Wpływ zawartości cynku oraz temperatury na lutowność miedzi stopami Sn-xZn (x=4,5; 90; 95% wag.)

• Autorzy: Kudyba A. , Siewiorek A. , Sobczak N.

Warianty tytułu

EN

Effect of Zinc content and temperature on Copper solderability with Sn-xZn (x=4.5; 90; 95 wt. %) alloys

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem badań było określenie wpływu temperatury oraz zawartości Zn na lutowność podłoży Cu ciekłymi stopami Sn-Zn o zawartości cynku 4,5; 90; 95% wag. Badania lutowności przeprowadzono metodą zanurzeniową (wetting balance test) pozwalającą na pomiar siły i czasu zwilżania oraz wyznaczenie wartości kąta zwilżania. Badania wykonano w dwóch różnych temperaturach dla każdego z badanych stopów, odpowiednio dla Sn-4,5Zn w 230 i 250°C, Sn-90Zn w 400 i 450°C, Sn-95Zn w 410 i 450°C. Po badaniach lutowności przeprowadzono analizę strukturalną poprzecznych przekrojów próbek metodami mikroskopii optycznej i skaningowej mikroskopii elektronowej w połączeniu z lokalną analizą składu chemicznego. Stwierdzono, że wzrost temperatury poprawia lutowność każdego z badanych układów Sn-xZn/Cu. W przypadku podwyższenia temperatury procesu do 450°C dla stopów o zawartości 90 i 95% wag. Zn, zaobserwowano całkowitą zwilżalność Cu (wartość kąta zwilżania θ = 0°).

EN

The aim of this study was to determine the effect of temperature and Zn content on the solderability of Cu substrates with liquid Sn-xZn alloys (4.5; 90; 95 wt.% Zn). Solderability tests were carried out by the wetting balance test which allows the measurement of wetting force and wetting time and determination of the size of contact angle. The study was performed at two different temperatures applied to each of the examined alloys, i.e. for Sn-4.5Zn at 230 and 250°C, for Sn-90Zn at 400 and 450°C, and for Sn-95Zn at 410 and 450°C. After the solderability tests, structural analysis was performed on sample cross-sections using optical microscopy and scanning electron microscopy coupled with energy dispersive spectroscopy for chemical analysis. It was found that the temperature increase improves the solderability of each of the systems investigated. With process temperature increased to 450°C for alloys with 90 and 95 wt%. Zn, a complete wetting of the tested Cu substrates was obtained (the value of contact angle θ = 0°).

Słowa kluczowe

PL

lutowia bezołowiowe; Sn-Zn; metoda zanurzeniowa; lutowność; krzywa zwilżania; kąt zwilżania

EN

lead-free solder; Sn-Zn; wetting balance test; solderability; wetting balance curve; contact angle

• Wydawca: Instytut Odlewnictwa
• Czasopismo: Prace Instytutu Odlewnictwa
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 52, z. 3
• Strony: 45--61
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kudyba A.

autor

Siewiorek A.

autor

Sobczak N.

• Instytut Odlewnictwa, Centrum Badań Wysokotemperaturowych ul. Zakopiańska 73, 30-418 Kraków

