Microstructure and chemistry of Pb-Sn solder/ENIG interconnections

• Autorzy: Wojewoda-Budka J. , Huber Z. , Lityńska-Dobrzyńska L. , Sypień A. , Zięba P.

Warianty tytułu

PL

Mikrostruktura i skład chemiczny połączeń lutowie Pb-Sn/ENIG

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The microstructure and chemistry of the solder joints on ENIG finish obtained with 62Sn36Pb2Ag alloy [wt %] were examined by means of the scanning and transmission electron microscope combined with an energy dispersive X-ray spectrometer. After sessile drop test at 503 K for 5 min the interconnection was formed consisted of four different layers (zones). They were: Ni-P-amorphous (corresponding to initial Ni-P coating) adjacent to copper, then Ni12P5, Ni2SnP. The last 4th layer was Sn metastable phase. The cracks observed in within area occupied by Ni12P5 and also at the interface with Ni2SnP layer are considered as the potential source of the “black pad” failure.

PL

Badano mikrostrukturę oraz skład chemiczny złączy lutowie Pb-Sn/ENIG za pomocą skaningowego i transmisyjnego mikroskopu elektronowego wyposażonego w spektrometr promieniowania X z dyspersją energii. Eksperyment polegający na osadzeniu kropli lutowia Pb-Sn na podkładce ENIG w 503 K i wygrzewaniu przez 5 min doprowadził do powstania złącza (spoiny) składającej się z 4 różnych warstw. Zostały one zidentyfikowane jako amorficzny Ni-P (odpowiadający wyjściowemu pokryciu Ni-P) bezpośrednio przylegający do substratu Cu, następnie warstwy Ni12P5, Ni2SnP oraz metastabilna faza NiSn. Pęknięcia stwierdzone w obszarze zajmowanym przez Ni12P5 oraz na granicy z fazą Ni2SnP stanowią potencjalne źródło degradacji złączy uzyskiwanych na pokryciach ENIG nazywane efektem czarnego pola.

Słowa kluczowe

EN

Pb-Sn/ENIG interconnections; soldering; TEM; black pad phenomenon

PL

połączenia Pb-Sn/ENIG; lutowanie; TEM; efekt czarnego pola

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2014
• Tom: Vol. 35, nr 2
• Strony: 222--224
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Wojewoda-Budka J.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, Cracow

autor

Huber Z.

• Quality Department, Fideltronik Group, Sucha Beskidzka

autor

Lityńska-Dobrzyńska L.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, Cracow

autor

Sypień A.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, Cracow

autor

Zięba P.

• Institute of Metallurgy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, Cracow

Bibliografia

• [1] The restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment, Directive 2011/65/eu of the European Parliament and of the Council of 8 June 2011.
• [2] Matsuki H., Ibuka H., Saka H.: TEM observation of interfaces in a solder joint in a semiconductor device. Sci. Technol. Adv. Mater. 3 (2002) 261÷270.
• [3] Penga S. P., Wua W. H., Hoa C. E., Huang Y. M.: Comparative study between Sn 37 Pb and Sn 3 Ag 0.5 Cu soldering with Au/Pd/Ni(P) tri-layer structure. Journal of Alloys and Compounds 493 (2010) 431÷437.
• [4] Zeng K., Stierman R., Abbott D., Murtuza M.: The root cause of black pad failure of solder joints with electroless Ni/immersion gold plating. J. Metals June (2006) 75÷79.
• [5] Wojewoda-Budka J., Huber Z., Litynska-Dobrzynska L., Sobczak N., Zieba P.: Microstructure and chemistry of the SAC/ENIG interconnections. Mater. Chem. Phys. 139 (2013) 276÷280.
• [6] Sobczak N., Singh M., Asthana R.: High-temperature wettability measurements in metal/ceramic systems – Some methodological issues. Curr. Opin. Solid. St. M. 9 (4-5) (2005) 241÷253.
• [7] Villars P., Calvert L. D.: Perason's handbook of crystallographic data for intermetallic phases, 2 nd edn. Materials Park, Ohio (1991) 4697÷4699.
• [8] Bhargava M. K., Schubert K.: Kristallstruktur von NiSn. J. Lesscommon. Met. 33 (1973) 181÷189.
• [9] Zeng K., Tu K. N.: Six cases of reliability study of Pb-free solder joints in electronic packaging technology. Mater. Sci. & Eng. R. 38 (2002) 55÷105.
• [10] Liu P., Xu Z., Shang J.: Thermal stability of electroless-nickel/solder interface: Part A. Interfacial chemistry and microstructure. Metall Mater. Trans. 31A (2000) 2857÷2866.
• [11] Jang J. W., Kim P. G., Tu K. N., Frear D. R., Thomson P.: Solder reaction-assisted crystallization of electroless Ni-P under bump metallization in low cost flip chip technology. J. Appl. Phys. 85 (1999) 8456÷8463.
• [12] Kumar A., Chen Z., Mhaisalkar S. G., Wong C. C., Teo P. S., Kripesh V.: Effect of Ni-P thickness on solid-state interfacial reactions between Sn-3.5Ag solder and electroless Ni–P metallization on Cu substrate. Thin Solid Films 504 (2006) 410÷415.
• [13] Massalski T. B., Okamoto H., Subramanian P. R., Kacprzak L.: Binary alloy phase diagrams. Materials Park, Ohio 1990, ASM Int. 2836.
• [14] Lábár J. L.: Consistent indexing of a (set of) single crystal SAED pattern(s) with the ProcessDiffraction program. Ultramicroscopy 103 (2005) 237÷249.
• [15] Masasalski T. B., Murray J. L., Beennett L. H., Baker H.: Binary phase diagrams. American Society of Metals, Metals Park, OH, (1986) 2833÷2837.