如何讓SAC錫膏機械可靠性更高-深圳福英達
如何讓SAC錫膏機械可靠性更高-深圳福英達
SAC系列的錫膏是半導體封裝中較為常見的中溫焊料。這種錫膏可以用在較高溫度環境下的焊接工作，焊后強度可觀。但是隨著焊點受到的熱應力的累計，焊點和芯片之間由于熱膨脹系數差異而出現一定程度的變形，且焊點的斷裂模式會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制作成拉伸試樣，其中焊料在銅基板的腔體中加熱。基板腔體被研磨并用TiCN進行涂覆以防止銅擴散。拉伸試件的抓握部分各長約15 mm，寬度為5 mm，整個腔體的深度為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分鐘，20分鐘，40分鐘。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并且變形更快。與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）后可以發現楊氏模量和剛度的顯著增加。可以說Bi的添加有助于楊氏模量的增加。SAC-BiNiSb的楊氏模量總體上高于純SAC焊料，但低于Bi6。SnAgBiSb是最堅硬的，因此能夠承受更高的應力而不會損壞。
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。對于Ni02，隨著焊接溫度和保溫時間增加，Fmax會有些許增加。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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