금속간 화합물과 키어켄달 기포는 실온에서 계속 증가해요

지난 게시 글에서, 저는 금속간 화합물 (IMCs)과 “솔더링의 기적”으로 불리운 것을 논의했었죠. 또한 저는 IMCs의 부서지기 쉬운 특성에 초점을 맞춘 연구에서 IMC와 솔더, IMC와 구리 또는 IMC (Cu6Sn5와 Cu3Sn)의 인터페이스 사이의 결함으로 인해 스트레스 테스트의 실패가 더 많이 발생할 수 있다고 제안한 것과 IMCs의 부서지기 쉬운 특성과는 관련이 없다고 언급했어요.

솔더 접합의 솔더링과 열 노화의 또 다른 약화 메커니즘은 키어켄달 기포에 있어요. 키어켄달 기포는 하나의 금속이 다른 금속으로 더 빠르게 확산될 때 형성되죠. 구리-주석 인터페이스는 그러한 메커니즘을 표시해요. 구리는 주석에서 구리보다 주석으로 더 빠르게 확산되요. 이 메커니즘은 금속 인터페이스에서 구리에 실제 기포를 초래할 수 있어요. 아래 이미지를 참조하세요. 인터페이스에서 가능한 취약점을 초래하는 것 외에도, 주석으로 확산하는 초과 구리는 압축 응력을 생성하여 결국 주석 위스커스를 초래할 수 있어요.   

키어켄달 기포. 자원: http://www.jfe-tec.co.jp/en/electronic-component/case/img/case_solder_02.png

IMC와 키어켄달 기포는 솔더링 온도에서 매우 빠르게 형성되요. 단, 심지어 실온에서도 IMC와 키어켄달 기포는 훨씬 감소된 속도지만 계속 증가해요. 이러한 지속적인 증가 이유는 절대 온도 즉, 켈빈 스케일에서 실온이 솔더링 용융 온도의 상당한 부분을 차지하기 때문이에요. 예를 들어, SAC의 용융 온도는 약 섭씨 219° 이며, 이 온도는 492K (219 + 273)이고, 실온은 295° K이므로, 실온은 SAC 솔더의 용융점까지의 60%에요 (295/492 = 0.60). 이 상황을 약 섭씨 1480 ° 에서 녹는 강철과 비교해 보세요. 강철은 절대 스케일에서 용융점의 60% (780° C)에서 매우 뜨거울 거에요. 따라서 실온이 용융점의 60%이기 때문에, IMC와 키어켄달 형성 공정은 실온에서 멈추지 않아요. 따라서 IMC와 키어켄달 기포는 주석 위스커와 같은 관련 효과와 마찬가지로 계속 증가하죠.

지켜봐 주세요. 다음 번에는 IMC에서 이 시리즈를 마무리하면서 IMC 성장 속도와 스트레스 테스트 결과에 대해 논의할거에요.

감사합니다,

론 박사

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