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Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 1-3/2007

01.03.2007

The effects of suppressed beta tin nucleation on the microstructural evolution of lead-free solder joints

verfasst von: D. Swenson

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 1-3/2007

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Abstract

Most lead-free solders comprise tin (Sn) as the majority component, and nominally pure β-Sn is the majority phase in the microstructure of these solders. It is well established that nucleation of β-Sn from Sn-base liquid alloys is generally difficult. Delays in the onset of β-Sn formation have a profound effect upon the microstructural development of solidified Sn-base alloys. Utilizing stable and metastable phase diagrams, along with solidification principles, the effects of inhibited β-Sn nucleation on microstructural development are discussed, employing the widely studied Sn–Ag–Cu (SAC) alloy as a model system. This analysis shows that the main effect of suppressed β-Sn nucleation on near-eutectic SAC solders is to increase the number and/or volume fraction of primary or primary-like microconstituents, while simultaneously decreasing the volume fraction of eutectic microconstituent. General strategies are outlined for avoiding unwanted microconstituent development in these materials, including the use of metastable phase diagrams for selecting alloy compositions, employment of inoculants to promote β-Sn nucleation, and utilization of high cooling rates to limit solid phase growth. Finally, areas for future research on the development of inoculated Sn-base solder alloys are outlined.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat C.J. Evans, Metallurgia 51, 11 (1984) C.J. Evans, Metallurgia 51, 11 (1984)
2.
Zurück zum Zitat C.M. Miller, I.E. Anderson, J.F. Smith, J. Electron. Mater. 23, 595 (1994) C.M. Miller, I.E. Anderson, J.F. Smith, J. Electron. Mater. 23, 595 (1994)
3.
Zurück zum Zitat J. Bath, C. Handwerker and E. Bradley, Circuits Assembly (May 2000) 31. J. Bath, C. Handwerker and E. Bradley, Circuits Assembly (May 2000) 31.
4.
Zurück zum Zitat D. Suraski, K. Seeling, IEEE Trans. Electron. Packag. Manuf. 24, 244 (2001)CrossRef D. Suraski, K. Seeling, IEEE Trans. Electron. Packag. Manuf. 24, 244 (2001)CrossRef
5.
Zurück zum Zitat I.E. Anderson, J.C. Foley, B.A. Cook, J.L. Harringa, R.L.Terpstra, O. Unal, J. Electron. Mater. 30, 1050 (2001) I.E. Anderson, J.C. Foley, B.A. Cook, J.L. Harringa, R.L.Terpstra, O. Unal, J. Electron. Mater. 30, 1050 (2001)
6.
Zurück zum Zitat T.B. Massalski, Binary Alloy Phase Diagrams, 2nd edn. (ASM International, Materials Park OH, 1990) T.B. Massalski, Binary Alloy Phase Diagrams, 2nd edn. (ASM International, Materials Park OH, 1990)
7.
Zurück zum Zitat A. Ohno, T. Motegi, J. Japan Inst. Metals 37, 777 (1973) A. Ohno, T. Motegi, J. Japan Inst. Metals 37, 777 (1973)
8.
Zurück zum Zitat K.-W. Moon, W.J. Boettinger, U.R. Kattner, F.S. Biancaniello, C.A. Handwerker, J. Electron. Mater. 29, 1122 (2000) K.-W. Moon, W.J. Boettinger, U.R. Kattner, F.S. Biancaniello, C.A. Handwerker, J. Electron. Mater. 29, 1122 (2000)
9.
Zurück zum Zitat S.K. Kang, W.K. Choi, D.-Y. Shih, D.W. Henderson, T. Gosselin, A. Sarkhel, C. Goldsmith, K.J. Puttlitz, Proc. 53rd ECTC Conf. (IEEE, Piscataway, NJ, 2003), p. 64CrossRef S.K. Kang, W.K. Choi, D.-Y. Shih, D.W. Henderson, T. Gosselin, A. Sarkhel, C. Goldsmith, K.J. Puttlitz, Proc. 53rd ECTC Conf. (IEEE, Piscataway, NJ, 2003), p. 64CrossRef
11.
12.
