纳米添加物抑制锡膏锡须生长-深圳市福英达
纳米添加物抑制锡膏锡须生长-深圳市福英达
无铅锡膏是封装厂家几乎都会用到的焊接材料，能够用于芯片焊接等用途。最常见的无铅锡膏有SnAgCu系列，如SAC0307和SAC305。这类的锡膏制成的焊点强度和导电性能优秀而备受关注。然而由于这类锡膏含Sn量较高，在腐蚀性高的环境下容易带来锡须生长的问题。锡须是纯锡或高锡含量物体上的表面缺陷，可能导致元件引脚之间发生短路现象。通常低Ag含量的焊料合金如SAC0307会对晶须生长更敏感。因此需要通过一些方式抑制锡须的生长。
纳米复合锡膏实验
大量报告表明通过在焊料合金中加入一些特定金属能够起到阻碍锡须出现，这是因为焊料合金通过加入纳米TiO2、ZnO等颗粒可以起到细化晶粒和修饰晶界的作用，从而改变焊点的性能。因此，Illes等人制备了SAC0307-TiO2(0.25 wt%)和SAC0307-ZnO (0.25 wt%)并验证可行性。锡膏被印刷在浸银焊盘上，然后贴装电阻器0603并回流。样品会经过85°C/85RH%湿热测试4000小时从而观察锡须生长情况。
如图1所示，湿热测试1000h后，在普通SAC0307焊点上，可以看到开始有一些灰色斑点出现。在1500h后，焊点的上方出现了第一个结节性锡须。随着时间的增加，在焊点的上方能观察到越来越多的锡须。在3000小时后，焊点腐蚀区域开始连接在一起，锡须的数量显著增加，且锡须长度也明显增加。
图1. 普通SAC0307焊点在湿热测试中的锡须生长情况。
不同的是，SAC0307-TiO2（0.25wt%）和SAC0307-ZnO（0.25 wt%）焊点经过4000h的湿热测试后的腐蚀程度明显表面小于普通SAC0307。复合焊点表面直到3500h才在腐蚀点周围出现了少量锡须，这表明复合焊点的锡须生长速度较慢。因此，可以知道添加纳米颗粒的确能够显著提高复合焊点的耐腐蚀性。
图2. 纳米复合SAC0307焊点在湿热测试中的锡须生长速度。
TiO2或ZnO等纳米级材料添加通常可以细化β-Sn网格，这意味着复合焊点中的晶粒比普通SAC中的晶粒小得多。复合焊点的细化晶粒导致了广泛的晶界网络，从而实现更高的晶界自由能。虽然高晶界自由能会导致更高的腐蚀速率，但TiO2或ZnO在晶界处的偏析可以形成致密的保护性氧化层，从而提高复合焊点的耐腐蚀性。
福英达公司有多年微纳米材料增强锡膏的研究经验，研发了一种微纳米复合Sn42Bi58锡膏, 提高了低温锡膏机械性能和抗老化性能。欢迎与我们联系了解更多产品信息。
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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