在瞬态液相 (TLP) 键合过程中施加高静压（例如 10 MPa）是接头致密化的主要驱动力。它作为接头内部发生的化学反应的机械补偿器，直接将固化相压合在一起，以消除加工过程中自然形成的内部空隙。
核心要点 金属间化合物的形成会产生显著的体积收缩，这自然会导致孔隙率。外部压力不仅仅是为了将零件固定在一起；它是一个关键的加工参数，需要压溃这些空隙，迫使生成的相相互连接，形成连续、致密的微观结构。
微观结构变化的力学原理
抵消化学收缩
液态锡 (Sn) 和固态金属粉末之间的反应并非体积中性。当液态和固态元素反应形成金属间化合物 (IMC) 时，材料的总体积会减小。
对于 Sn-Ag-Co 接头，这种体积收缩非常显著。CoSn2 相的形成导致体积减少 14.9%。同样，Ni3Sn4 相导致体积减少 11.3%。
消除内部孔隙
在没有外部干预的情况下，这种化学收缩会留下空间。这些空间表现为内部空隙，从而削弱接头。
实验室压力机施加连续的静压，以机械方式补偿这种体积损失。随着反应的进行，它会主动压缩接头，防止收缩导致永久性孔隙。
增强相连续性
压力不仅影响密度，还影响微观结构的排列。外部力驱动生成的相——特别是(Co,Ni)Sn2 和 Ni3Sn4——相互直接接触。
这种强制接触促进了微观结构的连续性。压力确保相相互连接，形成连接键合表面的固体、内聚桥，而不是被空隙分隔开的孤立的 IMC 簇。
压力不足的后果
接头不连续的风险
需要认识到，对于这些特定的合金体系，压力是必需的，而不是可选项。由于收缩率很高（高达约 15%），被动键合方法很可能无法生产出可靠的接头。
如果静压过低或过早移除，体积损失将不可避免地导致空隙形成。由此产生的微观结构将是多孔且不连续的，从而严重损害键合的机械可靠性。
优化您的 TLP 键合工艺
要获得高质量的 Sn-Ag-Co 接头，您必须将压力视为一种管理化学变化的动态变量。
- 如果您的主要关注点是接头密度：保持连续压力（例如 10 MPa），专门用于抵消与 CoSn2 形成相关的 -14.9% 体积收缩。
- 如果您的主要关注点是微观结构完整性：确保在整个反应期间施加压力，以迫使 (Co,Ni)Sn2 和 Ni3Sn4 相相互连接，而不是形成孤立的岛屿。
通过利用高静压来抵消自然的体积收缩，您可以将多孔反应区转变为致密、互连且机械强度高的接头。
摘要表：
| 机制 | 对微观结构的影响 | 关键指标/结果 |
|---|---|---|
| 抵消化学收缩 | 抵消 CoSn2 和 Ni3Sn4 形成引起的体积损失 | CoSn2 体积收缩 14.9%；Ni3Sn4 体积收缩 11.3% |
| 消除空隙 | 在凝固过程中机械压溃内部孔隙 | 致密、高可靠性接头 |
| 相互连接 | 迫使 (Co,Ni)Sn2 和 Ni3Sn4 直接接触 | 连续、内聚的 IMC 桥 |
| 机械完整性 | 防止形成孤立的 IMC 簇 | 具有增强可靠性的稳健键合 |
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参考文献
- Byungwoo Kim, Yoonchul Sohn. Transient Liquid Phase Bonding with Sn-Ag-Co Composite Solder for High-Temperature Applications. DOI: 10.3390/electronics13112173
本文还参考了以下技术资料 Kintek Press 知识库 .
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