錫鉍錫膏焊點(diǎn)出現(xiàn)金屬間化合物的機(jī)理
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錫鉍錫膏出現(xiàn)金屬間化合物的機(jī)理
1.錫鉍錫膏介紹
隨著無鉛錫膏的普及，錫鉍錫膏受到了封裝材料界的重視。錫鉍錫膏以其優(yōu)秀的機(jī)械性能和較低的熔點(diǎn)受到大量關(guān)注。判斷焊接界面是否良好的一個(gè)參數(shù)是金屬間化合物 (IMC)的形成。適當(dāng)?shù)腎MC生長能給焊點(diǎn)提供更好的強(qiáng)度。錫鉍焊料合金與銅基板焊接時(shí)會發(fā)生界面反應(yīng)并形成IMC Cu6Sn5和Cu3Sn。在長時(shí)間的熱老化時(shí)，IMC會逐漸增加，而過度生長的IMC會影響焊接點(diǎn)的強(qiáng)度并導(dǎo)致失效。
2. 焊接界面IMC生長機(jī)理
在回流過程中，錫鉍錫膏與銅基板發(fā)生擴(kuò)散作用。熔融焊料中的Sn原子擴(kuò)散到界面處。Cu溶入液態(tài)焊料中，并使Cu-Sn界面過飽和，然后Cu-Sn發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。Cu6Sn5快速在界面處生成并成核。回流狀態(tài)下只發(fā)現(xiàn)了IMC Cu6Sn5且厚度大約為2μm。當(dāng)在進(jìn)行熱老化測試后通過SEM發(fā)現(xiàn)了兩種IMC Cu6Sn5和Cu3Sn (Kang, 2011)。由圖1可知，IMC厚度和老化溫度和時(shí)間正相關(guān)。Cu3Sn的生長速度稍慢且與老化時(shí)間成線性關(guān)系。另外，在進(jìn)行一段時(shí)間老化后，焊點(diǎn)都出現(xiàn)了脆性和失效的問題 (圖2).
圖1: IMC厚度和老化時(shí)間關(guān)系
圖2: IMC厚度和老化時(shí)間關(guān)系，并包含焊點(diǎn)脆性變化
當(dāng)老化過程中Cu6Sn5轉(zhuǎn)變?yōu)镃u3Sn時(shí)，由于Bi在Cu3Sn中的溶解度更低，因此Bi會析出。析出的Bi由于柯肯達(dá)爾效應(yīng)會遷移到Cu3Sn/Cu界面并形成Bi偏析，使焊點(diǎn)變?yōu)橥耆嘈?Kang, 2011)。
3. 參考文獻(xiàn)
Kang, T.Y., Xiu, Y.Y., Liu, C.Z., Hui, L., Wang, J.J., & Tong, W.P. (2011), "Bismuth segregation enhances intermetallic compound growth in SnBi/Cu microelectronic interconnect. Journal of Alloys and Compounds", 509(5), pp.1785-1789
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