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熱儲存與銅含量對 Sn-3wt%Ag-1.5wt%Sb-xCu 銲點附合強度的影響 - PowerPoint PPT Presentation


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熱儲存與銅含量對 Sn-3wt%Ag-1.5wt%Sb-xCu 銲點附合強度的影響. 黃文勇 南台科技大學機械學系. 2008/11/08. 報告大綱. 研究動機與目的 實驗規劃 結果與討論 結論. 研究動機與目的. 目前常用的 Sn-3.5Ag 共晶銲料被公認為最具開發潛力的銲料之一。但因 Sn-Ag 系銲料經高溫儲存後 Ag 3 Sn 會粗大化,導致銲料抗熱性不足。

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Presentation Transcript

熱儲存與銅含量對Sn-3wt%Ag-1.5wt%Sb-xCu銲點附合強度的影響

黃文勇

南台科技大學機械學系

2008/11/08


報告大綱

  • 研究動機與目的

  • 實驗規劃

  • 結果與討論

  • 結論


研究動機與目的

  • 目前常用的Sn-3.5Ag共晶銲料被公認為最具開發潛力的銲料之一。但因Sn-Ag系銲料經高溫儲存後Ag3Sn會粗大化,導致銲料抗熱性不足。

  • 添加第三元素Sb可提高Sn-Ag銲料的強度及抗熱性。Sb的添加會提高銲料熔點且固液相區間會擴大,導致Sn-Ag-Sb銲料的銲接性較差而影響銲接強度與品質,故必須藉由添加第四合金元素來改善其缺點。

  • 本研究目的在Sn-Ag-Sb無鉛銲料中加入微量的Cu元素,製成四元合金無鉛銲料,針對銲料熔點偏高之缺點加以改進。藉此探討添加Cu對銲料在高溫時不同儲存時間的機械性質變化,來明瞭此類銲料在高溫使用時的穩定性。


實驗規劃

Sn-3Ag-1.5Sb

Sn-3Ag-1.5Sb-0.5Cu

Sn-3Ag-1.5Sb-1.0Cu

Sn-3Ag-1.5Sb-1.5Cu

溫度:150℃

時間: 0 hr,25 hr

200 hr, 600 hr

金相觀察

(OM 、SEM)

資料彙整

拉伸試驗

(Shimadzu AG-I)

斷口分析

(SEM)

銲接後拉伸試件


銲料塊材金相-OM

Ag3Sn

Ag3Sn

β-Sn

β-Sn

β-Sn

Ag3Sn

β-Sn

Ag3Sn

Cu6Sn5

Ag3Sn

β-Sn

β-Sn

Cu6Sn5

Ag3Sn

Sn3Ag1.5Sb (As-cast)

Sn3Ag1.5Sb1.0Cu(As-cast)

Sn3Ag1.5Sb0.5Cu (As-cast)

Sn3Ag1.5Sb1.5Cu(As-cast)

Sn3Ag1.5Sb1.0Cu(As-cast)

  • Figs.5 Optical micrographs of the interface between the solder and Cu substrate with different weight percentages of Cu addition after the soldering process


Sn 3ag 1 5sb xcu
熱儲存對Sn-3Ag-1.5Sb-xCu 銲微觀組織影響

β-Sn

β-Sn

Ag3Sn

Ag3Sn

(b)

β-Sn

Ag3Sn

Cu6Sn5

Ag3Sn

Cu6Sn5

β-Sn

β-Sn

Cu6Sn5

Sn3Ag1.5Sb(600hrs)

Sn3Ag1.5Sb0.5Cu (600hrs)

Sn3Ag1.5Sb1.0Cu(600hrs)

Sn3Ag1.5Sb1.5Cu(600hrs)


β-Sn

β-Sn

Ag3Sn

Ag3Sn

Ag3Sn

β-Sn

Cu6Sn5

Cu6Sn5

Cu substrate

Cu6Sn5

Ag3Sn

β-Sn

β-Sn

Cu6Sn5

Cu6Sn5

Cu substrate

銲接塊材/Cu界面的金相-OM

Sn3Ag1.5Sb Sn3.5Ag(As-Soldered)

Sn3Ag1.5Sb0.5Cu(As-Soldered)

Sn3Ag1.5Sb1.0Cu(As-Soldered)

Sn3Ag1.5Sb1.5Cu(As-Soldered)


Ag3Sn

β-Sn

β-Sn

Ag3Sn

Cu6Sn5

Cu6Sn5

Cu substrate

Cu substrate

Sn3Ag1.5Sb/Cu (600hrs)

Sn3Ag1.5Sb0.5Cu/Cu(600hrs)

Ag3Sn

β-Sn

Cu6Sn5

Cu6Sn5

Cu substrate

Cu substrate

Sn3Ag1.5Sb1.5Cu/Cu(600hrs)

Sn3Ag1.5Sb1.0Cu/Cu(600hrs)

熱儲存對Sn-3Ag-1.5Sb-xCu 銲料及相關銲料/Cu界面微觀組織影響



拉伸斷口分析

(a)

(b)

SEI

BEI

Sn-3Ag-1.5Sb1.0Cu/Cu

EDS分析


界面IMC層微結構深腐蝕-600hrs

Sn-3Ag-1.5Sb-1.5Cu/Cu

B

A

Cu6Sn5

C

IMC

IMC

BEI

SEI

SEI

EDS分析


Sn ag sb xcu cu imc
熱儲存對Sn-Ag-Sb-xCu/Cu IMC厚度變化

(hrs1/2)

時效時間

IMC 厚度(μm)


拉伸斷口分析

1.0wt%Cu

1.5wt%Cu

0.5wt%Cu

Sn-3Ag-1.5Sb-xCu,

應變率 0.1 S-1熱儲存25hrs


結論

  • Cu6Sn5與Ag3Sn析出物在β-Sn晶粒內或繞著β-Sn的共晶網狀組織內。Ag3Sn顆粒在含少量Cu(Cu≦0.5%)或無Cu的銲接態銲料內大小變化不大。但在含Cu量超過1.5 wt_%及長時間高溫熱儲存下則尺寸增加。而Cu6Sn5顆粒則隨著Cu含量或熱儲存時間的增加而增大。粗大的Cu6Sn5與Ag3Sn會使銲料內應力集中致銲料的抗熱性降低。

  • 在銲料/Cu界面的IMC層,包含Cu6Sn5與Cu3Sn兩層,隨著熱儲存時間及含Cu量的增加而增厚,使本實驗中加Sb來抑制IMC層成長的現象被加Cu現象而弱化

  • Cu添加量超過1.0 wt_%時所長出的Cu6Sn5析出物,會從母材內或從銲料/Cu界面內的η-Cu6Sn5頂端長出。分實心與空心六角柱體等兩類。

  • 加Cu所析出的Cu6Sn5會促進銲點的強化及延遲接合強度的降低率。此現象在銲料含1.0wt_%Cu與1.5wt_%Cu時較明顯。

  • 所用銲點的拉伸強度在150℃時效初期的200小時,因析出物顆粒增大與界面IMC層成長而急速下降約20~30%。之後強度的弱化現象則趨緩而漸穩定。

  • 同一拉伸速率下,隨銲件Cu量的增加而接合強度增大但銲件的韌性、延展性降低 。