乡亲们
现代汽车电子设备的工作温度可高于 125 摄氏度。这些高温引起了人们对焊点中铜锡金属间化合物生长的担忧。
我们通常不会想到，即使室温也只是锡熔化温度的一小部分，例如 293K/505K = 0.5802。需要提醒的是，在进行这些计算时，我们必须使用开尔文标度。不过，125℃ 是锡熔点的 0.788。这个温度相当于铁匠锻铁的 895 摄氏度。图 1 显示了铁匠的锻造温度表。请注意，895 摄氏度已经超过了红热温度。
图 1.铁匠的锻造温度表
那么，SAC 焊料的铜锡金属间化合物在 125C 温度下的生长随时间的变化情况如何？菲克扩散定律告诉我们，金属间化合物 D 的增长量由以下公式给出：
D = (k(T)t)^0.5 公式 1。
其中，k(T) 是随温度变化的生长速率常数，t 是时间。Siewert 等人[i]在实验中测量了 SAC 焊料在不同温度和时间下的 D 值。按照 Siewert 的思路，我将使用以小时为单位的时间。利用图 2a 至 2c 中有关 SAC 焊料的数据，我可以在阿伦尼乌斯图中绘出 k，见图 2。
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图 2.Siebert 数据的阿伦尼乌斯图
从图 2 可以看出，Ln k = -6784.7/T+ 14.81 或 k = exp (14.81)*exp-(6784.7/T) 。因此，在 125C 或 398K 时，k = 0.1068。利用这个 k 值，我们可以绘制出 D 与时间的函数关系图。结果如图 3 所示。请注意，两个刻度都是对数。在 1 000 小时（42 天）内，金属间隙增长了 10 微米。3 年后，达到 53 微米。我们应该谨慎，因为 Siewet 的数据有误差条。但是，我的感觉是，这些预测值在 2 倍以内。
图 3.在 125C 温度下，SAC 焊料中金属间的生长随时间的变化。
这些厚金属间化合物在恶劣的汽车环境中会产生什么影响？没有人知道，但我鼓励有人进行一些实验来找出答案。
干杯
罗恩博士
[i]Siewert, T. A. etal,Formation and Growth of Intermetallics at the Interface between Lead-Free Solders and Copper Substrates, APEX 1994.
