锡铋锡膏焊点出现金属间化合物的机理
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锡铋锡膏出现金属间化合物的机理
1.锡铋锡膏介绍
随着无铅锡膏的普及，锡铋锡膏受到了封装材料界的重视。锡铋锡膏以其优秀的机械性能和较低的熔点受到大量关注。判断焊接界面是否良好的一个参数是金属间化合物 (IMC)的形成。适当的IMC生长能给焊点提供更好的强度。锡铋焊料合金与铜基板焊接时会发生界面反应并形成IMC Cu6Sn5和Cu3Sn。在长时间的热老化时，IMC会逐渐增加，而过度生长的IMC会影响焊接点的强度并导致失效。
2. 焊接界面IMC生长机理
在回流过程中，锡铋锡膏与铜基板发生扩散作用。熔融焊料中的Sn原子扩散到界面处。Cu溶入液态焊料中，并使Cu-Sn界面过饱和，然后Cu-Sn发生化学反应。Cu6Sn5快速在界面处生成并成核。回流状态下只发现了IMC Cu6Sn5且厚度大约为2μm。当在进行热老化测试后通过SEM发现了两种IMC Cu6Sn5和Cu3Sn (Kang, 2011)。由图1可知，IMC厚度和老化温度和时间正相关。Cu3Sn的生长速度稍慢且与老化时间成线性关系。另外，在进行一段时间老化后，焊点都出现了脆性和失效的问题 (图2).
图1: IMC厚度和老化时间关系
图2: IMC厚度和老化时间关系，并包含焊点脆性变化
当老化过程中Cu6Sn5转变为Cu3Sn时，由于Bi在Cu3Sn中的溶解度更低，因此Bi会析出。析出的Bi由于柯肯达尔效应会迁移到Cu3Sn/Cu界面并形成Bi偏析，使焊点变为完全脆性(Kang, 2011)。
3. 参考文献
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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