Trends in wettability studies of Pb-free solders. Basic and application. Part I. Surface tension and density measurements of Sn-Zn- and Sn-Zn-Bi-Sb alloys. Experiment vs. modelling

• Autorzy: Moser Z. , Gąsior W. , Bukat K. , Pstruś J. , Sitek J.

Warianty tytułu

PL

Kierunki badań zwilżalności lutowi bezołowiowych. Badania podstawowe i aplikacyjne. Część I. Pomiary napięcia powierzchniowego i gęstości stopów Sn-Zn i Sn-Zn-Bi-Sb. Eksperyment vs. Modelowanie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Surface tension and density measurements by maximum bubble pressure and dilatometric techniques were carried out in an extensive rangę of temperaturę on liąuid alloys close to binary eutectic Sn-Zn composition with smali Bi and Sb additions. It has been found that the addition of Bi and Sb decreases the surface tension and density. The values of the surface tension were also calculated by the Butler model using ADAMIS database from Tohoku University and this of COST 531 program for excess Gibbs energies of liąuid components. For modeling, surface tension and density of pure components from SURDAT database were accepted . Calculated surface tension is close to experimental results. Values at 523 K were compared with results from meniscographic/wetting balance studies undertaken in cooperation with industrial institutes in the frame of net-work: "Advanced soldering materials" financed by Polish sources 2006/2007. The main aim of these joint studies combining basie research with application is to search for substitute materials of traditional solders based on Sn-Pb eutectics and to propose the metric of wettability suitable for different Pb-free materials.

PL

Pomiary napięcia powierzchniowego i gęstości zostały wykonane w znacznym zakresie temperatur dla ciekłych stopów o składzie bliskim eutektyki Sn-Zn z małymi dodatkami Bi i Sb metodą maksymalnego ciśnienia w pcherzykach gazowych i techniką dylatometryczną. Wykazano, że dodatek Bi i Sb obniża napięcie powierzchniowe i gęstość. Przeprowadzono również obliczenia napięcia powierzchniowego za pomocą modelu Butlera używając danych resztkowych energii Gibbsa ciekłych składników z bazy danych ADAMIS z Uniwersytetu w Tohoku oraz z programu COST 531. Dla modelowania, wielkości napięcia powierzchniowego i gęstości czystych składników zostały zaczerpnięte z bazy danych SURDAT. Obliczone wielkości napięcia powierzchniowego są bliskie danym doświadczalnym. Wartości napięcia powierzchniowego w 523 K zostały porównane z wynikami meniskograficznymi w ramach współpracy z instytutami przemysłowymi w sieci: „Zaawansowane materiały lutownicze" finansowanej przez Polską stronę.

Słowa kluczowe

EN

measurement of surface tension; measurement of density; Sn-Zn alloys; Sn-Zn-Bi-Sb alloys; wettability of Pb-free solders

PL

napięcie powierzchniowe; gęstość; stopy Sn-Zn; stopy Sn-Zn-Bi-Sb; zwilżalność lutowi bezołowiowych

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 53, iss. 4
• Strony: 1055--1063
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Moser Z.

autor

Gąsior W.

autor

Bukat K.

autor

Pstruś J.

autor

Sitek J.

• INSTITUTE OF METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE, POLISH ACADEMY OF SCIENCES. 30-059 KRAKÓW, 25 REYMONTA STR., POLAND