Zurück zum Zitat M. Volmer, A. Weber, Z. Phys. Chem. 119, 227 (1926) M. Volmer, A. Weber, Z. Phys. Chem. 119, 227 (1926)
13.
Zurück zum Zitat R. Becker, W. Döring, Ann. Phys. 24, 719 (1935) R. Becker, W. Döring, Ann. Phys. 24, 719 (1935)
15.
17.
Zurück zum Zitat K.F. Kelton, in Solid State Physics, vol. 45, ed. by F. Seitz, D. Turnbull (1991), p. 75. K.F. Kelton, in Solid State Physics, vol. 45, ed. by F. Seitz, D. Turnbull (1991), p. 75.
18.
Zurück zum Zitat O. Kubaschewski, C.B. Alcock, Metallurgical Thermochemistry, 5th edn. (Pergamon Press, Oxford UK 1979) O. Kubaschewski, C.B. Alcock, Metallurgical Thermochemistry, 5th edn. (Pergamon Press, Oxford UK 1979)
20.
Zurück zum Zitat D. Lewis, S. Allen, M. Notis, A. Scotch, J. Electron. Mater. 31, 161 (2002) D. Lewis, S. Allen, M. Notis, A. Scotch, J. Electron. Mater. 31, 161 (2002)
21.
Zurück zum Zitat D.W. Henderson, T. Gosselin, A. Sarkhel, S.K. Kang, W.-K. Choi, D.-Y. Shi, C. Goldsmith, K.J. Puttlitz, J. Mater. Res. 17, 2775 (2002) D.W. Henderson, T. Gosselin, A. Sarkhel, S.K. Kang, W.-K. Choi, D.-Y. Shi, C. Goldsmith, K.J. Puttlitz, J. Mater. Res. 17, 2775 (2002)
22.
Zurück zum Zitat K.L. Buckmaster, J.J. Dziedzic, M.A. Masters, B.D. Poquette, G.W. Tormoen, D. Swenson, D.W. Henderson, T. Gosselin, S.K. Kang, D.Y. Shih and K.J. Puttlitz, Presented at the TMS 2003 Fall Meeting, Chicago, IL, November 2003. K.L. Buckmaster, J.J. Dziedzic, M.A. Masters, B.D. Poquette, G.W. Tormoen, D. Swenson, D.W. Henderson, T. Gosselin, S.K. Kang, D.Y. Shih and K.J. Puttlitz, Presented at the TMS 2003 Fall Meeting, Chicago, IL, November 2003.
23.
Zurück zum Zitat A. LaLonde, D. Emelander, J. Jeannette, C. Larson, W. Rietz, D. Swenson, D.W. Henderson, J. Electron. Mater. 33, 1545 (2004) A. LaLonde, D. Emelander, J. Jeannette, C. Larson, W. Rietz, D. Swenson, D.W. Henderson, J. Electron. Mater. 33, 1545 (2004)
24.
Zurück zum Zitat L.P. Lehman, S.N. Athavale, T.Z. Fullem, A.C. Giamis, R.K. Kinyanjui, M. Lowenstein, K. Mather, R. Patel, D. Rae, J. Wang, Y. Xing, L. Zavalij, P. Borgesen, E.J. Cotts, J. Electron. Mater. 33, 1429 (2004) L.P. Lehman, S.N. Athavale, T.Z. Fullem, A.C. Giamis, R.K. Kinyanjui, M. Lowenstein, K. Mather, R. Patel, D. Rae, J. Wang, Y. Xing, L. Zavalij, P. Borgesen, E.J. Cotts, J. Electron. Mater. 33, 1429 (2004)
25.
Zurück zum Zitat D.W. Henderson, J.J. Woods, T.A. Gosselin, J. Bartelo, D.E. King, T.M. Korhonen, M.A. Korhonen, L.P. Lehman, E.J. Cotts, S.K. Kang, P. Lauro, D.-Y. Shih, C. Goldsmith, K.J. Puttlitz, J. Mater. Res. 19, 1608 (2004)CrossRef D.W. Henderson, J.J. Woods, T.A. Gosselin, J. Bartelo, D.E. King, T.M. Korhonen, M.A. Korhonen, L.P. Lehman, E.J. Cotts, S.K. Kang, P. Lauro, D.-Y. Shih, C. Goldsmith, K.J. Puttlitz, J. Mater. Res. 19, 1608 (2004)CrossRef
26.
Zurück zum Zitat M.E. Loomans, M.E. Fine, Metall. Mater. Trans. A 31A, 155 (2000) M.E. Loomans, M.E. Fine, Metall. Mater. Trans. A 31A, 155 (2000)
27.
Zurück zum Zitat F.R. Mollard, M.C. Flemings, TMS AIME 239, 1526 (1967) F.R. Mollard, M.C. Flemings, TMS AIME 239, 1526 (1967)
28.
Zurück zum Zitat D.G. Mccartney, J.D. Hunt R.M. Jordan, Metall. Trans. 11A (1980) D.G. Mccartney, J.D. Hunt R.M. Jordan, Metall. Trans. 11A (1980)
29.
Zurück zum Zitat T. Himemiya, T. Umeda, Mater. Trans. JIM 40, 665 (1999) T. Himemiya, T. Umeda, Mater. Trans. JIM 40, 665 (1999)
30.
Zurück zum Zitat J.D. Hunt, K.A. Jackson, Trans. TMS AIME 236, 843 (1966) J.D. Hunt, K.A. Jackson, Trans. TMS AIME 236, 843 (1966)
31.
