Lutowanie dyfuzyjne niskotemperaturowe. II. Aspekty kinetyczne

• Autorzy: Wojewoda J. , Zięba P.

Warianty tytułu

EN

Diffusion soldering. II: Kinetic aspects

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Część pierwsza pracy zawierała aspekty strukturalne procesu lutowania dyfuzyjnego niskotemperaturowego. Opisano przebieg jego kolejnych etapów, a także kryteria doboru materiału spajającego. Przedstawiona została również charakterystyka pokrewnego procesu, jakim jest lutowanie dyfuzyjne wysokotemperaturowe. Scharakteryzowano przykłady zastosowanych dotychczas układów, wyszczególniając tworzące się fazy międzymetaliczne w złączu oraz kolejność ich powstawania. Drugim ważnym zagadnieniem jest kinetyka procesu, której istotę stanowi pomiar grubości warstwy fazy międzymetalicznej i czas jej wzrostu. Omówione zostaną aspekty kinetyczne zarówno dla procesu lutowania wysoko-, jak i niskotemperaturowego. Wyróżnia się dwa rodzaje modeli procesu lutowania dyfuzyjnego wysokotemperaturowego: sekwencyjny i ciągły. W sekwencyjnym każdy kolejny etap procesu rozpatrywany jest osobno jako niezależny, a otrzymane rozwiązanie jest analityczne. W modelu ciągłym uzyskane rozwiązanie jest numeryczne, a proces stanowi jedną całość. W procesie lutowania dyfuzyjnego niskotemperaturowego mamy do czynienia z warstwami charakteryzującymi się bardzo wąskim zakresem jednorodności, tzn. cienkimi warstwami. Dla nich trudno jest obliczyć współczynnik dyfuzji z krzy-wej stężenia, ponieważ gradient stężenia dąży do zera, a współczynnik dyfuzji dąży do nieskończoności. Przedstawiono rozwiązanie tego problemu, podane przez Wagnera w postaci tzw. uśrednionego współczynnika dyfuzji, a także omówiono szybkość wzrostu faz międzymetalicznych w złączu dyfuzyjnym. Na końcu podane zostały przykłady obliczeń kinetyki wzrostu warstw faz międzymetalicznych dla na-stępujących układów: Ni-Al, Cu-Sn, Cu-In oraz Cu-In-Sn.

EN

The first part contained structural aspects of the diffusion soldering process where the principle of the process and its successive stages were described. It also included the selection criteria for diffusion soldering and characteristics of several alloy systems which have been designed and successfully used for diffusion soldering. Diffusion brazing process is related joining technique and from that reason some attention was paid also on it. This paper is focused on the kinetic aspects of the process. Both the kinetics of the diffusion brazing and soldering will be described. For the diffusion brazing two kinds of model can be distinguished - analytical and numerical. First one treats the joining process as a number of discrete stages. Numerical methods describe the process as a continuous one. They can be applied lo two- or three-dimensional joining situations and when the components have complicated shapes. In multiphase systems with intermediate compounds which are characterized by the narrow homogeneity range, one may calculate values of the integral diffusion coefficient extended over the homogeneity range of the various compounds according to the solution given by Wagner. This is accomplished with the use of the growth constants determined from the plots of the growth distance of the intermetallic layer versus time of soldering. The details of the procedure which has to be applied and examples relevant for some systems presented in Part I of the paper are presented, namely Al-Ni, Cu-Sn, Cu-In and Cu-In-Sn.

Słowa kluczowe

PL

lutowanie dyfuzyjne; lutowanie niskotemperaturowe; dyfuzja; spajanie; kinetyka

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2004
• Tom: R. XXV, nr 1
• Strony: 24--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Wojewoda J.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Matreriałowej PAN, Kraków

autor

Zięba P.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Matreriałowej PAN, Kraków

Bibliografia

• [1] Wojewoda J., Zięba P.: Lutowanie dyfuzyjne I. Aspekty strukturalne, Inżynieria Materiałowa, nr l, 2004, s. 11-23
• [2] Tuah-Poku L, Dollar M., Massalski T. B.: A study of the transient liquid phase bonding process applied to Ag/Cu/Ag sandwich joint. Metali. Trans. 19A (1998) 675-686
• [3] MacDonald W. D., Eagar T. W.: Transient liquid phase bonding. Ann. Rev. Mater. Sci. 22 (1992) 23-46
• [4] MacDonald W. D., Eagar T. W.: Isothermal solidification kinetics of diffusion brazing. Metali. Mater. Trans. 29A (1999) 315-325
• [5] Liu S., Olson D. L., Martin G. P., Edwards G. R.: Modelling of brazing processes that use coatings an interlayers. Welding Research Supplement 207-215
• [6] Zhou Y., North T. H.: Process modelling and optimized parameter selection during transient liquid phase bonding. Z. Metallkd. 85 (1994) 775-780
• [7] Zhou Y., Gale W. F., North T. H.: Modelling of transient liąuid phase bonding. Inter. Mater. Rev. 40 (1995) 181-196
• [8] MacDonald W. D., Eagar T. W.: Transient liquid phase bonding. w: The metal science of joining. (eds. M. J. Cieslak, J. H. Perepezko, S. Kang, M. E. Glicksman), The Minerals, Metals & Materials Society 1992, Warrendale, PA 93-100
• [9] Wagner C.: The eyaluation of data obtained with diffusion couples of binary single phase and multiphase system. Acta Metali. 17 (1969) 99-107
• [10] Pieraggi B.: Calculations of parabolic reaction rate constants. Oxid. Met. 27 (1987) 177-185
• [11] van Loo F. J. J.: Multiphase diffusion in binary and ternary solid-state systems. Progress in Solid State Chemistry 20 (1990) 47-99
• [12] Tu N. K., Thompson R. D.: Kinetics of interfacial reactions in bimetallic Cu-Sn thin films. Acta Metali. 30 (1982) 947-952
• [13] Lopez G., Zięba P., Sommadossi S., Gust W., Mittemeijer E. J.: Kinetic behaviour of diffusion-soldered Ni/Al/Ni interconnections. Mater. Chem. Phys. 78 (2003) 459-463
• [14] Bader S., Gust W., Hieber H.: Rapid formation of intermetallic compound by interdiffusion in the Cu-Sn and Ni-Sn systems. Acta Metali. Mater. 43 (1995) 329-337
• [15] Sommadossi S., Gust W., Mittemeijer E. J.: Phase characterization and kinetic behaviour of diffusion soldered Cu/In/Cu interconnections. Mater. Sci. Techol. 19 (2003), 1539-1545
• [16] Chopra R. N., Ohring M. N., Oswald R. S.: Low temperature compound formation in Cu/Sn couples. Thin Solids Films 94 (1982) 279-288