Efeito do tratamento térmico de refusão na microestrutura e nas propriedades mecânicas da solda SnBi sob altas temperaturas.

Jul 31, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 9550 (2022) Citar este artigo

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A fonte de calor baseada na reação de autopropagação da folha fina de Al/Ni tem as características de calor concentrado, taxa rápida de aumento/queda de temperatura e pequena zona afetada pelo calor; ele pode completar a fusão e cristalização da solidificação da solda em milissegundos para realizar a interconexão da solda, o que pode resolver os problemas de danos a materiais e componentes sensíveis ao calor causados ​​pelo aquecimento monolítico da estrutura da embalagem. No entanto, devido ao processo de interconexão altamente não estacionário, a morfologia da microestrutura resultante pode afetar o desempenho do serviço das juntas interconectadas. Em vista disso, para investigar a microestrutura pós-solda da solda com base na reação de autopropagação, este trabalho analisa o efeito da microestrutura inicial na microestrutura pós-solda aquecendo uma solda SnBi de 300 μm de espessura com uma solda de 40- μm Al/Ni folha fina. Os resultados indicaram que o curto tempo de fusão pode resultar na fusão incompleta de fases heterogêneas e na distribuição não uniforme de elementos durante o processo de fusão, o que teve um efeito significativo na morfologia e na distribuição da composição da microestrutura solidificada, bem como na distribuição de dureza da zona fundida. As conclusões acima têm o potencial de melhorar o processo de interconexão com base na reação de autopropagação, que é crítica tanto para orientação teórica quanto para aplicação em engenharia.

Os processos de interligação de solda de embalagens eletrônicas são normalmente realizados através do aquecimento integral do dispositivo. Devido aos diferentes coeficientes de expansão térmica (CTE) do material, forma-se uma concentração de estresse térmico na interface, causando danos à sensibilidade térmica interna do dispositivo, incompatibilidade térmica de componentes e materiais e diminuição da confiabilidade da embalagem. Desde que o SnPb foi proibido em produtos de informação eletrônica devido à sua toxicidade inerente, as soldas sem chumbo à base de Sn têm sido amplamente estudadas e usadas comercialmente para substituir as soldas Sn-Pb. Nos últimos anos, a demanda por solda sem chumbo continua a crescer, e muitas soldas sem chumbo foram estudadas. Yuanyuan Qiao et al.1 usaram o método Quasi-in-situ para observar o comportamento de crescimento de compostos intermetálicos (IMCs) em juntas de microsolda Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu com grão único de β-Sn durante o envelhecimento com e sem gradiente de temperatura (TG) e encontrar uma solução para prever a morfologia e espessura do IMC considerando a orientação do grão β-Sn. Xiaoyang Bi et al.2 descobriram que a adição de filme de Co-Ni melhorou as propriedades mecânicas do filme de Ni e Ni3Sn4 IMC. Haozhong Wang et al.3 confirmaram por meio de testes que a dureza e o módulo de ligas de solda compostas Sn-3.0Ag-0.5Cu foram aprimorados após a adição de Ni-CNTs. A literatura acima está na perspectiva de adicionar elementos para estudar como melhorar a resistência da solda após o método de soldagem convencional, mas menos pesquisas sobre como melhorar a resistência da soldagem na reação de autopropagação de alta velocidade, em vista disso , ao estudar o efeito do tratamento térmico de refundição na microestrutura e nas propriedades mecânicas da solda SnBi sob reação de autopropagação de alta velocidade, este artigo é crítico tanto para orientação teórica quanto para aplicação em engenharia.

A tecnologia de interconexão de reação de autopropagação é capaz de resolver os problemas mencionados de forma mais eficaz. A tecnologia de interconexão de solda de reação de autopropagação derrete a solda utilizando o efeito de autoaquecimento e autocondução do alto calor de reação química entre os reagentes. Devido à sua facilidade de excitação e alta eficiência térmica, as folhas nanofinas com nanocamadas alternadas de Al e Ni, comumente chamadas de folhas finas de autopropagação de AlNi, são um dos materiais de reação de autopropagação mais comuns usados ​​em interconexões de pacotes . A equação da reação é denotada pelo símbolo Eq. (1).