添加纳米银颗粒改善SnAgCu锡膏的润湿性-深圳福英达
添加纳米银颗粒改善SnAgCu锡膏的润湿性
由于欧盟法规(ROHS)的要求，无铅锡膏已普遍用于SMT中的印刷电路板(PCB)组装。其中最常用的是SnAgCu合金系列焊膏。众所周知，添加纳米粒子可以改变材料的某些特性。Koscielski等人尝试用纳米银粒子改变无铅焊膏的润湿性。通过在SAC焊膏中添加了不同粒度的纳米银粒子，观察锡膏的铺展效果和焊点微观结构的差异。
在研究中，Koscielski等人使用了尺寸不等（138nm-Ag3和21nm-Ag4到9.6nm-Ag5.5）的纳米银颗粒。在基础SAC305焊膏中添加了不同数量的纳米银颗粒：1%和4%（按重量计），以及3种不同的银粒（9.6至138纳米），得到了六个测试样品进行铺展测量。测量基底采用0.2毫米厚的铜板（50毫米x50毫米）。将500毫克锡膏样品放在铜基板的中央部分，然后在220、230、240和250°C温度下回流30秒。
可以看出，将掺杂银纳米粒子的粒度从138nm降到9.6nm，能够改善SAC焊膏的润湿性能。图1、图2和图3显示，在220-250°C温度范围内，铜基板上的铺展面积增大。当添加更多纳米银粒子时，所有样品在220℃下的差异尤为明显。如图所示，当添加4%的纳米银粒子时，对铺展的影响最大。当使用尺寸为9.6nm的最小颗粒时，可以观察到铺展的最大变化。图4显示了添加4%的银纳米粒子时，不同粒度的用量对铺展效果的影响。纳米粒子越小，铺展效果越好。当使用9.6nm大小的颗粒时，差异明显。
Koscielski等人还发现，掺银纳米粒子会改变焊点的微观结构。在4%的情况下，添加较小的颗粒会产生Ag3Sn结构，并在焊点内部生长（图5和图6）。使用的颗粒越小，星状结构就越大。
银纳米粒子的添加对IMC层的厚度有积极影响。在所有情况下（添加1%或4%），IMC的厚度都与厚度为2.7μm的参考样品相当或更小。测量数据见表1和表2。EDS分析表明，焊点的IMC成分为Cu6Sn5。
表1.用扫描电子显微镜测量银纳米粒子添加量为1%时的IMC厚度。
厚度/μm | Ag3（1%） | Ag4（1%） | Ag5.5（1%） |
最小 | 0.91 | 1.83 | 0.59 |
最大 | 3.46 | 4.98 | 3.60 |
平均 | 2.12 | 3.20 | 2.26 |
表2.用扫描电子显微镜测量银纳米粒子添加量为4%时的IMC厚度
厚度/μm | Ag3（4%） | Ag4（4%） | Ag5.5（4%） |
最小 | 0.56 | 0.58 | 0.58 |
最大 | 3.51 | 1.63 | 3.53 |
平均 | 1.89 | 1.15 | 2.30 |
添加1%纳米银时，IMC的结构呈杆状，而添加4%纳米银时，IMC的结构呈扇贝状。（图7和图8）。
图7.含有1%约21nm的纳米银颗粒（Ag4）的焊点IMC的微观结构示例。
图8.含有4%约21nm纳米银颗粒（Ag4）的焊点IMC的微观结构示例。
银纳米粒子的添加能够显著提升SAC 305锡膏的性能，包括铺展能力和焊点微观结构。添加的颗粒越小，铺展面积就越大。此外，纳米粒子的添加对金属间化合物层的厚度也有有利的影响，平均测量的厚度主要低于参考样品。
深圳市福英达多年来一直致力于无铅锡膏研发和生产，所生产的锡膏产品可靠性高，润湿性好，适用于不同的粘度、合金和粒径要求。如果您想了解更多关于我们的锡膏产品和服务，欢迎来电咨询，我们将竭诚为您服务。
Koscielski, M., Bukat, K., Jakubowska, M., & Mlozniak, A. (2010). Application of silver nanoparticles to improve wettability of SnAgCu solder paste. 33rd International Spring Seminar on Electronics Technology, ISSE 2010. doi:10.1109/isse.2010.5547345.
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