SAC305-SiC復合焊料對金屬間化合物的影響

SAC305是一種很常見的中高溫焊料，經常被用于二次回流焊接中。SAC305的導電性和焊接強度高，能夠滿足大部分微電子產品的使用要求。影響SAC305焊接強度的因素主要是金屬間化合物（IMCs）生長。IMCs由于焊接時和老化過程中發(fā)生界面反應而成核并生長，其脆性可能會降低焊點的強度。SiC是一種具有獨特的化學穩(wěn)定性和超高熔點的陶瓷材料，同時其具有優(yōu)秀的電學，機械和導熱性能。不少研究證明SiC顆?？梢约毣?Sn和IMCs從而起到焊點增強作用。

SAC305-SiC

Pal等人選擇將少量的SiC（1–3μm）和SAC305（20–24μm）合金粉末通過行星球磨工藝進行混合并制備增強型焊料，焊料制備是在室溫下以200rpm轉速攪拌1小時。樣品被放置在銅基板上進行回流并隨后在空氣中冷卻。SAC305-xSiC/Cu（x=0，0.5，1.0和1.5wt%）焊料樣品在爐中在533K下加熱30分鐘并后續(xù)進行老化測試。通過觀察IMC生長可以了解SiC對焊點的作用。

SiC的對IMCs的影響是什么？

l 圖1展示了不同SiC添加量對IMCs層的影響?？梢园l(fā)現(xiàn)普通SAC305焊料的IMCs層較厚。SAC305-SiC的IMCs層的厚度逐漸減少直到SiC顆粒添加量達到1.0wt.%。SAC305-1.0wt.%SiC復合焊料中Cu6Sn5和Cu3Sn的厚度分別降低了43.8%和39.6%。隨著SiC的進一步增加，IMCs會輕微生長。

圖1. SAC305-SiC焊料在413K老化100h后的IMC。(a)SiC=0; (b) SiC=1wt%; (c) SiC=1.5wt%。

l 銅原子通過各種通道的擴散，并形成了η-Cu6Sn5晶粒。η-Cu6Sn5晶粒沉積在較大的IMC上，因為較小的顆粒具有較高的溶解度。隨著回流時間的增加，Cu6Sn5受到晶粒粗化的控制，最終堵塞了晶粒之間的通道。SiC顆粒由于高熔點而不會熔化，而是吸收在焊點本體中并且可以作為銅原子擴散的障礙。

l 焊料（SAC305-1.0wt.%SiC/Cu）樣品在533K下回流30分鐘，并分別在413K，423K，433K和443 K下老化（25，50，75和100小時）。通過圖2可以發(fā)現(xiàn)IMCs層的生長隨著老化時間和溫度的增加而加快。在本研究中，Cu6Sn5和Cu3Sn層的厚度與老化時間的平方根呈線性關系。

圖2. SAC305-1.0wt%SiC在不同溫度老化溫度和時間的IMC生長速度 （413K， 423K，433K，and 443K）。

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參考文獻

Pal, M.K., Gergely, G. & Gacsi, Z. (2023). Growth kinetics and IMCs layer analysis of SAC305 solder with the reinforcement of SiC during the isothermal aging condition. Journal of Materials Research and Technology, vol.24.