如何讓SAC錫膏機械可靠性更高-深圳福英達
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SAC係列的錫膏是半導體(ti) 封裝中較為(wei) 常見的中溫焊料。這種錫膏可以用在較高溫度環境下的焊接工作，焊後強度可觀。但是隨著焊點受到的熱應力的累計，焊點和芯片之間由於(yu) 熱膨脹係數差異而出現一定程度的變形，且焊點的斷裂模式會(hui) 隨著時間推移發生變化，最終導致焊點的強度下降和失效，因此研究如何提高焊料的強度是非常有必要的。為(wei) 了實現更高的焊點強度，可以選擇在錫膏焊料加入微量金屬起到增強作用。
Steenmann, Richter和Licht 將添加了微量金屬的焊料製作成拉伸試樣，其中焊料在銅基板的腔體(ti) 中加熱。基板腔體(ti) 被研磨並用TiCN進行塗覆以防止銅擴散。拉伸試件的抓握部分各長約15 mm，寬度為(wei) 5 mm，整個(ge) 腔體(ti) 的深度為(wei) 3 mm。縮小部分長26 mm，寬3 mm。焊接峰值溫度涵蓋300°C，350°C和400°C，而保溫時間包括10分鍾，20分鍾，40分鍾。測試焊料包括了SnAg0.4Cu0.5（SAC），SAC+Bi6（Bi6），SAC+Ni0.2（Ni02），SAC+Sb3（Sb3）。
圖1. 焊料拉伸試樣。
拉伸實驗結果
從(cong) 圖2可以發現SAC焊料的楊氏模量最小，表示SAC比其他焊料更有彈性並且變形更快。與(yu) SAC相比，Ni02（黃色）和Sb3（紫色）的楊氏模量更高，表明Ni和Sb對楊氏模量有提高作用。此外，在SAC中添加6wt%的Bi（綠色）後可以發現楊氏模量和剛度的顯著增加。可以說Bi的添加有助於(yu) 楊氏模量的增加。SAC-BiNiSb的楊氏模量總體(ti) 上高於(yu) 純SAC焊料，但低於(yu) Bi6。SnAgBiSb是最堅硬的，因此能夠承受更高的應力而不會(hui) 損壞。
圖2. 不同焊料試樣的楊氏模量。
焊料的最大承載能力（Fmax）同樣反應了焊接可靠性。沒有添加微量金屬的SAC焊料的Fmax最小，且很少受到焊接溫度和保溫時間的影響。對於(yu) Ni02，隨著焊接溫度和保溫時間增加，Fmax會(hui) 有些許增加。如果分別向SAC中添加6wt%的Bi和3wt%的Sb，拉伸的最大力有著明顯的提升，且Bi6的值始終更高。盡管Bi具有脆性，但其能承受的應力較高，因此SAC焊料加入少量Bi可以提高強度。此外，隨著焊接溫度的提高，SAC-BiNiSb的Fmax會(hui) 提高，而SnAgBiSb的Fmax則下降。
圖3. 不同焊料試樣的最大力。
福英達錫膏
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參考文獻
Steenmann, A., Richter, J. & Licht, T. (2023). Micro-additives and their impact on tensile and fracture performance of solder. Microelectronics Reliability, vol.150.
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