Zurück zum Zitat W.A. Tiller, K.A. Jackson, J.W. Rutter, B. Chalmers, Acta Metall. 1, 428 (1953)CrossRef W.A. Tiller, K.A. Jackson, J.W. Rutter, B. Chalmers, Acta Metall. 1, 428 (1953)CrossRef
33.
Zurück zum Zitat K.S. Kim, S.H. Huh, K. Suganuma, Mater. Sci. Engin. A A333, 106 (2002)CrossRef K.S. Kim, S.H. Huh, K. Suganuma, Mater. Sci. Engin. A A333, 106 (2002)CrossRef
34.
Zurück zum Zitat Telang A.U., Bieler T.R., Choi S., Subramanian K.N. (2002) J. Mater. Res. 17: 2294 Telang A.U., Bieler T.R., Choi S., Subramanian K.N. (2002) J. Mater. Res. 17: 2294
35.
Zurück zum Zitat A.U. Telang, T.R. Bieler, J.P. Lucas, K.N. Subramanian, L.P. Lehman Y. Xing, E.J. Cotts, J. Electron. Mater. 33, 1412 (2004) A.U. Telang, T.R. Bieler, J.P. Lucas, K.N. Subramanian, L.P. Lehman Y. Xing, E.J. Cotts, J. Electron. Mater. 33, 1412 (2004)
36.
Zurück zum Zitat E.O. Hall, Twinning and Diffusionless Transformations in Metals. (Buttersworth Scientific Publications, London, UK, 1954) E.O. Hall, Twinning and Diffusionless Transformations in Metals. (Buttersworth Scientific Publications, London, UK, 1954)
37.
Zurück zum Zitat E. Teghtsoonian, B. Chalmers, Can. J. Phys. 30, 388 (1952) E. Teghtsoonian, B. Chalmers, Can. J. Phys. 30, 388 (1952)
38.
Zurück zum Zitat J.W. Christian, The Theory of Transformations in Metals and Alloys. (Pergamon Press, Oxford UK, 1965) J.W. Christian, The Theory of Transformations in Metals and Alloys. (Pergamon Press, Oxford UK, 1965)
39.
Zurück zum Zitat F.A. Crossley, L.F. Mondolfo, Trans. TMS AIME 191, 1143 (1951) F.A. Crossley, L.F. Mondolfo, Trans. TMS AIME 191, 1143 (1951)
40.
Zurück zum Zitat M. McCormack, S. Jin, G.W. Kammlott, H.S. Chen, Appl. Phys. Lett. 63, 15 (1993)CrossRef M. McCormack, S. Jin, G.W. Kammlott, H.S. Chen, Appl. Phys. Lett. 63, 15 (1993)CrossRef
41.
Zurück zum Zitat M. McCormack, S. Jin, J. Electron. Mater. 23, 635 (1994) M. McCormack, S. Jin, J. Electron. Mater. 23, 635 (1994)
42.
Zurück zum Zitat S.K. Kang, D.-Y. Shih, D. Leonard, D.W. Henderson, T. Gosselin, S.-I. Cho, J. Yu, W.K. Choi, J. Metals 56, 34 (2004) S.K. Kang, D.-Y. Shih, D. Leonard, D.W. Henderson, T. Gosselin, S.-I. Cho, J. Yu, W.K. Choi, J. Metals 56, 34 (2004)
43.
Zurück zum Zitat I.E. Anderson, B.A. Cook, J. Harringa, R.L. Terpstra, J. Electron. Mater. 31, 1166 (2002) I.E. Anderson, B.A. Cook, J. Harringa, R.L. Terpstra, J. Electron. Mater. 31, 1166 (2002)
44.
Zurück zum Zitat Z.G. Chen, Y.W. Shi, Z.D. Xia, Y.F. Yan, J. Electron. Mater. 31, 1122 (2002) Z.G. Chen, Y.W. Shi, Z.D. Xia, Y.F. Yan, J. Electron. Mater. 31, 1122 (2002)
45.
Zurück zum Zitat P. Harris, Surface Mount Tech. (U.K.), 11 (1999) 46. P. Harris, Surface Mount Tech. (U.K.), 11 (1999) 46.
46.
Zurück zum Zitat J.S. Kirkaldy, D.J. Young, Diffusion in the Condensed State. (Inst. Of Metals, London UK, 1985) J.S. Kirkaldy, D.J. Young, Diffusion in the Condensed State. (Inst. Of Metals, London UK, 1985)
47.
Zurück zum Zitat K.-L. Lin, H.-M. Hsu, J. Electron. Mater. 30, 1068 (2001) K.-L. Lin, H.-M. Hsu, J. Electron. Mater. 30, 1068 (2001)
48.
Zurück zum Zitat C. Wagner, J. Electrochem. Soc. 103, 571 (1956) C. Wagner, J. Electrochem. Soc. 103, 571 (1956)
49.
Zurück zum Zitat C.-M. Chuang, K.-L. Lin, J. Electron. Mater. 32, 1426 (2003) C.-M. Chuang, K.-L. Lin, J. Electron. Mater. 32, 1426 (2003)
Metadaten
Titel
The effects of suppressed beta tin nucleation on the microstructural evolution of lead-free solder joints
verfasst von
D. Swenson
Publikationsdatum
01.03.2007
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 1-3/2007
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-006-9012-8

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