SAC305焊料摻入少量SiC后的潤(rùn)濕性怎么樣-深圳福英達(dá)
SAC305焊料摻入少量SiC后的潤(rùn)濕性怎么樣-深圳福英達(dá)
SAC305傳統(tǒng)的錫膏在焊接的時(shí)候金屬間化合物（IMC）生長(zhǎng)較快，容易形成較厚的IMC層并影響焊點(diǎn)的可靠性。可以知道SiC是一種高熔點(diǎn)陶瓷材料。通過(guò)在SAC305中摻入少量的微納米級(jí)SiC顆粒，在焊料熔融固化后SiC停留在焊點(diǎn)本體中，從而可以細(xì)化焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)并作為金屬原子擴(kuò)散的屏障，使得焊點(diǎn)的界面IMC層生長(zhǎng)速度會(huì)明顯減緩。此外，近年來(lái)不少研究人員發(fā)現(xiàn)陶瓷顆?？梢愿纳坪噶匣w的潤(rùn)濕能力，從而改善焊點(diǎn)微觀結(jié)構(gòu)。
SAC305-SiC復(fù)合焊料
制備及潤(rùn)濕性驗(yàn)證
Pal等人將平均直徑為2μm的SiC摻入SAC305焊料中，用于合成復(fù)合焊料。SiC和SAC305粉末在高能球磨中混合約一小時(shí)。SiC和SAC305粉末在模具中單軸壓實(shí)（室溫下200Mpa冷壓）以形成直徑為3mm的圓柱形棒。然后，將樣品放入熔爐中進(jìn)行熔化制成SAC305-1.0%SiC復(fù)合焊料。
圖1. SAC305-SiC制備步驟。
Pal等人測(cè)試在230°C至290°C的不同回流溫度下，SAC305-1.0%SiC復(fù)合焊料在干凈Cu基板上的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)展和潤(rùn)濕性變化。樣品在回流下保持約60分鐘，在此期間達(dá)到潤(rùn)濕性的平衡條件。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
IMC結(jié)構(gòu)
圖2顯示了在不同回流溫度下回流工藝后SAC305-1.0%SiC/Cu表面的微觀結(jié)構(gòu)。在加入1.0 wt%的SiC后，Cu6Sn5和Ag3Sn IMCs出現(xiàn)在Sn焊料基體中但接近界面附近。與Sn接觸的層是Cu6Sn5，而Cu3Sn層在Cu6Sn5和Cu之間。隨著回流溫度從230°C升高到290°C，液/固反應(yīng)中的Cu6Sn5 IMC層放緩。Cu6Sn5層隨著Cu3Sn層的生長(zhǎng)而逐漸減小，并且Cu3Sn層隨著溫度的升高而增加。不可潤(rùn)濕的SiC通常會(huì)從熔融焊料中轉(zhuǎn)移出來(lái)。界面IMCs的形貌表明，在回流過(guò)程中，由于SiC顆粒的偏析而形成孔隙。
圖2. SAC305-1%SiC在不同回流溫度的IMC情況。
潤(rùn)濕能力
l 當(dāng)回流溫度為270°C時(shí)，SAC305-1.0%SiC焊料的最大相對(duì)擴(kuò)展面積為76 %，比230°C時(shí)的最大相對(duì)擴(kuò)展面積大24%左右。隨著回流溫度升到290°C，最大相對(duì)擴(kuò)展反而降至68%左右。因此可以知道，焊料擴(kuò)展面積首先隨著回流溫度的增加而增加，隨著溫度進(jìn)一步升高，潤(rùn)濕面積顯著減小。
圖3. SAC305-1.0%SiC潤(rùn)濕面積和回流溫度的關(guān)系。 l 在230°C回流溫度下SAC305-1.0%SiC焊點(diǎn)的潤(rùn)濕角較大，這表明復(fù)合焊料的潤(rùn)濕性較差。隨著溫度升高，焊點(diǎn)的潤(rùn)濕角開(kāi)始下降，表面潤(rùn)濕性有所改善。當(dāng)回流溫度進(jìn)一步提高到290℃，潤(rùn)濕角開(kāi)始增大。這些結(jié)果證實(shí)，在特定的回流溫度下，可以通過(guò)增加SiC顆粒來(lái)實(shí)現(xiàn)焊料基體潤(rùn)濕性的改善。 表1. SAC305-1.0%SiC在不同回流溫度下的潤(rùn)濕角。
參考文獻(xiàn)
Pal, M.K, Gergely, G., Koncz-Hoevath, D. & Gacsi, Z. (2021). Investigation of microstructure and wetting behavior of Sn–3.0Ag–0.5Cu (SAC305) lead-free solder with additions of 1.0wt%SiC on copper substrate. Intermetallics, vol.128.
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