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。錫鉍錫膏以其優秀的機械性能和較低的熔點受到大量關注。判斷焊接界面是否良好的一個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。錫鉍焊料合金與銅基板焊接時會發生界面反應并形成IMC Cu6Sn5和Cu3Sn。在長時間的熱老化時，IMC會逐漸增加，而過度生長的IMC會影響焊接點的強度并導致失效。
2. 焊接界面IMC生長機理
在回流過程中，錫鉍錫膏與銅基板發生擴散作用。熔融焊料中的Sn原子擴散到界面處。Cu溶入液態焊料中，并使Cu-Sn界面過飽和，然后Cu-Sn發生化學反應。Cu6Sn5快速在界面處生成并成核。回流狀態下只發現了IMC Cu6Sn5且厚度大約為2μm。當在進行熱老化測試后通過SEM發現了兩種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。Cu3Sn的生長速度稍慢且與老化時間成線性關系。另外，在進行一段時間老化后，焊點都出現了脆性和失效的問題 (圖2).
圖1: IMC厚度和老化時間關系
圖2: IMC厚度和老化時間關系，并包含焊點脆性變化
當老化過程中Cu6Sn5轉變為Cu3Sn時，由于Bi在Cu3Sn中的溶解度更低，因此Bi會析出。析出的Bi由于柯肯達爾效應會遷移到Cu3Sn/Cu界面并形成Bi偏析，使焊點變為完全脆性(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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