环氧锡膏_汽车电子封装焊料
环氧锡膏_汽车电子封装焊料
随着汽车技术的发展，人们对汽车的性能提出了更高的要求，使得汽车电控系统集成程度变得更高。汽车电控高度集成化伴随着封装难度和可靠性需求的提升，这对封装焊接材料提出了更高的要求。传统的松香基锡膏焊接后易生成腐蚀性残留，对车载元件会带来伤害，且焊点强度不足。不同的是环氧树脂锡膏在焊接后会固化形成热固胶。焊点可以免清洗的同时也缓解了腐蚀性问题。因此环氧锡膏在汽车电子的应用开始变得广泛。本文会介绍环氧锡膏在汽车电子中焊接的性能。
Sharma等人将T4 SAC305焊粉与环氧助焊剂混合制得SAC305环氧锡膏，并将其用于车规级1608电阻器的焊接。回流焊接峰值温度控制在240℃。在完成回流焊接后Sharma等人开展了焊点的热循环测试(-40-125℃)，剪切力测试和表面绝缘电阻测试。
图1. 1608电阻器焊点结构图。(a)回流前; (b)回流后 (Sharma et al., 2017)。
实验结果
热循环测试
由图2可以看到1608电阻器焊点圆角在未进行热循环时被固化的环氧树脂紧密包裹。当热循环进行到250次时环氧树脂包裹效果仍然可观。然而随着热循环次数提升到500次以上，环氧树脂层逐渐熔解坍塌，焊点开始暴露。IMC Ag3Sn和Cu6Sn5随着热循环次数增加不断粗化且厚度增大。同时当热循环次数到750次还观察到孔洞在焊料层成核生长。
图2. SAC305环氧锡膏1608电阻器焊接热循环测试 (Sharma et al., 2017)。
为了研究环氧树脂对IMC生长的影响，Sharma等人将松香锡膏(SAC305)和环氧锡膏(SAC305E)焊接效果进行对比。结果发现SAC305E样品的Cu6Sn5层生长速度较慢，而SAC305样品热循环500次后Cu6Sn5层迅速增加 (图3)。重要的是1000次热循环后SAC305E样品的IMC厚度小于SAC305样品。
图3. SAC305和SAC305E焊接效果对比 (Sharma et al., 2017)。
剪切强度测试
环氧锡膏焊点最开始的剪切力能达到45N，并随着热循环次数增加而逐渐减小。在1000次热循环后环氧锡膏焊点的剪切力降至35N，但仍高于松香锡膏的29N。可以知道的是IMC生长会导致焊点脆化，对剪切强度造成负面影响。环氧锡膏焊点老化后焊点强度较高得益于环氧树脂固化后形成热固胶紧密包裹住焊点，不仅减少了老化对IMC的影响，也对焊点起到了额外增强作用。
图4. 环氧锡膏焊点剪切强度变化。
在表面绝缘电阻测试中发现焊点圆角附近的环氧助焊剂的绝缘电阻较高，意味着助焊剂残留物生成较少，因而对焊点腐蚀少。
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参考文献
Sharma, A., Jang, Y.J., Kim, J.B. & Jung, J.P. (2017). “Thermal cycling, shear and insulating characteristics of epoxy embedded Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305) solder paste for automotive applications”. Journal of Alloys and Compounds, vol.704, pp.795-803.
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