因为Cu-Sn反应是本书的中心主题，在这儿还将讨论熔融Sn和Cu之间的反应，因为无铅焊料是高Sn焊料，因此这对于无铅焊料的钎焊反应来说十分重要。在第3章中将讨论薄膜Sn和薄膜Cu之间的反应。熔融Sn和Cu之间的反应会生成Cu6 Sn5和Cu3 Sn，Cu6 Sn5具有笋钉状形貌，而Cu3 Sn具有层状形貌，这与共晶SnPb和Cu之间的熔融反应很相似。然而，纯Sn和Cu之间生成Cu6 Sn5的笋钉状形貌与共晶SnPb和Cu之间形成的Cu6 Sn5形貌差别很大[12]。图2.19（a）所示为40Sn60Pb在Cu上形成的圆顶形笋钉状Cu6 Sn5的SEM照片，该照片是将未与Cu反应的SnPb腐蚀掉后、暴露出来的笋钉状Cu6 Sn5的顶部俯视照片。图2.19（b）所示为Sn和Cu之间形成的多面体笋钉状Cu6 Sn5的SEM照片。尽管两种笋钉状化合物都是Cu6 Sn5，但它们的形貌完全不同。圆顶形笋钉状Cu6 Sn5的出现是因为熔融的SnPb焊料与Cu6 Sn5之间的界面能具有各向同性，而多面体形笋钉状Cu6 Sn5的形成是因为熔融Sn与Cu6 Sn5之间的界面能具有明显的各向异性。在Sn焊料中添加Pb影响了界面能或者键合能。在圆顶形笋钉状金属间化合物中，根据反应界面的纵向截面中测得的宽高比可将其近似长效成半球，而多面体形笋钉状界面金属间化合物则具有更大的宽高比。
图2.19 不同形貌的Cu6Sn5 SEM照片
（a）40Sn60Pb与Cu之间形成的圆顶形笋钉状Cu6Sn5 SEM照片；（b）Sn和Cu之间形成的多面体形笋钉状Cu6Sn5 SEM照片
另外，这两种笋钉状金属间化合物的生长动力学非常相似，都遵循
生长定律。图2.20所示为笋钉状金属间化合物的平均晶粒尺寸与回流时间的关系曲线。在曲线中，横向宽度（从俯视图可见）和高度（由纵向截面侧视图可见）可分别估算出来。在245℃温度下回流4min后，层状Cu3 Sn的厚度大约是300 nm，而笋钉状Cu6Sn5高1~2μm。笋钉状金属间化合物生长的基本参数是它们之间的狭窄沟道。在第5章将会分析此沟道。
图2.20 笋钉状金属间化合物的平均晶粒尺寸与回流时间的关系曲线
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2023-06-20
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2023-06-20
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2023-06-20
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2023-06-20
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