锡膏合金蠕变及纳米增加方法
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锡膏合金蠕变及纳米增加方法
随着半导体技术发展，使用电子器件的场景日益广泛。随着而来的是电子组件更频繁暴露在高温条件下，连续的热循环会导致电子组件（包括 PCB 基板和焊点）发生热收缩和膨胀。因此在焊接完成后需要对焊点可靠性进行测试，确保焊点能够承受一定次数的热循环。热蠕变是一种会导致焊点失效的负面影响，因此需要特别注意。本文将简单讨论锡膏合金热蠕变现象以及对改善锡膏合金蠕变性的方法。
温度变化会在焊点产生热应力，原因是因为锡膏合金和基板热膨胀系数的不匹配。这些应力可能会导致锡膏合金出现晶界滑动形成位错并发生蠕变，从而导致裂纹。Mazulah et al. (2021)使用Sn95.5Ag3.8Cu0.7锡膏制作了焊点并进行了热老化测试。他们发现焊点的应变力随着老化时间增加而增加。且在高温时应变更快上升并出现焊点断裂。由图1可判断锡膏合金蠕变现象与温度，载荷和时间密切相关。
图1. 不同温度下应变和时间的关系。
低温锡膏是很具前途的焊料类型，但是容易受到蠕变的影响。因此有学者尝试通过添加物的方法来改善锡膏合金的抗蠕变性。Shen et al. (2017) 使用非反应性Al2O3纳米颗粒作为改善共晶SnBi锡膏合金的抗蠕变性的一种填充物。他们将SnBi合金与Al2O3纳米颗粒混合。非反应性填充物不会和合金生成新的化合物，但仍能起到改善机械性能的作用。Shen et al.发现Al2O3纳米颗粒能够有效细化合金微观结构，减少合金相间距(IPS)并增加硬度 (表1)。
表1. 不同填充物对SnBi共晶锡膏焊点性质的影响。
Shen et al.将4wt%的Al2O3纳米颗粒加入锡膏后发现室温下焊点的应变率显著下降 (图2)。Al2O3纳米颗粒能够使合金生成不连续的层状结构，而这能够使蠕变得到抑制。Al2O3纳米颗粒可以通过钉扎效应限制扩散蠕变并可以抑制晶界处再结晶现象，从而起到增强焊点强度作用。
图2. 共晶SnBi锡膏和纳米添加纳米复合材料的应力对比。
深圳市福英达工业技术有限公司能够提供纳米增强低温锡膏，生成的焊点可靠性高，能够满足不同封装需求。
参考文献
Mazullah, Sadiq, M., Khan, M., Mateen, A., Shahzad, M., Akhter, K., & Khan, J. (2021), “Thermal aging impact on microstructure, creep and corrosion behavior of lead-free solder alloy (SAC387) use in electronics”, Microelectronics Reliability, vol.122.
Shen, L., Foo, A.Q., Wang, S.J., & Chen, Z. (2017), “Enhancing creep resistance of SnBi solder alloy with non-reactive nano fillers: A study using nanoindentation”, Journal of Alloys and Compounds, vol.729, pp.498-506.
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