NiO4纳米颗粒后，IMC厚度减少了 59%。
深圳市福英达工业技术有限公司采用全新的复合焊料方法。在锡铋合金中加入了多种元素的纳米颗粒，有效抑制了Bi偏析，从而减缓了IMC生长速度和避免了脆性焊点的形成。欢迎咨询和了解相关锡膏产品。
参考文献
Atieh, A.M., Abedalaziz, T.J., AIHazaa, A., Weser, M., Al-Kouz, W.G., Sari, M.S., & Alhowemi, I. (2019), “Soldering of Passive Components Using Sn Nanoparticle Reinforced Solder Paste: Influence on Microstructure and Joint Strength”, Nanomaterials, 9(10),1478.
Chellvarajoo, S., Abdullah, M.Z., & Samsudin, Z. (2015), “Effects of Fe2NiO4 nanoparticles addition into lead free Sn–3.0Ag–0.5Cu solder pastes on microstructure and mechanical properties after reflow soldering process”, Maters & Design, vol.67, pp. 197–208.
Wernicki, E., & Gu, Z.Y. (2020), “Effect of Sn nanoparticle additions on thermal properties of Sn-Ag-Cu lead-free solder paste”, Thermochimica Acta, vol. 690.
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