Bibliografia

• [1] Z. Moser, W. Gąsior, K. Bukat, J. Pstruś, R. Kisiel, J. Sitek, K. Ishida, I. Ohnuraa, Pb-free Solders: Part I. Wettability Testing of Sn-Ag-Cu Alloys with Bi Additions. Journal of Phase Eąuilibria and Diffusion. 27, 133-139 (2006).
• [2] Z. Moser, W. Gąsior, J. Pstruś, S. Księżarek, Surface Tension Measurements of the Eutectic Alloy (Ag-Sn 96.2 at. %) with Cu additions. Journal of Electronic Materials, 31 1225-1229 (2002).
• [3] M. Mizyaki, M. Mizutani, T. Takemoto, A. Matsunawa, Conditions for Measurement of Sur-face Tension of Solders with Wetting Balance Tester. JWRI 26, 81-84 (1997).
• [4] R. Kisiel, W. Gąsior, Z. Moser.J. Pstruś, K. Bukat, J. Sitek, (Sn-Ag)eut + Cu Soldering Materials, Part II: Electrical and Mechanical Studies. Journal of Phase Eąuilibria and Diffusion 25, 122-124 2004).
• [5] I. Ohnuma, K. Ishida, Z. Moser, W. Gąsior, K. Bukat, J. Pstruś, R. Kisiel, J. Sitek, Pb-free Solders: Part II. Application of ADAMIS Database in Modeling of Sn-Ag-Cu Alloys with Bi Ad-ditions. Journal of Phase Eąuilibria and Diffusion 27, 245-254 (2006).
• [6] Z. Moser, W. Gąsior, K. Bukat, J. Pstruś, R. Kisiel, J. Sitek, K. Ishida, I. Ohnu-ma, Pb-free Solders: Part III. Wettability Testing of Sn-Ag-Cu-Bi Alloys with Sb Additions. Journal of Phase Eąuilibria and Diffusion 28, 433-438 (2007).
• [7] Z. Moser, W. Gąsior, K. Ishida, I. Ohnuma, X. J. Liu, K. Bukat, J. Pstruś, J. Sitek, R. Kisiel, Experimental Wettability Studies Com-bined with the Related Properties from Data Base for Tin Based Alloys with Silver, Copper, Bismuth and An-timony Additions, 13th Annual Meeting & Exhibition, Book of Finał Program, Feb. 2005 (San Francisco, CA), 13-17 TMS (2005).
• [8] E. P. Lopez, P T. Vianco, J. A. Rejent, Solder-ability Testing of Sn-Ag-XCu Pb-Free Solders on Copper and Au-Ni Plated Covar Substrates. Journal of Electronic Materials 34, 299-310 (2005).
• [9] Z. Moser, W. Gąsior, J. Pstruś, I. Ohnuma, K. Ishida, Influence of Sb additions on surface tension and density of Sn-Sb, Sn-Ag-Sb and Sn-Ag-Cu-Sb alloys. Experiment vs.modeling , International Jounal of Materials Research, Zeitschrift fuer Metallkunde 97, 365-370 (2006). Dedicated to Professor Dr.Ferdinand Sommer on the occasion of his 65* birthday.
• [10] Z. Moser, P Sebo, W. Gąsior, P. Svec, J. Pstruś, Wettability Studies of Sn-Ag-Cu-In Liq-uid Solders and Interaction with Cu Substrate, Calphad XXXVI, The Pennsylvania State University, State College, Pennsylvania, May 8-11, 2007, Program and Ab-stracts, p.35.
• [11] M. McCormack, S. Jin, New Lead-free Solders, J.Electronic Materials 23, 635-640 (1994).
• [12] M. McCormack, S. Jin, Improved Mechanical Properties in New, Pb-free Solder Alloys, J.Electronic Materials 23, 715-720 (1994).
• [13] J. Pstruś, Influence of Indium Additions on Wettability of Sn-Zn Alloys (Doctor Thesis, Institute of Metallur-gy and Materials Science, Polish Academy of Sciences, Kraków,2007).
• [14] Z. Moser, W. Gąsior, A. Dębski, J. Pstruś, Database of Lead-free Soldering Materials SURDAT, Institute of Metallurgy and Materiał Science Polish Academy of Science, Kraków, 2007, ISBN 83-60768-01-3.
• [15] X. Wei, H. Huang, L. Zhou, M. Z hang, X. Liu, On the advantages of using a hypoeutectic Sn-Zn as lead-free solder materiał. Materials letters 61, 655-658 (2007).
• [16] Z. Moser, W. Gąsior, J. Pstruś, S. Ishihara, X. J. Liu, I. O hnuma, R. Kainuma, K. Ishida, Surface Tension and Density Measure-ments of Sn-Ag-Sb Liąuid Alloys and Phase Diagram Calculations of the Sn-Ag-Sb Ternary System, Materials Transactions 45, 652-660 (2004).
• [17] J. A. V. Butler, The Thermodynamics of the Surface of Solutions. Proc. R. Soc. London A. CXXXV, 348-375 (1932).
• [18] I. Ohnuma, X. J. Liu, H. Ohtani, K Ishida, Thermodynamic Database for Phase Dia-grams in Micro-Soldering Alloys, J.Electron. Mater. 28, 1164-1171 (1998).