金屬間化合物的脆性
發(fā)布時(shí)間:2014/5/25 14:17:37 訪問(wèn)次數(shù):2473
金屬間化合物(IMC)通常是凝固時(shí)在焊接點(diǎn)的界面析出,因此,IMC位于母材與釬料的界面。IMC與母材及釬料的結(jié)晶體、固溶體相比較, RLS245 TE11強(qiáng)度是最弱的。其原因是:金屬間化合物是脆性的,與基板材料、焊盤(pán)、元器件焊端之間的熱膨脹系數(shù)差別很大,容易產(chǎn)生龜裂造成失效。
有研究表明,無(wú)鉛釬料與Sn-37Pb釬料最大的不同是,在再流焊和隨后的熱處理及熱時(shí)效(老化)過(guò)程中,金屬間化合物會(huì)進(jìn)一步長(zhǎng)大,從而影響長(zhǎng)期可靠性。
圖19-4是有鉛焊接與無(wú)鉛焊接溫度曲線比較,圖中下方曲線是Sn-37Pb的溫度曲線,Sn-37Pb的熔點(diǎn)為183℃,峰值溫度為210~230℃,液相時(shí)間為60~90s;圖中上方曲線是Sn-Ag-Cu的溫度曲線,Sn-Ag-Cu的熔點(diǎn)約為220℃,峰值溫度為235~245℃,液相時(shí)間為50~60s。圖中顯示了無(wú)鉛焊接與有鉛焊接的比較,無(wú)鉛焊接的溫度高、工藝窗口窄,IMC的厚度不容易控制。
由于擴(kuò)散的速度與溫度成正比關(guān)系,擴(kuò)散的量與峰值溫度的持續(xù)時(shí)間和液相時(shí)間也成正比關(guān)系,焊接溫度越高,時(shí)間越長(zhǎng),化合物層會(huì)增厚。而無(wú)鉛焊料Sn-Ag-Cu熔點(diǎn)比Sn-37Pb高34℃,
因此無(wú)鉛焊接的高溫會(huì)使IMC快速增長(zhǎng);從兩條溫度曲線的比較中還可以看到,無(wú)鉛焊接從峰值溫度至爐子出口的時(shí)間也比Sn-37Pb長(zhǎng),這相當(dāng)于增加了熱處理的時(shí)間,也會(huì)使無(wú)鉛焊點(diǎn)IMC增多;另外,有研究表明,無(wú)鉛釬料在熱時(shí)效(老化)過(guò)程中金屬間化合物會(huì)進(jìn)一步長(zhǎng)大,也就是說(shuō),電子產(chǎn)品在使用過(guò)程中由于環(huán)境溫度變化及加電發(fā)熱(相當(dāng)于老化),IMC還會(huì)進(jìn)一步長(zhǎng)大,IMC厚度過(guò)大并不斷增長(zhǎng)。由于IMC是脆性的,過(guò)厚的IMC也會(huì)影響無(wú)鉛焊點(diǎn)的長(zhǎng)期叮靠性。
為了控制金屬間化合物的厚度不要太厚,設(shè)置溫度曲線時(shí)應(yīng)盡量考慮采用較低的峰值溫度和較短的峰值溫度持續(xù)時(shí)間,同時(shí)還要縮短液相時(shí)間。因此.無(wú)鉛焊接的工藝窗口非常窄。
總之,溫度過(guò)低、潤(rùn)濕性差,影響擴(kuò)散的發(fā)生,影響焊點(diǎn)連接強(qiáng)度;溫度過(guò)高,金屬間化合物過(guò)多,也會(huì)影響焊點(diǎn)連接強(qiáng)度。
金屬間化合物(IMC)通常是凝固時(shí)在焊接點(diǎn)的界面析出,因此,IMC位于母材與釬料的界面。IMC與母材及釬料的結(jié)晶體、固溶體相比較, RLS245 TE11強(qiáng)度是最弱的。其原因是:金屬間化合物是脆性的,與基板材料、焊盤(pán)、元器件焊端之間的熱膨脹系數(shù)差別很大,容易產(chǎn)生龜裂造成失效。
有研究表明,無(wú)鉛釬料與Sn-37Pb釬料最大的不同是,在再流焊和隨后的熱處理及熱時(shí)效(老化)過(guò)程中,金屬間化合物會(huì)進(jìn)一步長(zhǎng)大,從而影響長(zhǎng)期可靠性。
圖19-4是有鉛焊接與無(wú)鉛焊接溫度曲線比較,圖中下方曲線是Sn-37Pb的溫度曲線,Sn-37Pb的熔點(diǎn)為183℃,峰值溫度為210~230℃,液相時(shí)間為60~90s;圖中上方曲線是Sn-Ag-Cu的溫度曲線,Sn-Ag-Cu的熔點(diǎn)約為220℃,峰值溫度為235~245℃,液相時(shí)間為50~60s。圖中顯示了無(wú)鉛焊接與有鉛焊接的比較,無(wú)鉛焊接的溫度高、工藝窗口窄,IMC的厚度不容易控制。
由于擴(kuò)散的速度與溫度成正比關(guān)系,擴(kuò)散的量與峰值溫度的持續(xù)時(shí)間和液相時(shí)間也成正比關(guān)系,焊接溫度越高,時(shí)間越長(zhǎng),化合物層會(huì)增厚。而無(wú)鉛焊料Sn-Ag-Cu熔點(diǎn)比Sn-37Pb高34℃,
因此無(wú)鉛焊接的高溫會(huì)使IMC快速增長(zhǎng);從兩條溫度曲線的比較中還可以看到,無(wú)鉛焊接從峰值溫度至爐子出口的時(shí)間也比Sn-37Pb長(zhǎng),這相當(dāng)于增加了熱處理的時(shí)間,也會(huì)使無(wú)鉛焊點(diǎn)IMC增多;另外,有研究表明,無(wú)鉛釬料在熱時(shí)效(老化)過(guò)程中金屬間化合物會(huì)進(jìn)一步長(zhǎng)大,也就是說(shuō),電子產(chǎn)品在使用過(guò)程中由于環(huán)境溫度變化及加電發(fā)熱(相當(dāng)于老化),IMC還會(huì)進(jìn)一步長(zhǎng)大,IMC厚度過(guò)大并不斷增長(zhǎng)。由于IMC是脆性的,過(guò)厚的IMC也會(huì)影響無(wú)鉛焊點(diǎn)的長(zhǎng)期?啃。
為了控制金屬間化合物的厚度不要太厚,設(shè)置溫度曲線時(shí)應(yīng)盡量考慮采用較低的峰值溫度和較短的峰值溫度持續(xù)時(shí)間,同時(shí)還要縮短液相時(shí)間。因此.無(wú)鉛焊接的工藝窗口非常窄。
總之,溫度過(guò)低、潤(rùn)濕性差,影響擴(kuò)散的發(fā)生,影響焊點(diǎn)連接強(qiáng)度;溫度過(guò)高,金屬間化合物過(guò)多,也會(huì)影響焊點(diǎn)連接強(qiáng)度。
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