Diffusion processes in diffusion-soldered interconnections

• Autorzy: Wojewoda J. , Lopez G. A. , Zięba P. , Mittemeijer E. J.

Warianty tytułu

PL

Procesy dyfuzyjne w spoinach uzyskanych w wyniku lutowania dyfuzyjnego niskotemperaturowego

• Konferencja: Summer School on Mass and Charge Transport in Materials (13-17 July 2004; Kraków, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents fundamentals of the diffusion processes occurring in interconnections produced by means of diffusion soldering. The stages involved in the formation of the interconnection are described for the Al-Ni system as an example. The growth of the formed intermetallic phases is the most important step from the kinetic point of view because it determines the rate of the whole process. If the growth-controlling factor is bulk diffusion, then the solution of the diffusion problem leads to Wagner's integral interdiffusion coefficient. To solve Wagner's equation it is necessary to determine the growth constant kp. The procedure leading to a proper determination of kp from a plot of the intermetallic layer thickness as function of time is described in details. Finally, examples of kinetic calculations for the intermetallic phase growth in the Al-Ni, Cu-Sn, Cu-In and Cu-In-Sn systems are presented.

PL

W pracy przedstawiono opis procesów dyfuzyjnych zachodzących w spoinie (lutowinie) utworzonej w wyniku niskotemperaturowego lutowania dyfuzyjnego. Na przykładzie złącza Ni/Al/Ni zostały opisane poszczególne etapy tworzenia lutowiny. Najważniejszym etapem, determinującym kinetykę całego procesu jest okres wzrostu faz międzymetalicznych. W przypadku, gdy czynnikiem kontrolującym wzrost jest dyfuzja objętościowa, wtedy rozwiązanie zagadnienia dyfuzji sprowadza się do wyznaczenia uśrednionego współczynnika dyfuzji wzajemnej z równania Wagnera. Zastosowanie równania Wagnera wymaga wyznaczenia stałej wzrostu parabolicznego. pokazana została procedura pozwalająca na poprawne wyznaczenie kp z wykresu zależności pomiędzy grubością warstwy metalicznej, a czasem trwania lutowania dyfuzyjnego. Przedstawiono również przykłady obliczeń kinetyki wzrostu faz międzymetalicznych w układach Al-Ni, Cu-Sn, Cu-In oraz Cu-In-Sn.

Słowa kluczowe

EN

diffusion; diffusion soldering; soldered joint

PL

dyfuzja; lutowanie dyfuzyjne; lutowina

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2004
• Tom: Vol. 49, iss. 2
• Strony: 277--291
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys.

Twórcy

autor

Wojewoda J.

• Polish Academy of Sciences, Inst. of Metall./Materials Science, 25 Reymonta St., 30-059 Cracow, Poland

autor

Lopez G. A.

• Max Planck Institute for Metals Research and Institute of Physical Metallurgy. University of Stuttgart. 3 Heisenberg St 70569 Stuttgart, Germany

autor

Zięba P.

• Polish Academy of Sciences, Inst. of Metall./Materials Science, 25 Reymonta St., 30-059 Cracow, Poland

autor

Mittemeijer E. J.

• Max Planck Institute for Metals Research and Institute of Physical Metallurgy. University of Stuttgart. 3 Heisenberg St 70569 Stuttgart, Germany

Bibliografia

• [1] N. Ch. Lee, Adv. Microelectr., September/October, 29 (1999).
• [2] M. Abtew, G. Selvaduray, Mater. Sci. Eng. R 27, 95 (2000).
• [3] G. Humpsten, D. M. Jacobson, Principles of soldering and brazing, ASM International, Materials Park, OH (1993).
• [4] P. K. Khanna, S. K. Bhatnagar, L. S. Chang, W. Gust, Z. Metallkd. 90. 470 (1999).
• [5] W. F. Gale, J. Metals, February, 49 (1999).
• [6] P. K. Khanna, S. Sommadossi, G. Lopez, E. Bielańska, P. Zięba, L. S. Chang, W. Gust, E. J. Mittemeijer, Conf. Proc., EUROMAT 99, edited by B. Jouffrey, J. Svejcar, 4. Willey-VCH, Weinheim, 219 (2000).
• [7] P. Zięba, J. Wojewoda, Application of diffusion soldering in lead-free interconnection technology. In: Recent research developments in materials science 4. Research Signpost, Kerala. 261 (2003).
• [8] G. A. Lopez, S. Sommadossi, W. Gust, E. J. Mittemeijer, P. Zięba, Interface Sci. 10, 13 (2002).
• [9] C. Y. Liu, C. Chen, A. K. Mai, K. N. Tu, J. Appl. Phys. 85. 3882 (1999).
• [10] K. J. Ronka, F. J. J. van Loo, J. K. Kivilahti, Scripta Mater. 37, 1575 (1997).
• [11] H. Okamoto, J. Phase Equilibria 14, 257 (1993).
• [12] G. Lopez, P. Zięba, S. Sommadossi, W. Gust, E. J. Mittemeijer, Mater. Chem. Phys. 78. 459 (2003).
• [13] C. Wagner, Acta Metall. 17, 99 (1969).
• [14] B. Pieraggi, Oxid. Mel. 27, 177 (1987).
• [15] M. M. P. Janssen, G. D. Rieck, Trans. AIME 239, 1372 (1967).
• [16] S. Shankar, L. L. Seigle, Metall. Trans. A 9, 1467 (1978).
• [17] S. Kim, Y. A. Chang, Metall. Mater. Trans. A 31, 1519 (2000).
• [18] S. P. Garg, G. B. Kale, R. V. Patil, T. Kundu, Intermetallics 7, 901(1999).
• [19] S. Bader, W. Gust. H. Hieber, Acta Metall. Mater. 43, 329 (1995).
• [20] S. Sommadossi, W. Gust, E. J. Millemeijer, Mater. Sci. Techol. 19. 528 (2003).
• [21] S. Sommadossi, W. Gust, E. J. Millemeijer, Mater. Chem. Phys. 77, 924 (2002).
• [22] N.K . Tu, R. D. Thompson, Acta Metall. 30, 947 (1982).
• [23] R. N. Chopra, M. N. Ohring, R. S. Oswald, Thin Solids Films 94, 279 (1982).