纳米颗粒对跌落试验性能的影响研究

通过对Sn-1.0Ag系的无铅焊料中添加的Co、Ni、Pt、Al、P、Cu、Zn、Ge、Ag、In、Sb或Au等纳米颗粒进行评估，可以来研究这些颗粒的添加是否会改善跌落试验性能。

图13.24 跌落试验仪

图13.24所示为跌落试验仪器（日本吉田精机（Yoshi-da-seiki）株式会社HDST-230）。这里的封装部件包括一片12mm×12mm的球栅阵列封装、一块30mm×120mm×0.8mm的PCB，且板上有涂抹有机可焊性保护层（NSMD型）的铜焊盘，以及一盒焊胶（SenjuM705-GRN360-K2V）。样品封装后还要放置5天才能进行跌落试验。需要检测菊花链的电阻，若链路的电阻超过初始状态的1.5倍，则该次实验失败。

图13.25给出了跌落试验台的特征。PCB两侧的固定螺钉被以15cN·m的转矩拧紧，同时样品的封装面向下。图13.26给出了跌落试验的加速过程（实验设定值为1500Gal^[1]）。

图13.27所示为Sn1.0Ag系的无铅焊料和参照焊料（Sn1.0Ag0.01Cu，SAC101）热老化处理前，跌落试验失败时的威布尔（Weibull）图。其中，Sn1.0Ag系分别中添加了0.02Ni、0.04N、0.02Co、0.5Sb、0.1Zn或0.05Pt等纳米颗粒。实验温度为100℃，时间为100h。从图中可以看到，添加Ni、Co和Pt能明显改善样品的跌落试验性能。特别地，添加0.02Ni、0.05Pt和0.02Co的样品比添加0.04Ni、0.5Sb和0.1Zn的样品其跌落试验性能更好。

图13.25 跌落试验台的特征

图13.26 跌落加速过程(www.xing528.com)

图13.27 在进行温度为100℃的热老化处理前样品的跌落试验失败时的威布尔图

图13.28所示为Sn1.0Ag0.01Cu系无铅焊料和参照焊料（Sn1.0Ag0.01Cu，SAC1）热老化处理后，跌落试验失败时的威布尔图。其中，Sn1.0Ag0.01Cu中添加了0.02Ni、0.04N、0.02Co、0.5Sb、0.1Zn或0.05Pt等纳米颗粒，实验时间为100h、温度为100℃。

如果不经过热老化处理，添加Ni、Co和Pt能明显改善样品的跌落试验性能。特别地，添加0.02Ni、0.05Pt和0.02Co的样品比添加0.04Ni、0.5Sb和0.1Zn的样品的跌落试验性能更好。添加在周期表中位于Cu左边的过渡金属，如Co、Ni、Pt，在一次回流焊和热老化处理后，是不会显著增加金属间化合物的厚度和晶粒的大小的。因此，SnAgX焊料表现出更好的跌落试验性能（X代表过渡金属，如Co、Ni、Pt）。另一方面，当表13.2中的过渡金属（如Co、Ni、Pt）或者典型金属（如Al，In）或非金属（如在周期表中位于Cu的右边的P、Ge、Sb等）添加到Sn-Ag系焊料合金后，它们会在一次回流焊后增加金属间化合物的厚度和晶粒的大小。因此，SnAgY焊料表现出较差的跌落试验性能（Y代表Cu、Ag、Au、Zn、Al、In、P、Ge、Sb）。

图13.28 在进行温度为100℃的热老化处理（100h）前样品的跌落试验失败时的威布尔图

表13.2 周期表和研究的纳米颗粒