Własności termodynamiczne ciekłych stopów Ag-Cu-In do potencjalnych zastosowań na luty bezołowiowe

• Autorzy: Wierzbicka-Miernik A.

Warianty tytułu

EN

Thermodynamic properties of the liquid Ag-Cu-In alloys for potential applications as a lead-free solder materials

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Z przeglądu literatury wynika, że ind obniża temperaturę topnienia lutowia, polepsza zwilżalność łączonych powierzchni oraz poprawia właściwości mechaniczne spoiny, dlatego metal ten jest pożądanym dodatkiem do obecnie proponowanych zamienników lutowi cynowo-ołowiowych, na bazie stopów Sn-Ag-Cu. Przed rozpoczęciem badań mających na celu przetestowanie materiałów z układu Sn-Ag-Cu-In pod kątem zastosowań na materiały lutownicze, koniecznym jest skonstruowanie wykresu fazowego tego układu. Do skonstruowania tego cztero-składnikowego diagramu fazowego niezbędna jest znajomość układów równowag fazowych składowych stopów trójskładnikowych, w tym również układu Ag-Cu-In. Ze względu na brak w literaturze jakichkolwiek informacji odnośnie do danych termodynamicznych dotyczących układu Ag-Cu-In, umożliwiających obliczenie układu równowagi fazowej, zaplanowano własne badania podstawowe. Ich celem było dostarczenie możliwe kompletnej informacji, która umożliwi w przyszłości podanie pełnego opisu termodynamicznego układu Ag-Cu-In oraz obliczenie jego diagramu fazowego metodą CALPHAD [1]. W związku z powyższym, zaplanowano badania eksperymentalne mające na celu wyznaczenie właściwości termodynamicznych ciekłych stopów Ag-Cu-In: aktywności indu, entalpii mieszania oraz temperatur linii likwidus. Do realizacji zadań badawczych zastosowano następujące metody eksperymentalne: pomiary siły elektromotorycznej odpowiednich ogniw galwanicznych, kombinację kalorymetrycznej metody bezpośredniej syntezy i metody rozpuszczania, różnicową kalorymetrię skaningową oraz różnicową analizę termiczną.

EN

It is known from the literature review that indium lowers a solder melting-point, makes better a wettability of joined surfaces as well as improves the mechanical proprieties of soldered joint. Therefore this metal is desirable addition to proposed new lead-free solder materials based on Sn-Ag-Cu alloys. Before starting the investigations of the Sn-Ag-Cu-In materials as a lead-free solder it is necessary to create a phase diagram of this system. Calculation of the quaternary phase diagram requires the knowledge of the component ternary phase diagrams, in this also Ag-Cu-In. The own basic research were planned because no thermodynamic data of Ag-Cu-In system which let calculate the phase diagram of this system are available in the literature. The main purpose of this research has been to provide the data which enables the exact thermodynamic description of the Ag-Cu-In system, and then to calculate its phase diagram using the CALPHAD [1] method. To realize the purpose of this work the experimental data of the thermodynamic properties of the liquid Ag-Cu-In alloys: indium activities, enthalpy of mixing and liquidus temperatures were determined. The following experimental methods were employed: the measurements of electromotive forces of the galvanic cells, a direct drop method calo-rimetry, a differential scanning calorimetry and a differential thermal analysis.

Słowa kluczowe

PL

stopy ciekłe; własności termodynamiczne; luty bezołowiowe

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2007
• Tom: Vol. 28, nr 6
• Strony: 889--897
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wierzbicka-Miernik A.

