极端应用环境下SAC焊点金属间化合物厚度增长的担忧

汽车电子设备的工作温度或环境温度可能会高于 125°C，这会造成焊点中铜锡金属间化合物生长的问题。

通常我们会忽略一个事实是——对锡而言，即使室温与其熔点比值也达到了0.5802（293K/505K = 0.5802）。顺便提一下，在进行这类计算时须使用开尔文温标。

用同样的方法进行计算，125°C等同于锡熔点的0.788倍。铁匠在锻铁时，铁的温度大概在895℃，比上铁的熔点1538℃，这个比例也只有0.645（1168K/1811K=0.645）。

因此，对于普通的无铅焊料而言，125°C的工作温度已经相当高了。

图 1. 铁匠锻造温度图表

那么，SAC焊料在125°C下铜锡金属间化合物的生长随时间的变化是怎样的呢？菲克扩散定律告诉我们，金属间化合物D的生长公式为：D = (k(T)t)^0.5 ……方程 1。

其中 k(T) 是与温度相关的生长速率常数，t是时间。Siewert等人[1]进行了实验，在不同温度和时间下测量SAC焊料的D。依照Siewert文章中2a至2c关于SAC的数据，以小时为单位，在阿伦尼乌斯公式绘制出k，见图2。

图 2. Siebert 数据的阿伦尼乌斯图

Lnk=-6784.7/T+14.81或k=exp (14.81)*exp-(6784.7/T)计算出SAC在125°C或398K的k=0.1068。使用这个k值，我们可以绘制出D的时间函数。结果如图3所示。

在1000小时（约42 天），金属间化合物已生长10 微米。3年后，达到了53微米。注意，因为Siewert文章中的数据可能存在误差，但误差应在两倍范围之内。

图 3. SAC在125℃时金属间化合物生长随时间的变化

厚的金属间化合物在极端使用环境下对电子产品可靠性带来什么样影响？文献中未能找到相关数据，如果您做过这方面的研究，欢迎给我们留言哦。

审核编辑：汤梓红