Effetto del trattamento termico di rifusione sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche della saldatura SnBi ad alta

Jan 22, 2024

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 9550 (2022) Citare questo articolo

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La fonte di calore basata sulla reazione di autopropagazione del foglio sottile di Al/Ni ha le caratteristiche di calore concentrato, rapido aumento/diminuzione della temperatura e piccola zona interessata dal calore; può completare la cristallizzazione di fusione e solidificazione della saldatura in pochi millisecondi per realizzare l'interconnessione di saldatura, che può risolvere i problemi di danni ai materiali e ai componenti sensibili al calore causati dal riscaldamento monolitico della struttura del pacchetto. Tuttavia, a causa del processo di interconnessione altamente non stazionario, la morfologia della microstruttura risultante può influenzare le prestazioni di servizio dei giunti interconnessi. In considerazione di ciò, per studiare la microstruttura post-saldatura della saldatura basata sulla reazione di autopropagazione, questo documento analizza l'effetto della microstruttura iniziale sulla microstruttura post-saldatura riscaldando una saldatura SnBi di 300 μm di spessore con un 40- Lamina sottile di Al/Ni da μm. I risultati hanno indicato che il breve tempo di fusione potrebbe comportare la fusione incompleta delle fasi eterogenee e la distribuzione non uniforme degli elementi durante il processo di fusione, che ha avuto un effetto significativo sulla morfologia e sulla distribuzione della composizione della microstruttura solidificata, nonché sulla distribuzione della durezza della zona fusa. Le conclusioni di cui sopra hanno il potenziale per migliorare il processo di interconnessione basato sulla reazione di autopropagazione, che è fondamentale sia per la guida teorica che per l'applicazione ingegneristica.

I processi di interconnessione tramite saldatura di imballaggi elettronici vengono generalmente realizzati tramite il riscaldamento integrale del dispositivo. A causa dei diversi coefficienti di espansione termica (CTE) del materiale, si forma una concentrazione di stress termico sull'interfaccia, causando danni alla sensibilità termica interna del dispositivo, disadattamento termico dei componenti e dei materiali e diminuzione dell'affidabilità del pacchetto. Poiché SnPb è stato vietato nei prodotti di informazione elettronica a causa della sua tossicità intrinseca, le saldature senza piombo a base di Sn sono state ampiamente studiate e utilizzate commercialmente per sostituire le saldature Sn-Pb. Negli ultimi anni, la domanda di saldature senza piombo continua a crescere e sono state studiate molte saldature senza piombo. Yuanyuan Qiao et al.1 hanno utilizzato il metodo Quasi-in-situ per osservare il comportamento di crescita dei composti intermetallici (IMC) in microgiunti di saldatura Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu con singolo grano β-Sn durante l'invecchiamento con e senza gradiente di temperatura (TG) e trovare una soluzione per prevedere la morfologia e lo spessore dell'IMC considerando l'orientamento del grano β-Sn. Xiaoyang Bi et al.2 hanno scoperto che l'aggiunta del film Co-Ni ha migliorato le proprietà meccaniche del film Ni e dell'IMC Ni3Sn4. Haozhong Wang et al.3 hanno confermato attraverso test che la durezza e il modulo delle leghe saldanti composite Sn-3.0Ag-0.5Cu sono stati migliorati dopo l'aggiunta di Ni-CNT. La letteratura di cui sopra mira ad aggiungere elementi per studiare come migliorare la resistenza della saldatura dopo il metodo di saldatura convenzionale, ma meno ricerche su come migliorare la resistenza della saldatura nella reazione di autopropagazione ad alta velocità, in considerazione di ciò , studiando l'effetto del trattamento termico di rifusione sulla microstruttura e sulle proprietà meccaniche della saldatura SnBi nell'ambito di una reazione di autopropagazione ad alta velocità, questo documento è fondamentale sia per la guida teorica che per l'applicazione ingegneristica.

La tecnologia di interconnessione della reazione di autopropagazione è in grado di risolvere i problemi sopra menzionati in modo più efficace. La tecnologia di interconnessione della saldatura con reazione di autopropagazione scioglie la saldatura utilizzando l'effetto autoriscaldante e autoconduttivo dell'elevato calore di reazione chimica tra i reagenti. Grazie alla loro facilità di eccitazione e all'elevata efficienza termica, i fogli nanosottili con nanostrati alternati di Al e Ni, comunemente indicati come fogli sottili di autopropagazione AlNi, sono uno dei materiali di reazione di autopropagazione più comuni utilizzati nelle interconnessioni dei pacchetti . L'equazione di reazione è indicata con il simbolo Eq. (1).