Tytuł pozycji:
Morphology and chemistry characterization of intermetallic phases in (Cu + 5 at. % Ni)/Sn-Ag-Sn/(Cu + 5 at. % Ni) interconnections
The paper presents scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscopy studies on the microstructure and chemical composition of the (Cu + 5 at. % Ni)/Sn-Ag-Sn/(Cu + 5 at. % Ni) interconnections. The Sn, Cu and Ag are the main elements in all kinds of environment-friendly substitutes of previously used Pb-Sn eutectic solders in the electronics devices. The addition of the Ni to the copper substrate leads to the acceleration of the Cu6Sn5 intennetallic phase (IP) growth together with the change of the IP morphology. The thin (5 um) Ag interlayer is applied in order to avoid the Kirkendall voids formation in the center of the (Cu + 5 at. % Ni)/Sn/ (Cu + 5 at. % Ni) joints and in a consequence the improvement of the quality of the interconnections. The samples were prepared at various soldering temperature (240, 250 and 260°C) and annealing times (2, 5, 10, 15 and 20 min) necessary to accomplish the diffusion soldering process. The microstructure and chemical composition analyses reveal the formation of two intermetallic phases (Cu1_xNix)6Sn5 and Ag3Sn in the interconnection area. The (Cu1_xNix)6Sn5 phase was detected in the whole reaction zone while the Ag3Sn full field only the centre of joint, taking the shape of the relatively large, rounded linearly located grains. Moreover, the EDS analysis (line scan and mapping) made across the substrate/(Cu1gxNix)6Sn5 interface revealed the significant amount of nickel within the layer adj acent to (Cu + 5 at. %Ni).
W pracy przedstawiono wyniki badań uzyskane za pomocą skaningowej (SEM) i transmisyjnej (TEM) mikroskopii elektronowej dotyczące charakterystyki mikrostrukturalnej oraz składu chemicznego złączy (Cu + 5% at. Ni)/ Sn-Ag-Sn/(Cu + 5% at. Ni). Cyna, miedź i srebro stanowią główne składniki bezołowiowych lutowi, będących zamiennikami dotychczas stosowanych w elektronice eutektycznych stopów Pb-Sn. Dodatek Ni do substratów miedziowych prowadzi do znacznego przyspieszenia wzrostu fazy międzymetalicznej Cu6Sn5 oraz zmiany jej morfologii. Cienką warstwę Ag (5 um) zastosowano w celu uniknięcia powstawania pustek Kirkendalla obserwowanych wzdłuż całego złącza w układzie (Cu + 5 at. % Ni)/Sn/(Cu + 5 at. % Ni), co z kolei skutkuje w polepszeniu jakości i niezawodności złącza. Próbki do badań uzyskano metodą lutowania dyfuzyjnego przez wygrzewanie ich w różnej temperaturze: 240, 250 i 260°C przez 2, 5, 10, 15 i 20 minut. Charakterystyka mikrostrukturalna oraz analiza składu chemicznego spoin ujawniły występowanie dwóch faz międzymetalicznych (Cu1_xNix)6Sn5 i Ag3Sn. Faza (Cu1_xNix)6Sn5 tworzyła się w całej strefie reakcji pomiędzy substratem i lutowiem. Natomiast faza Ag3Sn była obecna tylko w centrum złącza w formie dość dużych, kulistych, liniowo ułożonych ziaren. Ponadto analiza EDS (wzdłuż linii oraz powierzchniowe rozmieszczenie pierwiastków) wykonana na granicy substrat/(Cu1gxNix)6Sn5, potwierdziły znaczne zwiększenie zawartości niklu wtym obszarze.
