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Erschienen in: Journal of Electronic Materials 10/2021

04.08.2021 | Original Research Article

Mechanical Failure of Cu-Sn Solder Joints

verfasst von: Xiaorong Cai, Andrew M. Pham, Marisol Koslowski

Erschienen in: Journal of Electronic Materials | Ausgabe 10/2021

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Abstract

The effects of the microstructure on the fracture mechanisms of Cu-Sn intermetallic compounds (IMC) in solder joints under tensile load are studied with numerical simulations. When solder joints are exposed to elevated temperature environments Cu\(_6\)Sn\(_5\) and Cu\(_3\)Sn nucleate and grow due to the reaction of Cu and Sn, and the fracture strength is degraded. During early stages of the thermal treatment, the Cu\(_3\)Sn layer of the IMC is thin and composed of a single stack of grains, and the simulations indicate that failure occurs at the Cu\(_6\)Sn\(_5\)/Cu\(_3\)Sn interface. After hundreds of hours at temperatures over 150\(^\circ \) the Cu\(_3\)Sn layer thickness grows and is composed of a stack of several grains. Then, failure switches to intergranular fracture inside the Cu\(_3\)Sn layer. Therefore, the reduction of the fracture strength is a consequence of a transition in the Cu\(_3\)Sn layer from a single stack of grains to a multi-stacked structure. This structural transition occurs by the reduction of grain size and the growth of the Cu\(_3\)Sn layer thickness.

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Metadaten
Titel
Mechanical Failure of Cu-Sn Solder Joints
verfasst von
Xiaorong Cai
Andrew M. Pham
Marisol Koslowski
Publikationsdatum
04.08.2021
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Electronic Materials / Ausgabe 10/2021
Print ISSN: 0361-5235
Elektronische ISSN: 1543-186X
DOI
https://doi.org/10.1007/s11664-021-09117-x

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