Bibliografia

• 1. Bukat K., Hackiewicz H.: Lutowanie bezołowiowe. Wydawnictwo BTC, Legionowo 2007, ISBN 978-83-60233-25-2.
• 2. Puttlitz K.J., Stalter K.A.: Handbook of Lead-free Solder Technology for Microelectronic Assemblies. New York-Basel, Marcel Dekker Inc., 2004.
• 3. Sobczak N., Sobczak J., Mikulowski B., Wojciechowski A., Kudyba A., Nowak R., Darlak P.: Effect of alloying additions on wettability and bonding of lead-free solder/Cu couples. International Congress Mechanical Engineering Technologies MT’04, Warna, Bulgaria, Sept. 23-25.2004, 2004, Vol. 1, pp. 68–71, ISSN 1310-3946.
• 4. Sobczak N., Sobczak J., Nowak R., Kudyba A., Darlak P., Mikulowski B., Wojciechowski A.: Application of push-off shear test for evaluation of wetting-Interface structure-bonding relationship of solder joints. Journal of Materials Science, 2005, Vol. 40, Nos. 9/10, pp. 2547–2551.
• 5. Xiao Z., Xue S., Hu Y., Ye H., Gao L., Wang H.: Properties and microstructure of Sn-9Zn lead-free solder alloy bearing Pr. Journal of Materials Science: Materials Electronics, 2011, Vol. 22, No. 6, pp. 659–665.
• 6. Mayappan R., Ismail A.B., Ahmad Z.A., Ariga T., Hussain L.B.: Effect of sample perimeter and temperature on Sn-Zn based lead-free solders. Materials Letters, 2006, Vol. 60, No. 19, pp. 2383–2389.
• 7. Huang H.Z., Wei X.Q., Zhou L.: Effect of Zn concentration on wettability of Sn-Zn alloy on Cu and on the interfacial microstructure between Sn-Zn alloy and Cu. Acta Metallurgica Sinica, English Letters, 2006, Vol. 19, No. 4, pp. 251–257.
• 8. Wu C.M.L., Law C.M.T., Yu D.Q., Wang L.: The wettability and microstructure of Sn-Zn-RE alloys. Journal of Electronic Materials, 2003, Vol. 32, No. 2, pp. 63–69.
• 9. Yu S.P, Li H.J., Hon M.H., Wang M.C.: Effect of process parameters on the soldering behavior of the eutectic Sn-Zn solder on Cu substrate. Journal of Materials Science: Materials Electronics, 2000, Vol. 11, No. 6, pp. 461–471.
• 10. Zhang L., Xue S., Gao L. et al.: Development of Sn-Zn lead-free solders bearing alloying elements. Journal of Materials Science: Materials Electronics, 2010, Vol. 21, No. 1, pp. 1–15.
• 11. Yu D.Q., Xie H.P., Wang L.: Investigation of interfacial microstructure and wetting property of newly developed Sn-Zn-Cu solders with Cu substrate. Journal of Alloys and Compounds, 2004, Vol. 385, Nos. 1–2, pp. 119–125.
• 12. Zhang L., Xue S., Gao L. et al.: Effect of rare earths on properties and microstructures of lead-free solder alloys. Journal of Materials Science: Materials Electronics, 2009, Vol. 20, No. 8, pp. 685–694.
• 13. Klasik A., Pietrzak K., Sobczak N. et al.: Wetting-bonding relationship in lead-free solder joints for high-temperature applications, zgłoszone do druku w 2012 r.
• 14. Lee J.E., Kim K.S., Suganuma K., Takenaka J., Hagio K.: Interfacial properties of Zn-Sn alloys as high temperature lead-free solder on Cu substrate. Materials Transactions, 2005, Vol. 46, No. 11, pp. 2413–2418.
• 15. Metronelec, ST88 Wettability Tester – User’s Guide, 2010, pp. 21
• 16. Martorano K.M., Martorano M.A., Brandi S.D.: Optimal conditions for wetting balance test. Journal of Materials Processing Technology, 2009, Vol. 209, Science: Materials Electronics, 2009, Vol. 20, pp. 3089–3095.
• 17. Sitek J.: Kontrola lutowności materiałów i podzespołów elektronicznych metodą meniskograficzną. Elektronika: konstrukcje, technologie, zastosowania, 2008, Vol. 49, nr 3, s. 51–54.
• 18. Bukat K.: Wpływ starzenia płytek drukowanych z powłoką cyny immersyjnej na ich lutowność stopami bezołowiowymi. Elektronika: konstrukcje, technologie, zastosowania, 2006, Vol. 47, nr 8, s. 14–18.
• 19. Klein Wassink R.J.: Soldering in Electronics. Electrochemical Publications Ltd., Bristol, England, Second Edition 1994, ISBN 090115024X.
• 20. ASM Handbook. Volume 03 - Alloy Phase Diagrams, ASM International, 1992.
• 21. Huang Ch.W., Lin K.L.: Morphology of intermetallic compounds formed between lead-free Sn-Zn based solders and Cu substrate. Journal of Electronic Materials, 2006, Vol. 35, No. 2, pp. 2135–2141.