Microstructure and kinetics of the Ag3Sn phase growth in Ag/Sn/Ag diffusion soldered interconnections

• Autorzy: Wojewoda J. , Zięba P.

Warianty tytułu

PL

Mikrostruktura i kinetyka wzrostu fazy Ag3Sn w złączach dyfuzyjnych Ag/Sn/Ag

• Konferencja: Advanced Materials and Technologies, AMT 2007 : XVIII Physical Metallurgy and Materials Science Conference (XVIII; 18-21.06.2007; Warszawa-Jachranka, Polska)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents microscopy observations of Ag/Sn/Ag interconnections obtained as a result of diffusion soldering process. The choice of the material as well as technological process allowed getting thermally stable joints dedicated to the electronic equipment thanks to controllable growth of intermetallic phase. The intermetallic phase which appeared first formed irregular layer with hemispherical shaped scallops growing at the silver/solder interface (Fig. 3-4). Moreover, the formation of small voids was observed inside that phase due probably to the Kirkendall phenomenon (Fig. 4a, 5). Chemical analysis performed on scanning electron microscopy (Fig. 5) revealed that the composition of this phase corresponded to Ag3Sn in the equilibrium phase diagram (Fig. 1). The investigation of the growth kinetics of this phase at 235 CC helped to describe the mechanism of Ag3Sn growth (Fig. 6). Initially the reaction at phase boundary was the mechanism responsible for the phase formation but with time of sample annealing the volume diffusion seemed to control the phase growth.

PL

W pracy przedstawiono obserwacje mikroskopowe złączy Ag/Sn/Ag otrzymanych w wyniku procesu lutowania dyfuzyjnego. Wybór materiału jak i technologii pozwala na uzyskanie trwałego termicznie złącza przeznaczonego do aplikacji w urządzeniach elektronicznych dzięki kontrolowanemu wzrostowi fazy międzymetalicznej. Pierwsza pojawiająca się faza miała postać warstwy o nieregularnej morfologii półsferycznych skallopków na granicy międzyfazowej srebro-lutowie (Rys. 3-4). Ponadto zaobserwowano tworzenie się niewielkich pustek wewnątrz fazy międzymetalicznej, co może być skutkiem zjawiska Kirkendalla (Rys. 4a, 5). Analiza składu chemicznego przeprowadzona na skaningowym mikroskopie elektronowym (Rys. 5) wykazała, że skład tej fazy odpowiada Ag3Sn na diagramie równowagi fazowej (Rys. 1). Badania kinetyki wzrostu fazy w temperaturze 235 °C pozwoliły na uchwycenie mechanizmu wzrostu tej fazy (Rys. 6). W początkowej fazie wzrostu mechanizmem odpowiedzialnym za tworzenie się fazy jest reakcja na granicy faz, natomiast ze wzrastającym czasem wygrzewania próbek dyfuzja objętościowa wydaje się kontrolować wzrost fazy Ag3Sn.

Słowa kluczowe

PL

lutowanie dyfuzyjne; obserwacja mikroskopowa złączy Ag/Sn/Ag; kinetyka wzrostu fazy Ag3Sn

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 28, nr 3-4
• Strony: 496--498
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 poz., rys.

Twórcy

autor

Wojewoda J.

autor

Zięba P.

• Polish Academy of Sciences, Institute of Metalluryg and Materials Science, 30-059 Cracow, 25 Reymonta St.

Bibliografia

• [1] Humpsten, G., Jacobson, D.M.: Principles of soldering and brazing, ASM International, Materials Park, OH 1993.
• [2] Khanna, P.K., Bhatnagar, S.K., Chang, L.S. and Gust, W.: Development, characterization and interface analysis of interconnections based on an isothermal solidification process, Z. Metallkunde Vol. 90 (1999) 470-474.
• [3] Gale, W.F.: Applying TLP bonding to the joining of structural intermetallic compounds, Journal of Metals February (1999) 49-52.
• [4] Humpsten, G., Jacobson, Sangha S.P.S: Diffusion soldering for electronics manufacturing, Endeavour, New Series, Vol. 18, No. 2, Elsevier Science Great Britain 1994.
• [5] Jacobson D.M and Sangha S.P.S: Novel applications of diffusion soldering, GEC-Marconi Materials Technology Ltd, Hirst Division, Hertfordshire, England 1995.
• [6] Wojewoda J., Zięba P.: Lutowanie Dyfuzyjne Niskotemperaturowe i Aspekty Strukturalne, Inżynieria Materiałowa XXV (2004) 11-23.
• [7] Kim, H.K., Liou H.K., Tu K.N.: Three-dimensional morphology of a very rough interface in the soldering reaction between eutectic SnPb and Cu, Appl. Phys. Lett. Vol. 66. (1995) 2337-2339.
• [8] Oberndorff P.: Lead-free Solder Systems: Phase relations and Microstructures.University of Eindhoven, Eindhoven 2001.