Microstructure and Kinetics of Intermetallic Phases Growth in Ag/Sn/Ag Joint Obtained as the Results of Diffusion Soldering

• Autorzy: Skrzyniarz P. , Sypień A. , Wojewoda-Budka J. , Filipek R. , Zięba P.

Warianty tytułu

PL

Mikrostruktura i kinetyka wzrostu faz w poła˛czeniu Ag/Sn/Ag uzyskanym w wyniku lutowania dyfuzyjnego niskotemperaturowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Copper plays the role of the fundamental conductive layer in electronic circuits. Nevertheless, in the crucial areas, silver is used due to its higher electrical and thermal conductivity as well as oxidation resistance. Diffusion soldering is one of the novel technologies of metals joining which can successfully be used in the electronic industry. The main advantage of this process is that a joint produced is characterized by thermal and mechanical stability at temperatures 2-3 times higher than the soldering temperaturę. This paper presents results of optical and scanning electron microscopy observations of Ag/Sn/Ag joints obtained using diffusion soldering at the temperaturę 243 °C and 258 °C. The kinetics of Ag3Sn intermetallic phase growth was also studied as well as the chemical composition at the joint cross sections was determined using the energy dispersive X-ray spectroscopy method. The interdiffusion coemcients were calculated on the basis of the determined Ag3Sn phase growth ratę curves applying the numerical diffusion model developed at the Department of Solid State Chemistry, the Faculty of Materials Science and Ceramics at the AGH University of Science and Technology.

PL

Rolę podstawowej warstwy przewodzącej w układach drukowanych spełnia miedź. Mimo to w obszarach newralgicznych, stosuje się srebro ze względu na wyższą przewodność elektryczną i cieplną, a także odporność na utlenianie. Lutowanie dyfuzyjne niskotemperaturowe (ang. diffusion soldering) stanowi jedną z nowatorskich technik łączenia metali ze względu na łatwość zastosowania i szybkość procesu, w szczególności w przemyśle elektronicznym. Główną zaletą lutowania dyfuzyjnego niskotemperaturowego jest otrzymanie połączenia wykazującego stabilność termiczną i mechaniczną w temperaturach 2-3 razy wyższych niż temperatura lutowania. W pracy przedstawiono wyniki badań złącz Ag/Sn/Ag otrzymanych za pomocą lutowania dyfuzyjnego niskotemperaturowego w temperaturze 243 °C i 258 °C wykonane techniką mikroskopii optycznej i skaningowej mikroskopii elektronowej. Określona została także kinetyka wzrostu fazy międzymetalicznej Ag3Sn i skład chemiczny na przekroju spoiny metodą spektroskopii promieniowania rentgenowskiego z dyspersją energii. W oparciu o wyznaczone krzywe szybkości wzrostu fazy Ag3Sn obliczono współczynniki dyfuzji wzajemnej przy zastosowaniu numerycznego modelu dyfuzji opracowanego w Katedrze Fizykochemii Ciała Stałego na Wydziale Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Akademii Górniczo-Hutniczej.

Słowa kluczowe

EN

diffusion soldering; microstructure; kinetics

PL

lutowanie dyfuzyjne; mikrostruktura; kinetyka

• 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: 2010
• Tom: Vol. 55, iss. 1
• Strony: 123--130
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Skrzyniarz P.

autor

Sypień A.

autor

Wojewoda-Budka J.

autor

Filipek R.

autor

Zięba P.

• Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Science, 25 Reymonta St., 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• [1] W. C. Welch, J. Chae, K. Najafi, IEEE T. Adv. Packaging 28, 643-649 (2005).
• [2] R. Zięba, J. Wojewoda, Works of Technical Science Commission of the Polish Academy of Arts and Sciences II, 85-94 (In Polish) (2007).
• [3] D. M. Jacobson, G. Humpston, Int. Mater. Rev. 51, 313-328 (2006).
• [4] S. Sommadossi, H. E. Troiani, A. F. Guillermet, J. Mater. Sci. 42, 9707-9712 (2007).
• [5] Program Pandat (database COST 531 v.2 (2006)).
• [6] D. M. Jacobson, G. Humpston, Solder. Surf. Mt. Tech. 10, 27-32 (1992).
• [7] G. Humpston, D. M. Jacobson, S. R S. Sangha, Diffusion soldering for electronics manufac-turing. New Series 18, Endeavour, 55-60 (1994).
• [8] http://www.hkltechnology.com (19.03.2009).
• [9] X. Li, J. Cai, Y. Sohn, Q. Wang, W. Kim, Ag-Sn fluxless wafer bonding technology. International Confer-ence on Electronic Materials and Packaging 11-14, 1-6 (2006).
• [10] http://www.matcoinc.com (19.03.2009).
• [11] J. Wojewoda, P. Zięba, Mater. Eng. 138, 11-23 (In Polish) (2004).
• [12] H. K. Kim, H. K. Liou, K. N. Tu, Appl. Phys. Lett. 66, 2337-2339 (1995).
• [13] r. l. Su, L. C. Tsao, S. Y. Chang, T. H. Chuang, J. Mater. Eng. Perform. 11, 365-368 (2002).
• [14] T. L. Su, L. C. Tsao, S. Y. Chang, T. H. Chuang, J. Mater. Eng. Perform. 11, 481-486 (2002).
• [15] Y. W. Yen, W. T. Chou, Y. Tseng, C. Lee, C. L. Hsu, J. Electron. Mater. 37, 73-83 (2007).
• [16] J. Wojewoda, R Zięba, Mater. Eng. 157-158, 496-498 (In Polish) (2007).
• [17] B. Pierragi, Oxid. Met. 27, 177-185 (1987).
• [18] F. J. J. Van Loo, rog. Solid State Ch. 30, 47-99 (1990).
• [19] Finał report of the project No. 3 T08C 028 29 financially supported by Ministry of Science and Higher Education, Institute of Metallurgy and Materials Science Kraków 2008 entitled Structural and kinetic characteristics of electronic joints obtained in the diffusion soldering proces s (In Polish).
• [20] S. K. Sen, A. Ghorai, A. K. Bandyopadhyay, Thin solid films 155, 243-253 (1987).
• [21] C. M. Chen, S. W. Chen, Acta mater. 50, 2461-2469 (2000).
• [22] H. F. Zou, Z. F. Zhang, J. Alloy. Compd. 469, 207-214 (2009).
• [23] B. F. Dyson, J. Appl. Phys. 37, 2375-2377 (1966).
• [24] A. Bruson, M. Gerl, Phys. Rev. B 21, 5447-5454 (1980).