열악한 서비스 환경에서 SAC 솔더 조인트의 금속간 두께 성장에 대한 우려

여러분, 최신 자동차의 전자 장치 사용 온도는 125C 이상일 수 있습니다. 이러한 높은 온도로 인해, 솔더 조인트에서 구리-주석의 금속간 성장의 우려가 제기됩니다. 심지어 종종 실온도 주석의 용융 온도의 상당한 부분이라는 사실에 대해 생각하지 않습니다(예, 293K/505K = 0.5802). 이런 계산을 할 때, 켈빈 척도를 사용해야 함을 알려드립니다. 그러나 125C는 주석 용융점까지 0.788배입니다. 이 온도는 대장장이의 연철이 895C인 것과 같습니다. 그림 1은 대장장이의 대장간 온도 차트를 보여줍니다. 895C는 붉고 뜨거움을 이미 지난 온도입니다.

그림 1. 대장장이의 대장간 온도 차트 그렇다면, 시간의 함수로서 125C에서 SAC 솔더의 구리-주석 금속간 성장은 얼마나 되나요? Fick의 확산 법칙에 따르면 금속간 화합물 D의 성장은 다음과 같습니다. D = (k(T)t)^0.5 방정식 1. 여기서 k(T)는 온도 종속 성장률 상수이고 t는 시간입니다. Siewert etal[i]은 SAC 솔더에 대해 다양한 온도와 시간에 대해 D를 측정하는 실험을 했습니다. Siewert의 안내에 따라 시간 단위로는 시간을 사용하겠습니다. SAC 솔더에 대한 그림 2a~2c의 데이터를 사용하여 k를 Arrhenius 그래프에 표시할 수 있었습니다(그림 2 참조).

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그림 2. Siebert 데이터의 Arrhenius 플롯 그림 2에서 Ln k = -6784.7/T + 14.81 또는 k = exp(14.81)*exp-(6784.7/T)임을 알 수 있습니다. 따라서 125C 또는 398K에서 k = 0.1068입니다. 이 k 값을 사용하여 D를 시간의 함수로 플롯할 수 있습니다. 결과는 그림 3에 나와 있습니다. 두 눈금 모두 대수입니다. 1,000시간(42일) 동안 금속간 화합물은 10미크론 성장했습니다. 3년 후에는 53미크론에 도달합니다. Siewet의 데이터에는 오차 막대가 있으므로 주의해야 합니다. 그러나 제가 느끼기에 이러한 예측이 2배 이내라는 것입니다.

 그림 3. SAC 솔더에서, 125C에서 시간의 함수로서의 금속간 성장. 

열악한 자동차 환경에서 이러한 두꺼운 금속간 화합물의 영향은 무엇입니까? 아무도 모르지만, 누군가가 알아내기 위해 몇 가지 실험을 하도록 권합니다. 감사합니다, 론 박사