• Polska Akademia Nauk, Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej, Kraków,

Bibliografia

• [1] Zabdyr L. A.: Strategia CALPHAD, Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN, Kraków, 2005
• [2] Abtew M., Selvaduray G.: Lead-free Solders in Microelectronics, Mat. Sci. Eng. 27 (2000) 95-141
• [3] Zabdyr L., Sobczak J.: List z podróży do Brukseli, Przegląd Odlewnictwa 52(5) (2002) 179
• [4] Lipiński M., Panek P., Wierzbicka A., Wojewoda J., Zabdyr L. A., Zięba P.: Development of Environment-friendly Technologies in Poland, Proceedings of the Polish-Swedish Symposium Materials-Energy Supply- Society&Environment, Gotenberg (2003) 107-112
• [5] Watson A., Zabdyr L.: Thermodynamic Approach to Modern Alloy Design, Foundation of Materials Design, Recent Research Developments in Materials Science, Research Signpost, Trivondrum, Kerala Indiá 2006 47-75
• [6] Kisiel R., Bukat K.: Problemy technologiczne i materiałowe zmiany technologii ołowiowych na bezołowiowe w montażu elektronicznym, Elektronika 9 (2005) 22-25
• [7] Moon K. W., Boettinger W. J., Kattner U. R., Biancaniello F. S., Handwerker C. A.: Experimental and Thermodynamic Assessment of Sn-Ag-Cu Solder Alloys, J. Electron. Mater 29 (2000) 1122-1236
• [8] Zeng K., Tu K. N.: Six cases of reliability study of Pb-free solder Joints in electronic packaging technology, Mat. Sci. Eng. R 38 (2002) 55-105
• [9] Moser Z., Gąsior W., Pstruś J.: Lead-Free Soldering Materials, Inżynieria Materiałowa 2 (2002) 65-69
• [10] Gąsior W., Moser Z., Pstruś J.: Measurements of the Surface tension and Density of Tin Based Sn-Ag-Cu-Sb Liquid Alloys, Arch. Metall. Mater. 49(1) (2004) 155-167
• [11] Baza danych COST 531 wersja 2.0
• [12] SGTE Substances Database of 2001 (Scientific Group Thermodata Europe)
• [13] Watson A.: Thermodynamic Study of the Chromium-Nickel, Chromium-Nickel- Silicon, and Nickel-Vanadium Systems, PhD Thesis, The Victoria University of Manchester (1987)
• [14] Watson A., Hayes F. H.: Enthalpies of formation of solid Ni-Cr and Ni-V alloys by direct reaction calorimetry, J. Alloys and Compounds 220 (1995) 94‑100
• [15] Lovy D.: Windig Manual, Dept. of Physical Chemistry, University of GENEVA, SWITZERLAND
• [16] Informacje prywatne od Dinsdala A. T. (SGTE)
• [17] Wierzbicka A., Czeppe T., Zabdyr L. A.: Experimental study of phase equilibria in the silver-copper-indium alloys, Arch. Metall.Mater. 51 (3) (2006) 377-387
• [18] Newns G. R., Pelmore J. M., J. Cem. Soc. A 2 (1968) 360
• [19] Schaefer S. C., Bur U. S. Mines R.I.7549 (1971)
• [20] Chatterji D., Smoth J. V., J. Electrochem. Soc. 120 (1973) 770
• [21] Chatterji D., Vest R. W., J. Am. Ceram. Soc. 55 (1972) 575
• [22] Klinedinst K. A., Stevenson D. A., J. Chem. Thermodyn. 5 (1973) 21
• [23] Katayama I., Shibata J., Kozuka Z., Nippon Kinzoku Gakkaishi 39 (1975) 990
• [24] Palamutcu G., Ph.D. thesis, Imperial College, London University (1972)
• [25] Katayama I., Kozuka Z., Sensaku, Tech. Rep. Osaka Univ. 23 (1973) 1121
• [26] Charatte G. G., Flengas S. N., J. Electrochem. Soc. 115 (1968) 796
• [27] Liu H. S., Liu X. J., Cui Y., Wang P. C., Ohnuma I., Kainuma R., Jin Z. P., Ishida K.: Thermodynamic Asessment of the Cu-In Binary System, J. Phase Equilibria 23(5) (2002) 409-415
• [28] Kattner U. R.: Niepublikowane dane NIST, Gaithersburg, MD (2001), http://www.metallurgy.nist.gov/phase
• Subbarao E. C.: Solid Electrolytes and Their Applications, Plenum Press New York – London (1980)