納米添加物抑制錫膏錫須生長-深圳市福英達
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無鉛錫膏是封裝廠家幾乎都會用到的焊接材料，能夠用于芯片焊接等用途。最常見的無鉛錫膏有SnAgCu系列，如SAC0307和SAC305。這類的錫膏制成的焊點強度和導電性能優秀而備受關注。然而由于這類錫膏含Sn量較高，在腐蝕性高的環境下容易帶來錫須生長的問題。錫須是純錫或高錫含量物體上的表面缺陷，可能導致元件引腳之間發生短路現象。通常低Ag含量的焊料合金如SAC0307會對晶須生長更敏感。因此需要通過一些方式抑制錫須的生長。
納米復合錫膏實驗
大量報告表明通過在焊料合金中加入一些特定金屬能夠起到阻礙錫須出現，這是因為焊料合金通過加入納米TiO2、ZnO等顆粒可以起到細化晶粒和修飾晶界的作用，從而改變焊點的性能。因此，Illes等人制備了SAC0307-TiO2(0.25 wt%)和SAC0307-ZnO (0.25 wt%)并驗證可行性。錫膏被印刷在浸銀焊盤上，然后貼裝電阻器0603并回流。樣品會經過85°C/85RH%濕熱測試4000小時從而觀察錫須生長情況。
如圖1所示，濕熱測試1000h后，在普通SAC0307焊點上，可以看到開始有一些灰色斑點出現。在1500h后，焊點的上方出現了第一個結節性錫須。隨著時間的增加，在焊點的上方能觀察到越來越多的錫須。在3000小時后，焊點腐蝕區域開始連接在一起，錫須的數量顯著增加，且錫須長度也明顯增加。
圖1. 普通SAC0307焊點在濕熱測試中的錫須生長情況。
不同的是，SAC0307-TiO2（0.25wt%）和SAC0307-ZnO（0.25 wt%）焊點經過4000h的濕熱測試后的腐蝕程度明顯表面小于普通SAC0307。復合焊點表面直到3500h才在腐蝕點周圍出現了少量錫須，這表明復合焊點的錫須生長速度較慢。因此，可以知道添加納米顆粒的確能夠顯著提高復合焊點的耐腐蝕性。
圖2. 納米復合SAC0307焊點在濕熱測試中的錫須生長速度。
TiO2或ZnO等納米級材料添加通常可以細化β-Sn網格，這意味著復合焊點中的晶粒比普通SAC中的晶粒小得多。復合焊點的細化晶粒導致了廣泛的晶界網絡，從而實現更高的晶界自由能。雖然高晶界自由能會導致更高的腐蝕速率，但TiO2或ZnO在晶界處的偏析可以形成致密的保護性氧化層，從而提高復合焊點的耐腐蝕性。
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Illés, B., Choi, H., Hurtony, T., Du?ek, K., Bu?ek, D. & Skwarek, A., (2022). Suppression of Sn whisker growth from SnAgCu solder alloy with TiO2 and ZnO reinforcement nano-particles by increasing the corrosion resistance of the composite alloy. Journal of Materials Research and Technology, vol. 20, pp. 4231-4240.
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