錫鉍錫膏焊點出現金屬間化合物的機理
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錫鉍錫膏出現金屬間化合物的機理
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(you) 秀的機械性能和較低的熔點受到大量關(guan) 注。判斷焊接界麵是否良好的一個(ge) 參數是金屬間化合物 (IMC)的形成。適當的IMC生長能給焊點提供更好的強度。錫鉍焊料合金與(yu) 銅基板焊接時會(hui) 發生界麵反應並形成IMC Cu6Sn5和Cu3Sn。在長時間的熱老化時，IMC會(hui) 逐漸增加，而過度生長的IMC會(hui) 影響焊接點的強度並導致失效。
2. 焊接界麵IMC生長機理
在回流過程中，錫鉍錫膏與(yu) 銅基板發生擴散作用。熔融焊料中的Sn原子擴散到界麵處。Cu溶入液態焊料中，並使Cu-Sn界麵過飽和，然後Cu-Sn發生化學反應。Cu6Sn5快速在界麵處生成並成核。回流狀態下隻發現了IMC Cu6Sn5且厚度大約為(wei) 2μm。當在進行熱老化測試後通過SEM發現了兩(liang) 種IMC Cu6Sn5和Cu3Sn (Kang, 2011)。由圖1可知，IMC厚度和老化溫度和時間正相關(guan) 。Cu3Sn的生長速度稍慢且與(yu) 老化時間成線性關(guan) 係。另外，在進行一段時間老化後，焊點都出現了脆性和失效的問題 (圖2).
圖1: IMC厚度和老化時間關(guan) 係
圖2: IMC厚度和老化時間關(guan) 係，並包含焊點脆性變化
當老化過程中Cu6Sn5轉變為(wei) Cu3Sn時，由於(yu) Bi在Cu3Sn中的溶解度更低，因此Bi會(hui) 析出。析出的Bi由於(yu) 柯肯達爾效應會(hui) 遷移到Cu3Sn/Cu界麵並形成Bi偏析，使焊點變為(wei) 完全脆性(Kang, 2011)。
3. 參考文獻
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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