銀修飾多壁碳納米管對LED封裝改善作用-深圳市福英達
銀修飾多壁碳納米管對LED封裝改善作用-深圳市福英達
由于電子封裝界對焊料強度和熱可靠性提出了越來越高的要求，不少焊料從業人員將目光投入了改善錫膏綜合性能中來。納米材料以其優秀的物理化學性質一直以來都受到人們的關注，將納米材料應用到錫膏中被視作改善錫膏特性的重點。碳納米管（CNT）因其優異的柔韌性，熱導率和電導率得到了許多研究人員的注意。
盡管對于CNT的研究很多，但是將CNT與錫膏結合起來則是一個新穎的話題。為了探究CNT對錫膏特性的影響，Park等人制備了10-20nm銀修飾多壁碳納米管(Ag-MWCNT)，并將Ag-MWCNT摻雜到Sn42Bi58錫膏中。最后驗證該納米復合錫膏對LED封裝可靠性的影響。
圖1. Ag-MWCNT制備流程。
1. 焊接過程
摻雜Ag-MWCNT的Sn42Bi58錫膏被沉積到Al金屬PCB的Cu焊盤。然后在190℃下通過熱壓方式將GaN型ENIG-LED芯片鍵合到了Cu焊盤上。
2. 實驗結果
由于Sn42Bi52錫膏含有大量的Bi原子，因此在回流后會形成富錫相和富鉍相。隨著Cu焊盤原子的擴散，焊料和焊盤界面處會形成Cu6Sn5 IMC。在ENIG表面處理的LED芯片和焊料一側則會由于Ni的擴散形成(Cu，Ni）3Sn4 IMC。
2.1 IMC厚度
IMC厚度是判斷焊盤可靠性的重要指標。焊料層和LED芯片界面處的IMC厚度會隨著老化時間增加而增加。不同Ag-MWCNT添加量會造成不同的IMC厚度。當Ag-MWCNT添加量為0.3wt%時，老化1000小時后的IMC厚度最小（圖2a）。類似的，Ag-MWCNT也能有效減少焊盤一側的IMC的厚度（圖2b）。
圖2. 85℃老化后IMC厚度。a: 倒裝LED芯片側, b:焊盤一側。
2.2 鍵合強度
盡管在老化過程中焊點鍵合強度基本在減小，但與普通Sn42Bi52錫膏相比，添加了0.05wt%和0.1wt%Ag-MWCNT的Sn42Bi58焊點的鍵合強度更強，這得益于Ag-MWCNT在焊料基體中分散并起到焊點增強作用。不同的是，添加0.3wt%S Ag-MWCNT的Sn42Bi58焊點老化后鍵合強度反而最低，這是因為過量的Ag-MWCNT會在焊料基體中團聚。
圖3. 85℃老化后焊點鍵合強度。a: 倒裝LED芯片側, b:焊盤一側。
2.3 LED芯片溫度分布
在老化過程中，使用普通的Sn42Bi58錫膏的LED芯片內部溫度逐漸升高。更高的溫度意味著熱應力的增加，這不利于焊點的壽命。添加了0.05wt%Ag-MWCNT的Sn42Bi58焊點老化1000小時候后的內部溫度是最低的，大約比普通Sn42Bi58焊點低10°C。但是，過多的Ag-MWCNT添加量由于團聚現象使得焊點內部溫度較高，0.3%添加量的錫膏與普通Sn42Bi58錫膏的內部溫度已經較為接近。
圖3. LED芯片溫度。
3 福英達納米復合錫膏
納米、微米材料的添加會對錫膏造成多方面的影響，而這需要大量的研究工作。福英達公司有多年微納米材料增強錫膏的研究經驗，研發了一種微納米材料復合錫膏，即在Sn42Bi58錫膏導電基礎上進行微納米增強，更好地保證了合金組分平衡、減緩富鉍相的生成，提高了低溫錫膏機械性能和抗老化性能。歡迎與我們聯系了解更多產品信息。
4. 參考文獻
Park, B.G., Myung, W.R., Lee, C.J. & Jung, S.B. (2020). Mechanical, electrical, and thermal reliability of Sn-58wt.%Bi solder joints with Ag-decorated MWCNT for LED package component during aging treatment. Composites Part B: Engineering, vol.182.
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