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如何優化中溫無鉛錫膏的回流時間?

jf_17722107 ? 來源:jf_17722107 ? 作者:jf_17722107 ? 2024-03-08 09:14 ? 次閱讀

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中溫無鉛錫膏的熔點介于低溫無鉛錫膏和高溫無鉛錫膏之間。對于需要多次回流封裝的廠家,中溫錫膏的熔點在210多攝氏度左右,能夠適用于多次回流中的第一次回流。錫銀銅305 (SAC305)無鉛錫膏的熔點為217℃,在不極端的條件下比SnPb具有更好的抗熱疲勞性能,因此得到了廣泛使用。但是SAC錫膏在回流過程會生成金屬間化合物并影響焊點機械強度,因此為了保證良好的可靠性,需要對SAC錫膏回流做出優化。

為了找出最合適的回流時間,需要完成一系列的實驗。比如Gong等人(2021)使用SAC305錫膏采取不同回流時間對銅片進行焊接后,將焊點機械強度進行對比。并與SnZn9Bi2.5In1.5進行了比較。下表羅列了回流實驗的參數。機械強度實驗以100μm/s的推力速度在基板上方150μm的高度水平移動,直到銅片剝落。

表1. 回流實驗參數。


結論
SAC305無鉛錫膏回流焊接會出現持續的Cu6n5生長。隨著回流時間(熔點之上)的增加到50s,焊點開始出現Cu3Sn層并且不斷的長大,并且后續都出現不同程度的空洞(紅色圓圈)。金屬間化合物生成的機制主要是金屬成分擴散和界面反應。在回流過程中,Cu向焊料的溶解并發生界面反應。由于高生長速率,Cu6Sn5晶粒呈不規則扇形生長。隨著回流時間的增加和Cu原子沿晶界擴散,Cu6Sn5晶粒不斷生長。Cu6Sn5又會和Cu反應生成Cu3Sn。焊料層中的Ag3Sn對可靠性基本沒有影響,反而其微小顆粒能夠起到細化晶粒的作用并增強可靠性。

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圖1. 無鉛焊點金屬化合物層的變化。回流時間: (a)5s, (b)50s, (c)80s, (d)120s, (e)900s, (f)1800s。

如圖2所示,當回流時間(熔點之上)控制在50-120秒的時候,SAC305焊點的剪切強度較高。盡管回流時間為180s的時候剪切強度略有上升,但隨著回流時間進一步增加,強度斷崖式下跌。因此,SAC305錫膏推薦的回流時間大致在50-120秒左右。SnZn9Bi2.5In1.5錫膏具有比SAC305錫膏更優秀的剪切強度,但是仍未普及使用,僅作為對照組。

圖2. 剪切強度對比。

深圳市福英達工業技術有限公司是一家全球領先的微電子與半導體封裝材料方案提供商。福英達中溫錫膏SAC305等產品潤濕效果好,粉末顆粒均勻,焊后可靠性強。歡迎進入官網了解更多信息。

參考文獻
Gong, S.L., Chen, G.Q., Qu, S.T., Ren, A.S., Duk, V., Shi, Q.Y. & Zhang, G. (2021). “Shear strength and fracture analysis of Sn-9Zn-2.5Bi-1.5In and Sn-3.0Ag-0.5Cu pastes with Cu-substrate joints under different reflow times”, Microelectronics Reliability, vol.127.

審核編輯 黃宇

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