錫膏合金蠕變及納米增加方法
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錫膏合金蠕變及納米增加方法
隨著半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展，使用電子器件的場景日益廣泛。隨著而來的是電子組件更頻繁暴露在高溫條件下，連續(xù)的熱循環(huán)會導(dǎo)致電子組件（包括 PCB 基板和焊點）發(fā)生熱收縮和膨脹。因此在焊接完成后需要對焊點可靠性進行測試，確保焊點能夠承受一定次數(shù)的熱循環(huán)。熱蠕變是一種會導(dǎo)致焊點失效的負面影響，因此需要特別注意。本文將簡單討論錫膏合金熱蠕變現(xiàn)象以及對改善錫膏合金蠕變性的方法。
溫度變化會在焊點產(chǎn)生熱應(yīng)力，原因是因為錫膏合金和基板熱膨脹系數(shù)的不匹配。這些應(yīng)力可能會導(dǎo)致錫膏合金出現(xiàn)晶界滑動形成位錯并發(fā)生蠕變，從而導(dǎo)致裂紋。Mazulah et al. (2021)使用Sn95.5Ag3.8Cu0.7錫膏制作了焊點并進行了熱老化測試。他們發(fā)現(xiàn)焊點的應(yīng)變力隨著老化時間增加而增加。且在高溫時應(yīng)變更快上升并出現(xiàn)焊點斷裂。由圖1可判斷錫膏合金蠕變現(xiàn)象與溫度，載荷和時間密切相關(guān)。
圖1. 不同溫度下應(yīng)變和時間的關(guān)系。
低溫錫膏是很具前途的焊料類型，但是容易受到蠕變的影響。因此有學者嘗試通過添加物的方法來改善錫膏合金的抗蠕變性。Shen et al. (2017) 使用非反應(yīng)性Al2O3納米顆粒作為改善共晶SnBi錫膏合金的抗蠕變性的一種填充物。他們將SnBi合金與Al2O3納米顆粒混合。非反應(yīng)性填充物不會和合金生成新的化合物，但仍能起到改善機械性能的作用。Shen et al.發(fā)現(xiàn)Al2O3納米顆粒能夠有效細化合金微觀結(jié)構(gòu)，減少合金相間距(IPS)并增加硬度 (表1)。
表1. 不同填充物對SnBi共晶錫膏焊點性質(zhì)的影響。
Shen et al.將4wt%的Al2O3納米顆粒加入錫膏后發(fā)現(xiàn)室溫下焊點的應(yīng)變率顯著下降 (圖2)。Al2O3納米顆粒能夠使合金生成不連續(xù)的層狀結(jié)構(gòu)，而這能夠使蠕變得到抑制。Al2O3納米顆粒可以通過釘扎效應(yīng)限制擴散蠕變并可以抑制晶界處再結(jié)晶現(xiàn)象，從而起到增強焊點強度作用。
圖2. 共晶SnBi錫膏和納米添加納米復(fù)合材料的應(yīng)力對比。
深圳市福英達工業(yè)技術(shù)有限公司能夠提供納米增強低溫錫膏，生成的焊點可靠性高，能夠滿足不同封裝需求。
參考文獻
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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