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
隨著半導體技術發展，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，連續的熱循環會導致電子組件（包括 PCB 基板和焊點）發生熱收縮和膨脹。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的熱循環。熱蠕變是一種會導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生熱應力，原因是因為錫膏合金和基板熱膨脹系數的不匹配。這些應力可能會導致錫膏合金出現晶界滑動形成位錯并發生蠕變，從而導致裂紋。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。他們發現焊點的應變力隨著老化時間增加而增加。且在高溫時應變更快上升并出現焊點斷裂。由圖1可判斷錫膏合金蠕變現象與溫度，載荷和時間密切相關。
圖1. 不同溫度下應變和時間的關系。
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.發現Al2O3納米顆粒能夠有效細化合金微觀結構，減少合金相間距(IPS)并增加硬度 (表1)。
表1. 不同填充物對SnBi共晶錫膏焊點性質的影響。
Shen et al.將4wt%的Al2O3納米顆粒加入錫膏后發現室溫下焊點的應變率顯著下降 (圖2)。Al2O3納米顆粒能夠使合金生成不連續的層狀結構，而這能夠使蠕變得到抑制。Al2O3納米顆粒可以通過釘扎效應限制擴散蠕變并可以抑制晶界處再結晶現象，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合材料的應力對比。
深圳市福英達工業技術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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