納米級SAC305錫膏和微波混合加熱的前景-深圳福英達
納米級SAC305錫膏和微波混合加熱的前景-深圳福英達
SAC305作為(wei) 取代有鉛焊料的替代品已經在市麵上廣泛使用。SAC305的可靠性一直是業(ye) 界關(guan) 注的問題。可以知道SnAgCu焊料和基板之間金屬間化合物（IMC）層的形成是顯著影響焊點可靠性的關(guan) 鍵因素。減少IMC層形成的手段有在回流焊接期間采用快速加熱和縮短保持時間。此外，有研究發現利用微波能量可以實現比回流焊接更快速和均勻的加熱，這種技術稱為(wei) 微波混合加熱技術（MHH）。與(yu) 傳(chuan) 統的回流焊相比，使用MHH技術生產(chan) 的焊點表現出更高的強度和更好的耐腐蝕性。另外，為(wei) 了應對一些低溫焊接需求，采用納米級焊料會(hui) 是替代傳(chuan) 統低溫焊料的一種選擇。因此，納米級SAC305焊料也受到了關(guan) 注。
納米SAC305焊料製備和焊接實驗
Zhang等人采用化學還原法合成SAC305納米顆粒。首先，稱取Sn源（SnSO4），Ag源（AgNO3），Cu源（CuSO4·5H2O）作為(wei) 前體(ti) 並稱取反應溶劑C4H10O3和表麵活性劑。然後通過磁力攪拌器將材料混合。混合後使用水和無水乙醇分別洗滌數次並使用高速離心機進行離心，並去除上清液。將洗滌劑添加到沉澱物中，超聲處理並混合，並重複離心，直到離心後溶液澄清。洗滌後，將獲得的納米顆粒放置在25°C下真空幹燥得到最終產(chan) 物。最後將研磨的納米顆粒與(yu) ALPHA OM338PT助焊劑以6:1的比例攪拌獲得焊料。
Zhang等人通過鋼網印刷將納米錫膏塗在去除了氧化膜的Cu上，並將Cu放置在緊密的模具中。實驗部件按隔熱體(ti) ，石墨腔和基座的順序堆疊在微波爐中。通過改變暴露時間進行焊接，並在焊接完成後將空氣冷卻至室溫。
圖1. MHH流程示意圖。
實驗結果
表麵活性劑對納米顆粒粒徑的影響
如圖2所示，用不同表麵活性劑含量製備的SAC305納米顆粒的尺寸分布會(hui) 有所不同。當PVP表麵活性劑用量較少的時候，SAC304納米顆粒的平均粒徑較大。增加表麵活性劑用量到0.9g後，SAC304納米顆粒平均粒徑最小（77.42nm），此時表麵活性劑與(yu) 納米顆粒的質量比為(wei) 90%。隨著進一步增加表麵活性劑用量，顆粒粒徑分布基本趨於(yu) 穩定。這是因於(yu) 表麵活性劑的適當增加可以降低表麵張力並促進了顆粒分離。表麵活性劑通過與(yu) 原子配位形成穩定的絡合物，有效地包覆納米顆粒並防止聚集。
圖2. 不同表麵活性劑用量對納米顆粒粒徑分布的影響。(a)0.15g; (b)0.3g; (c)0.6g；(d)0.96g；(e)1.2g。
MHH對焊點強度的影響
對於(yu) MHH工藝，在165 s的暴露時間下，納米SAC305錫膏製成的焊點的剪切強度為(wei) 27.0 MPa。隨著暴露時間的增加，焊點的抗剪強度先增大後減小。當暴露時間達到195s時，剪切強度為(wei) 最大值44.8MPa。進一步增加暴露時間反而對剪切強度有不利影響。此外，MHH工藝能使焊點有著較好的熱衝(chong) 擊可靠性。在1200次熱衝(chong) 擊循環後，剪切強度降低了24.4%，且斷裂模式仍為(wei) 韌性斷裂。
圖3. SAC305納米錫膏剪切強度和熱衝(chong) 擊次數的關(guan) 係。
參考文獻
Zhang, S., Zhang, S.Y., Zhou, H.Z., Paik, K.W., Ding, T.R., Long, W.M., Zhong, S.J. & He, P. (2023).Preparation and characterization of Sn-3.0Ag-0.5Cu nano-solder paste and assessment of the reliability of joints fabricated by microwave hybrid heating. Materials Characterization, vol.207.
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