可焊锡导电铜浆中铜含量的变化对固化层寿命的影响

一、引言

二、实验材料与方法

（一）实验材料

（二）实验设计

精心制备了五组不同铜含量的 YB5109 可焊锡导电铜浆样品，其铜含量分别设定为 30%、40%、50%、60% 和 70%。将这些样品均匀涂覆在尺寸为 50mm×50mm×1mm 的陶瓷基材上，按照标准固化工艺（固化温度 150℃，固化时间 60 分钟）制备成固化层样品，每种铜含量的样品制备 10 个，用于后续的各项测试。

（三）测试方法

1. 热循环测试：采用高精度热循环试验箱，设定温度范围从 -40℃到 120℃，升降温速率控制在 10℃/ 分钟，进行 500 次循环测试。每 50 次循环后，使用四探针电阻测试仪测量固化层样品的电阻值，并借助光学显微镜观察样品表面是否出现裂纹、剥离等微观缺陷。记录不同铜含量样品在测试过程中电阻值超出初始值 20% 或出现明显微观缺陷时的循环次数。
2. 湿度测试：将样品置于湿度为 90% RH 的恒温恒湿试验箱中，持续时间为 1000 小时。在测试过程中，每隔 100 小时使用绝缘电阻测试仪测量样品的绝缘电阻值，同时观察样品外观是否有变色、膨胀等现象。以绝缘电阻值降至初始值的 50% 或出现明显外观变化作为判定样品失效的标准，记录不同铜含量样品的失效时间。
3. 盐雾测试：依据标准盐雾试验方法（GB/T 10125-2012），将样品放置在盐雾试验箱中，盐雾浓度设定为 5% NaCl 溶液，喷雾压力为 0.07MPa - 0.17MPa，试验时间为 720 小时。在测试期间，每 120 小时取出样品，用电子天平测量样品的质量损失，并用扫描电子显微镜（SEM）观察样品表面的腐蚀形貌，以质量损失超过 10mg/cm² 或表面出现严重腐蚀坑洼作为样品失效的依据，统计不同铜含量样品的耐盐雾寿命

三、结果与讨论

（一）热循环测试结果

在热循环测试过程中，铜含量为 30% 的样品在经过 200 次循环后，电阻值平均上升了 35%，且有 3 个样品表面出现了轻微裂纹；铜含量为 40% 的样品在 300 次循环后电阻值上升约 25%，仅有 1 个样品出现微观裂纹；当铜含量为 50% 时，在 400 次循环后电阻值的增幅控制在 20% 以内，且未发现明显的表面缺陷。然而，铜含量为 60% 的样品在 350 次循环时电阻值突然上升了 40%，同时有 4 个样品出现了局部剥离现象；铜含量为 70% 的样品在 300 次循环后电阻值就出现了大幅波动，平均上升幅度达到 50%，且多数样品表面出现了明显的裂纹与剥离。通过对数据的详细分析可知，铜含量在 40% - 50% 之间时，固化层在热循环过程中的稳定性相对较高，热循环寿命较长。这是因为在此铜含量范围内，铜颗粒能够形成较为均匀且稳定的导电网络，在热应力作用下，导电网络的破坏程度相对较小，从而有效维持了固化层的导电性能与结构完整性。

（二）湿度测试结果

（三）盐雾测试结果

盐雾测试结果表明，铜含量为 30% 的样品在 300 小时的盐雾测试后，质量损失达到了 15mg/cm²，表面出现了大量的腐蚀坑洼；铜含量为 40% 的样品在 400 小时后质量损失约 12mg/cm²，腐蚀程度相对较轻；当铜含量为 50% 时，在 500 小时的测试中，质量损失控制在 10mg/cm² 以内，表面腐蚀形貌较为均匀。而铜含量为 60% 的样品在 400 小时时质量损失就超过了 10mg/cm²，且局部腐蚀严重；铜含量为 70% 的样品在 350 小时内质量损失高达 18mg/cm²，表面出现了深度腐蚀坑和铜的腐蚀产物堆积。综合分析可得，铜含量在 40% - 50% 之间时，固化层具有较好的耐盐雾性能，盐雾寿命相对较长。这是因为此铜含量范围能够在形成有效导电通路的同时，使固化层具备一定的致密性，从而有效阻挡盐雾中的腐蚀性离子对内部结构的侵蚀。

四、结论

通过对先进院（深圳）科技有限公司研铂牌 YB5109 可焊锡导电铜浆中铜含量变化对固化层寿命影响的研究，在热循环、湿度、盐雾等多种测试条件下均发现，铜含量并非越高越好，而是存在一个较为合适的范围。在这个范围内，固化层能够在不同环境因素作用下保持较好的性能稳定性，具有较长的寿命。这一研究结果对于可焊锡导电铜浆的配方优化、生产工艺改进以及在电子封装等领域的应用具有重要的指导意义，有助于提高相关电子产品的可靠性和使用寿命，同时也为进一步研究导电铜浆的性能提供了有价值的参考数据。在未来的研究中，可以进一步探索铜含量与其他添加剂或工艺参数之间的协同作用，以进一步提升可焊锡导电铜浆的综合性能。
以上数据仅供参考，具体性能可能因生产工艺和产品规格而有所差异。