Die Anwendung von hohem statischem Druck (z. B. 10 MPa) während des Transient Liquid Phase (TLP) Bondings ist der Haupttreiber für die Verdichtung der Verbindung. Er wirkt als mechanischer Kompensator für die chemischen Reaktionen, die innerhalb der Verbindung stattfinden, und presst die sich verfestigenden Phasen direkt zusammen, um die während der Verarbeitung natürlich entstehenden inneren Hohlräume zu beseitigen.
Kernbotschaft Die Bildung von intermetallischen Verbindungen führt zu einer erheblichen Volumenkontraktion, die zwangsläufig zu Porosität führt. Äußerer Druck dient nicht nur dazu, Teile zusammenzuhalten; er ist ein kritischer Prozessparameter, der erforderlich ist, um diese Hohlräume zu kollabieren und die erzeugten Phasen zu einer kontinuierlichen, dichten Mikrostruktur zu verbinden.
Die Mechanik des mikrosrukturellen Wandels
Ausgleich chemischer Schrumpfung
Die Reaktion zwischen flüssigem Zinn (Sn) und festen Metallpulvern ist nicht volumenneutral. Wenn die flüssigen und festen Elemente unter Bildung von intermetallischen Verbindungen (IMCs) reagieren, verringert sich das Gesamtvolumen des Materials.
Bei Sn-Ag-Co-Verbindungen ist diese Volumenkontraktion erheblich. Die Bildung der CoSn2-Phase führt zu einer Volumenreduktion von -14,9 %. Ebenso führt die Ni3Sn4-Phase zu einer Volumenreduktion von -11,3 %.
Beseitigung innerer Porosität
Ohne äußere Einwirkung hinterlässt diese chemische Schrumpfung leeren Raum. Diese Räume manifestieren sich als innere Hohlräume, die die Verbindung schwächen.
Eine Laborpresse übt kontinuierlichen statischen Druck aus, um diesen Volumenverlust mechanisch auszugleichen. Sie komprimiert die Verbindung aktiv, während die Reaktion fortschreitet, und verhindert, dass die Schrumpfung zu permanenter Porosität führt.
Verbesserung der Phasen-Kontinuität
Druck beeinflusst die Anordnung der Mikrostruktur, nicht nur ihre Dichte. Die äußere Kraft treibt die erzeugten Phasen – insbesondere (Co,Ni)Sn2 und Ni3Sn4 – in direkten Kontakt miteinander.
Dieser erzwungene Kontakt fördert die mikrosrukturelle Kontinuität. Anstatt isolierter Cluster von IMCs, die durch Hohlräume getrennt sind, sorgt der Druck dafür, dass sich die Phasen verbinden und eine feste, kohäsive Brücke zwischen den Verbindungsoberflächen bilden.
Die Folgen von unzureichendem Druck
Das Risiko von diskontinuierlichen Verbindungen
Es ist wichtig zu erkennen, dass Druck für diese spezifischen Legierungssysteme eine Notwendigkeit und keine Option ist. Da die Schrumpfungsraten hoch sind (bis zu ca. 15 %), werden passive Verbindungsmethoden wahrscheinlich keine einwandfreie Verbindung erzielen.
Wenn der statische Druck zu niedrig ist oder zu früh entfernt wird, führt der Volumenverlust unweigerlich zur Bildung von Hohlräumen. Die resultierende Mikrostruktur wird porös und diskontinuierlich sein, was die mechanische Zuverlässigkeit der Verbindung erheblich beeinträchtigt.
Optimierung Ihres TLP-Verbindungsprozesses
Um eine hochwertige Sn-Ag-Co-Verbindung zu erzielen, müssen Sie Druck als dynamische Variable behandeln, die chemische Veränderungen steuert.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der Verbindungsdichte liegt: Halten Sie kontinuierlichen Druck (z. B. 10 MPa) aufrecht, um die Volumenkontraktion von -14,9 % im Zusammenhang mit der CoSn2-Bildung auszugleichen.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf der mikrosrukturellen Integrität liegt: Stellen Sie sicher, dass der Druck während des gesamten Reaktionszeitraums angewendet wird, um die (Co,Ni)Sn2- und Ni3Sn4-Phasen zu verbinden, anstatt isolierte Inseln zu bilden.
Durch die Nutzung von hohem statischem Druck, um die natürliche Volumenkontraktion auszugleichen, verwandeln Sie eine poröse Reaktionszone in eine dichte, vernetzte und mechanisch robuste Verbindung.
Zusammenfassungstabelle:
| Mechanismus | Auswirkung auf die Mikrostruktur | Schlüsselmetrik/Ergebnis |
|---|---|---|
| Ausgleich chemischer Schrumpfung | Wirkt dem Volumenverlust durch CoSn2- und Ni3Sn4-Bildung entgegen | -14,9 % Vol. für CoSn2; -11,3 % für Ni3Sn4 |
| Beseitigung von Hohlräumen | Kollabiert mechanisch innere Porosität während der Verfestigung | Dichte, hochzuverlässige Verbindungen |
| Phasenverbindung | Presst (Co,Ni)Sn2 und Ni3Sn4 in direkten Kontakt | Kontinuierliche, kohäsive IMC-Brücke |
| Mechanische Integrität | Verhindert die Bildung isolierter IMC-Cluster | Robuste Verbindung mit verbesserter Zuverlässigkeit |
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Referenzen
- Byungwoo Kim, Yoonchul Sohn. Transient Liquid Phase Bonding with Sn-Ag-Co Composite Solder for High-Temperature Applications. DOI: 10.3390/electronics13112173
Dieser Artikel basiert auch auf technischen Informationen von Kintek Press Wissensdatenbank .
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