朋友們
現代汽車中電子元件的使用溫度可能高於 125C。這些高溫引起了人們對焊點中銅錫金屬間生長的關注。
通常，我們不會想到即使室溫也只是錫熔化溫度的相當一部分，例如 293K/505K = 0.5802。提醒一下，在進行這些計算時，我們必須使用開爾文標度。然而，125C 是錫熔點的 0.788。這個溫度相當於鐵匠鍛鐵的溫度為 895C。圖 1 顯示鐵匠鍛鐵的溫度表。請注意 895C 的溫度已超過紅熱。
圖 1.鐵匠鍛造溫度表
那麼，在 125C 下，SAC 焊料的銅錫金屬間生長與時間的關係為何？Fick 的擴散定律告訴我們金屬間化合物的生長，D，由以下公式給出：
D = (k(T)t)^0.5 公式 1。
其中，k(T) 是與溫度相關的生長速率常數，t 是時間。Siewert 等人[i]進行了實驗，測量 SAC 焊料在不同溫度和時間下的 D。跟隨 Siewert 的思路，我將使用以小時為單位的時間。使用他們在圖 2a 到 2c 中對 SAC 焊料的數據，我可以在Arrhenius 圖中繪製 k，請參閱圖 2。
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圖 2.Siebert 數據的 Arrhenius 圖表
從圖 2，我們可以看到 Ln k = -6784.7/T+ 14.81 或 k = exp (14.81)*exp-(6784.7/T)。因此，在 125C 或 398K 時，k = 0.1068。使用此 k 值，我們可以繪製 D 與時間的函數關係圖。結果如圖 3 所示。請注意，兩個刻度都是對數。在 1,000 小時（42 天）內，金屬間隙增長了 10 微米。3 年後，它長到了 53 微米。我們應該謹慎，因為 Siewet 的數據有誤差。但是，我的感覺是這些預測在兩倍之內。
圖 3.在 125C 下，SAC 焊料的金屬間生長與時間的關係。
這些厚金屬夾層在嚴苛的汽車環境中會有什麼影響？沒有人知道，但我鼓勵有人進行一些實驗來找出答案。
乾杯
羅恩博士
[i]Siewert, T. A. etal,Formation and Growth of Intermetallics at the Interface between Lead-Free Solders and Copper Substrates, APEX 1994.
