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Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A 12/2016

06.10.2016

Rapid Solidification of Sn-Cu-Al Alloys for High-Reliability, Lead-Free Solder: Part II. Intermetallic Coarsening Behavior of Rapidly Solidified Solders After Multiple Reflows

verfasst von: Kathlene N. Reeve, Stephanie M. Choquette, Iver E. Anderson, Carol A. Handwerker

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A | Ausgabe 12/2016

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Abstract

Controlling the size, dispersion, and stability of intermetallic compounds in lead-free solder alloys is vital to creating reliable solder joints regardless of how many times the solder joints are melted and resolidified (reflowed) during circuit board assembly. In this article, the coarsening behavior of Cu x Al y and Cu6Sn5 in two Sn-Cu-Al alloys, a Sn-2.59Cu-0.43Al at. pct alloy produced via drip atomization and a Sn-5.39Cu-1.69Al at. pct alloy produced via melt spinning at a 5-m/s wheel speed, was characterized after multiple (1-5) reflow cycles via differential scanning calorimetry between the temperatures of 293 K and 523 K (20 °C and 250 °C). Little-to-no coarsening of the Cu x Al y particles was observed for either composition; however, clustering of Cu x Al y particles was observed. For Cu6Sn5 particle growth, a bimodal size distribution was observed for the drip atomized alloy, with large, faceted growth of Cu6Sn5 observed, while in the melt spun alloy, Cu6Sn5 particles displayed no significant increase in the average particle size, with irregularly shaped, nonfaceted Cu6Sn5 particles observed after reflow, which is consistent with shapes observed in the as-solidified alloys. The link between original alloy composition, reflow undercooling, and subsequent intermetallic coarsening behavior was discussed by using calculated solidification paths. The reflowed microstructures suggested that the heteroepitaxial relationship previously observed between the Cu x Al y and the Cu6Sn5 was maintained for both alloys.

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Fußnoten
1
MARL, Iowa State University, Ames, IA, USA. http://​www.​marl.​iastate.​edu/​FEISEM.​html
 
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Metadaten
Titel
Rapid Solidification of Sn-Cu-Al Alloys for High-Reliability, Lead-Free Solder: Part II. Intermetallic Coarsening Behavior of Rapidly Solidified Solders After Multiple Reflows
verfasst von
Kathlene N. Reeve
Stephanie M. Choquette
Iver E. Anderson
Carol A. Handwerker
Publikationsdatum
06.10.2016
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions A / Ausgabe 12/2016
Print ISSN: 1073-5623
Elektronische ISSN: 1543-1940
DOI
https://doi.org/10.1007/s11661-016-3739-5

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