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金属间化合物分析及制造工艺影响

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浏览:- 发布日期:2019-10-30 14:44:52【

金属间化合物(wu)是两个(ge)或更多的(de)(de)元素(su),组成的(de)(de)具(ju)有金属基本特性以(yi)及不同于其组元的(de)(de)长程有序的(de)(de)晶体结(jie)构化合物。

主要(yao)运用在领域,想(xiang)要(yao)获得(de)良好的(de)焊(han)(han)接效果,焊(han)(han)材与母料(liao)必须发(fa)生牢固的(de)冶金反应(ying),这种情况下,界面(mian)上形成(cheng)的(de)合金层(ceng),就是(shi)金属间(jian)化合物。金属间(jian)化合物对于焊(han)(han)点机械,电气(qi)性能的(de)好坏有着非(fei)常直接的(de)影响,

焊点内部构造图

通(tong)过对于(yu)焊(han)点构造的(de)分析,金属间化(hua)合物是(shi)链接两种材料的(de)关(guan)键。对于(yu)要(yao)求机械牢固度以及电气(qi)链接的(de)永久性起着非常关(guan)键的(de)作用。

不同(tong)母(mu)材(cai)与(yu)不同(tong)焊(han)(han)料所产生的(de)(de)金属间化合物是不同(tong)的(de)(de)。一般(ban)所产生的(de)(de)金属间化合物都是既硬又脆的(de)(de),厚(hou)度越(yue)厚(hou)的(de)(de)焊(han)(han)点强(qiang)度越(yue)差。两者之间的(de)(de)关(guan)系如(ru)下图所示(shi):

金属间化合物厚度与强度的关系


金属间化合物的生长厚(hou)度(du)取决于许多因素(su),但主要(yao)服从于Fick扩散(san)(san)定(ding)律,IMC厚(hou)度(du)L与(yu)扩散(san)(san)常数D和受热时间t的平(ping)方根成正比关(guan)系(xi)(xi),而扩散(san)(san)常数D又与(yu)绝对(dui)温度(du)T成正比的指(zhi)数函数关(guan)系(xi)(xi),因此,为了抑制(zhi)IMC的过快生长,控制(zhi)好焊接温度(du)不能(neng)过高,加热时间不能(neng)过长是(shi)非常重要(yao)的,IMC厚(hou)度(du)L随温度(du)和时间的演变如下:

L=√Dt(1)

D =D0exp(-Q/RT)(2)

电子装联焊接和服役(yi)过程中,焊料与(yu)母(mu)材Cu等金(jin)属(shu)(shu)交互作用导致了金(jin)属(shu)(shu)间化(hua)合物的形成与(yu)生长,一般认为,焊接过程中IMC的形成是界面(mian)化(hua)学反应为主(zhu)导的机(ji)(ji)制(zhi),服役(yi)过程中IMC是元素(su)扩散(san)为主(zhu)导的机(ji)(ji)制(zhi)。



电子装联焊接(jie)(jie)和服(fu)役过程(cheng)中(zhong),焊料与母材Cu等金(jin)属交(jiao)互(hu)作用导致了金(jin)属间化(hua)合物的形成与生长,一般(ban)认(ren)为(wei),焊接(jie)(jie)过程(cheng)中(zhong)IMC的形成是界面(mian)化(hua)学反应为(wei)主导的机制(zhi),服(fu)役过程(cheng)中(zhong)IMC是元(yuan)素扩散(san)为(wei)主导的机制(zhi)。

金(jin)属间化(hua)合(he)物(wu)(IMC)的评价

什么样的(de)金(jin)属间化合物(IMC)是我(wo)们所追(zhui)求的(de)呢,业内比(bi)较公(gong)认的(de)说法是,焊接后焊点界面(mian)长出合金(jin)层IMC,且长得平(ping)坦(tan)、均(jun)匀(yun)、连续即可,具体来说,主要用(yong)以下3点来评价。

厚(hou)度均匀(yun)

金属间化(hua)合物(wu)(IMC)首(shou)先要考(kao)虑的是其厚度,因为IMC厚度多少(shao)将直接决定焊点强度的大小。

IMC厚(hou)度(du)典型值(zhi)

针(zhen)对IMC厚(hou)度(du)(du)(du)(du),电装业内没有具体的(de)标准。德国(guo)ERSA研(yan)究所的(de)研(yan)究表(biao)明,生(sheng)成的(de)金属间化(hua)合物厚(hou)度(du)(du)(du)(du)在(zai)4um以(yi)下时,对焊点(dian)强度(du)(du)(du)(du)影响不(bu)大。日本学(xue)者管沼克昭从可靠性(xing)观(guan)(guan)点(dian)出发(fa)(fa),归纳出理想界(jie)面的(de)质(zhi)量模(mo)型(xing)(图3),认为IMC厚(hou)度(du)(du)(du)(du)应小(xiao)于5um。理论界(jie)虽(sui)说法不(bu)一,但(dan)现在(zai)业内比(bi)较认可的(de)观(guan)(guan)点(dian)是,IMC的(de)平均厚(hou)度(du)(du)(du)(du)在(zai)1~4um,且(qie)最低值(zhi)不(bu)低于0.5um是比(bi)较良性(xing)的(de)合金层(ceng)。太薄(bo)的(de)合金层(ceng)(<0.5um)焊点(dian)可能呈冷焊状,强度(du)(du)(du)(du)不(bu)足,而太厚(hou)时(>4um)结(jie)构(gou)疏松(song),合金层(ceng)硬(ying)度(du)(du)(du)(du)增加,失去弹性(xing)发(fa)(fa)脆,强度(du)(du)(du)(du)变小(xiao)。

IMC厚(hou)度会根据Sn基(ji)焊料结合的(de)金属界面(mian)不同有所(suo)不同,根据业内实践数(shu)据,常见Sn-Cu和Sn-Ni的(de)合金层的(de)最宜厚(hou)度如下:

① Sn-Cu合(he)金层的厚度控制在1~4um;

② Sn-Ni合(he)金层的厚度(du)控制在1~2um。

这(zhei)两种IMC合金层存在差(cha)异的原因主要是(shi)扩(kuo)(kuo)(kuo)散能的差(cha)异所致,Sn对Cu的扩(kuo)(kuo)(kuo)散活化能为(wei)45Kcal/mol,而Sn对Ni的扩(kuo)(kuo)(kuo)散活化能为(wei)65.5Kcal/mol。

理想焊点质量模型

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