極端應(yīng)用環(huán)境下SAC焊點(diǎn)金屬間化合物厚度增長(zhǎng)的擔(dān)憂

汽車(chē)電子設(shè)備的工作溫度或環(huán)境溫度可能會(huì)高于 125°C，這會(huì)造成焊點(diǎn)中銅錫金屬間化合物生長(zhǎng)的問(wèn)題。

通常我們會(huì)忽略一個(gè)事實(shí)是——對(duì)錫而言，即使室溫與其熔點(diǎn)比值也達(dá)到了0.5802（293K/505K = 0.5802）。順便提一下，在進(jìn)行這類(lèi)計(jì)算時(shí)須使用開(kāi)爾文溫標(biāo)。

用同樣的方法進(jìn)行計(jì)算，125°C等同于錫熔點(diǎn)的0.788倍。鐵匠在鍛鐵時(shí)，鐵的溫度大概在895℃，比上鐵的熔點(diǎn)1538℃，這個(gè)比例也只有0.645（1168K/1811K=0.645）。

因此，對(duì)于普通的無(wú)鉛焊料而言，125°C的工作溫度已經(jīng)相當(dāng)高了。

圖 1. 鐵匠鍛造溫度圖表

那么，SAC焊料在125°C下銅錫金屬間化合物的生長(zhǎng)隨時(shí)間的變化是怎樣的呢？菲克擴(kuò)散定律告訴我們，金屬間化合物D的生長(zhǎng)公式為：D = (k(T)t)^0.5 ……方程 1。

其中 k(T) 是與溫度相關(guān)的生長(zhǎng)速率常數(shù)，t是時(shí)間。Siewert等人[1]進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，在不同溫度和時(shí)間下測(cè)量SAC焊料的D。依照Siewert文章中2a至2c關(guān)于SAC的數(shù)據(jù)，以小時(shí)為單位，在阿倫尼烏斯公式繪制出k，見(jiàn)圖2。

圖 2. Siebert 數(shù)據(jù)的阿倫尼烏斯圖

Lnk=-6784.7/T+14.81或k=exp (14.81)*exp-(6784.7/T)計(jì)算出SAC在125°C或398K的k=0.1068。使用這個(gè)k值，我們可以繪制出D的時(shí)間函數(shù)。結(jié)果如圖3所示。

在1000小時(shí)（約42 天），金屬間化合物已生長(zhǎng)10 微米。3年后，達(dá)到了53微米。注意，因?yàn)镾iewert文章中的數(shù)據(jù)可能存在誤差，但誤差應(yīng)在兩倍范圍之內(nèi)。

圖 3. SAC在125℃時(shí)金屬間化合物生長(zhǎng)隨時(shí)間的變化

厚的金屬間化合物在極端使用環(huán)境下對(duì)電子產(chǎn)品可靠性帶來(lái)什么樣影響？文獻(xiàn)中未能找到相關(guān)數(shù)據(jù)，如果您做過(guò)這方面的研究，歡迎給我們留言哦。

審核編輯：湯梓紅