Effects of la addition on microstructure and mechanical properties of SN–58BI solders joints with osp pads

Abstract

Rapid whisker growth was significantly alleviated in a Sn–58Bi alloy doped with 0·5 wt-%La. Experimental results showed that many thin, plate form intermetallic phases appeared in the solder matrix. The absence of tin whiskers was correlated to the shape effect of RE containing intermetallic plates. After reflowing, Cu6Sn5 intermetallic compounds appeared at the solder/pad interfaces of Sn–58Bi and Sn–58Bi–0·5La packages with OSP pads, which grow linearly during the aging at 75 and 100°C for various times ranging from 100 to 1000 h. In addition, the interfacial intermetallics layers in Sn–58Bi–0·5La solder joints were also observed thinner than those in undoped Sn–58Bi joints. However, RE containing interfacial intermetallic compounds in Sn–58Bi–0·5La solder joints led to lower bonding strengths in both ball shear tests (0·4 mm s−1) and high speed ball shear tests (2000 mm s−1). All the reflowed and aged solder joints of both packages were ruptured through the solder balls indicating brittle characteristic.On a réduit significativement la croissance rapide de barbe dans un alliage de Sn–58Bi dopé avec 0·5% en poids de La. Les résultats expérimentaux ont montré que plusieurs phases intermétalliques fines en forme de plaque apparaissaient dans la matrice du métal d’apport. On a corrélé l’absence de barbes d’étain aux effets de la forme des plaques intermétalliques contenant de la terre rare. Après la refusion, les composés intermétalliques de Cu6Sn5 apparaissaient à l’interface du métal d’apport et des pastilles des paquets de Sn–58Bi et de Sn–58Bi–0·5La avec pastilles d’OSP, lesquels s’accroissent linéairement lors du vieillissement à 75 et à 100°C pour des durées variées allant de 100 à 1000 heures. De plus, on a observé que les couches intermétalliques de l’interface dans les joints à brasure tendre de Sn–58Bi–0·5La étaient plus minces que celles des joints non dopés de Sn–58Bi. Cependant, les composés intermétalliques de l’interface contenant de la terre rare dans les joints à brasure tendre de Sn–58Bi–0·5La menaient à des résistances de cohésion plus faibles tant dans les épreuves de cisaillement de bille (0·4 mm s−1) que dans les épreuves de cisaillement de bille à haute vitesse (2000 mm s−1). Tous les joints à brasure tendre avec refusion et vieillissement des deux paquets se fracturaient à travers les billes de soudure, indiquant une caractéristique fragile.