銀修飾多壁碳納米管對LED封裝改善作用-深圳市福英達(dá)

2023-04-09

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銀修飾多壁碳納米管對LED封裝改善作用-深圳市福英達(dá)

由于電子封裝界對焊料強(qiáng)度和熱可靠性提出了越來越高的要求，不少焊料從業(yè)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(yōu)秀的物理化學(xué)性質(zhì)一直以來都受到人們的關(guān)注，將納米材料應(yīng)用到錫膏中被視作改善錫膏特性的重點(diǎn)。碳納米管（CNT）因其優(yōu)異的柔韌性，熱導(dǎo)率和電導(dǎo)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(jié)合起來則是一個(gè)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(yàn)證該納米復(fù)合錫膏對LED封裝可靠性的影響。

圖1. Ag-MWCNT制備流程。

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。

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(kuò)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(cè)則會由于Ni的擴(kuò)散形成(Cu，Ni）3Sn4 IMC。

IMC厚度是判斷焊盤可靠性的重要指標(biāo)。焊料層和LED芯片界面處的IMC厚度會隨著老化時(shí)間增加而增加。不同Ag-MWCNT添加量會造成不同的IMC厚度。當(dāng)Ag-MWCNT添加量為0.3wt%時(shí)，老化1000小時(shí)后的IMC厚度最小（圖2a）。類似的，Ag-MWCNT也能有效減少焊盤一側(cè)的IMC的厚度（圖2b）。

圖2. 85℃老化后IMC厚度。a: 倒裝LED芯片側(cè), b:焊盤一側(cè)。

盡管在老化過程中焊點(diǎn)鍵合強(qiáng)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(diǎn)的鍵合強(qiáng)度更強(qiáng)，這得益于Ag-MWCNT在焊料基體中分散并起到焊點(diǎn)增強(qiáng)作用。不同的是，添加0.3wt%S Ag-MWCNT的Sn42Bi58焊點(diǎn)老化后鍵合強(qiáng)度反而最低，這是因?yàn)檫^量的Ag-MWCNT會在焊料基體中團(tuán)聚。

圖3. 85℃老化后焊點(diǎn)鍵合強(qiáng)度。a: 倒裝LED芯片側(cè), b:焊盤一側(cè)。

在老化過程中，使用普通的Sn42Bi58錫膏的LED芯片內(nèi)部溫度逐漸升高。更高的溫度意味著熱應(yīng)力的增加，這不利于焊點(diǎn)的壽命。添加了0.05wt%Ag-MWCNT的Sn42Bi58焊點(diǎn)老化1000小時(shí)候后的內(nèi)部溫度是最低的，大約比普通Sn42Bi58焊點(diǎn)低10°C。但是，過多的Ag-MWCNT添加量由于團(tuán)聚現(xiàn)象使得焊點(diǎn)內(nèi)部溫度較高，0.3%添加量的錫膏與普通Sn42Bi58錫膏的內(nèi)部溫度已經(jīng)較為接近。

圖3. LED芯片溫度。

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(dá)公司有多年微納米材料增強(qiáng)錫膏的研究經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)了一種微納米材料復(fù)合錫膏，即在Sn42Bi58錫膏導(dǎo)電基礎(chǔ)上進(jìn)行微納米增強(qiáng)，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(jī)械性能和抗老化性能。歡迎與我們聯(lián)系了解更多產(chǎn)品信息。

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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