電子封裝用Sn-Zn無鉛釬料專用助焊劑研究.pdf

1、Sn-Zn系無鉛電子封裝釬料由于具有熔點(diǎn)與 Sn-37Pb接近、成本低以及良好的焊點(diǎn)力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)成為目前最具潛力的無鉛釬料之一。但是，Sn-Zn合金釬料中Zn元素的存在導(dǎo)致合金潤(rùn)濕性及抗氧化性等方面的不足，阻礙了該合金的推廣應(yīng)用。為解決這些問題，一方面，通過微合金化的方式改善釬料合金的性能；另一方面，通過研究和開發(fā)與Sn-Zn配套使用的助焊劑改善釬料的潤(rùn)濕性問題。
　　本文首先研究了化學(xué)成分丁二酸、二乙醇胺、甲磺酸亞錫、TX-1

2、0、鄰苯二酚以及聚乙二醇、二甘醇、乙醇的添加量對(duì)Sn-Zn系無鉛釬料潤(rùn)濕性的影響規(guī)律；然后根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果得到Sn-Zn釬料的專用助焊劑最佳配方；還研究了配合最佳配方Sn-Zn專用助焊劑對(duì)焊點(diǎn)力學(xué)性能及可靠性等方面的影響，并分析了助焊劑的作用機(jī)制。
　　研究發(fā)現(xiàn)，自制G8組Sn-Zn專用助焊劑為最優(yōu)配方助焊劑，配方為丁二酸10wt.％、二乙醇胺8wt.%、甲磺酸亞錫20wt.%、TX-100.8wt.%、鄰苯二酚1.2 wt.%以

3、及聚乙二醇30wt.%、乙醇20wt.%、二甘醇10wt.%。相比市售助焊劑，自制最優(yōu)G8組助焊劑不含鹵素，匹配Sn-Zn系無鉛釬料進(jìn)行釬焊時(shí)，釬料的潤(rùn)濕性能改善顯著，焊點(diǎn)規(guī)整，光亮，基本無殘留物，Sn-Zn釬料在銅基板上的鋪展面積最大為116.8mm2、潤(rùn)濕力最大為4.67mN，潤(rùn)濕時(shí)間最短為0.8s。另外，自制最優(yōu)助焊劑也能明顯改善Sn-Cu-Ni、Sn-Ag-Cu釬料的潤(rùn)濕性能，但改善效果略低于Sn-Zn。
　　自制最優(yōu)Sn

4、-Zn專用助焊劑性質(zhì)穩(wěn)定，呈現(xiàn)白色膏狀，具有良好的觸變性，攪拌后變?yōu)橘|(zhì)地均勻、流動(dòng)性良好的稀膏液；粘性、不揮發(fā)物質(zhì)含量均符合標(biāo)準(zhǔn)、基本無腐蝕性、PH值等于6.5接近中性、具有較高的絕緣電阻。
　　配合自制最優(yōu)助焊劑進(jìn)行釬焊時(shí)，能夠減少 Sn、Zn的氧化傾向，有效去除基板與液態(tài)熔體釬料之間的油污及雜質(zhì)，降低界面間氣孔的形成幾率，細(xì)化 Sn-Zn/Cu焊點(diǎn)界面組織，抑制Sn-Zn/Cu基板界面處金屬間化合物層厚度的增加。顯著提高 Sn

5、-Zn/Cu接頭焊點(diǎn)的力學(xué)性能，接頭焊點(diǎn)抗剪強(qiáng)度最大為39.06MPa，相比配合樹脂型助焊劑、水溶性助焊劑、ZnCl2-NH4Cl助焊劑，分別提高了99.69%，76.18%，9.26%；接頭焊點(diǎn)抗拉強(qiáng)度最大為25.65MPa，相比配合樹脂型助焊劑、水溶性助焊劑、ZnCl2-NH4Cl助焊劑，提高了111.11%，77.91%，27.49%。
　　時(shí)效過程中，釬焊焊點(diǎn)的力學(xué)性能下降，配合自制最佳配方Sn-Zn專用助焊劑的焊點(diǎn)力學(xué)性