錫-銦-銀相平衡與錫-銦-(銀)/銀界面反應

李宛諭(Wan-yu Lee)

指導教授 ： 陳信文

國立清華大學/工學院/化學工程學系/碩士(2009年)

摘要

錫-銦與錫-銦-銀合金為常見的低熔點商用銲料合金，銀為電子產品中普遍使用的基材與表面處理材料。本研究探討錫-銦-銀三元系統相平衡、錫-銦/銀界面反應、以及錫-銦-銀/銀界面反應。界面反應知識對銲點可靠度評估十分重要。而錫-銦-銀三元系統相平衡知識，除了具有基礎材料資料之重要性外，三元相平衡之知識對瞭解界面反應現象亦將有很大之助益。本研究整理與評估目前三元系統之相平衡資料，針對資料不足與不一致之處，選擇合適之合金組成與溫度，進行相平衡之實驗，再根據實驗結果與文獻資料，以推定錫-銦-銀三元系統相平衡。界面反應之探討，則使用反應偶進行實驗。選定之合金為Sn-51wt%In (Sn-52at.%In)、Sn-20wt%In (Sn-20.5at.%In)、Sn-20wt%In-2.8wt%Ag (Sn-20.5at.%In-3.1.at%Ag)，反應則包含不同溫度與時間之條件。Sn-51wt%In/Ag在150oC之液/固界面反應，僅經10分鐘，界面就有總厚度約8.7μm的AgIn2與Ag2In相生成。結果也發現銀基材比銅基材更容易溶入錫銦共晶的銲湯。Sn-51wt%In /Ag在75oC反應480小時後，即發現介金屬AgIn2相厚度增長至約16μm；並且當反應時間增長至1440小時後，可以發現界面慢慢有Ag2In相產生。當反應溫度升至100oC時，卻發現介金屬相厚度增長趨勢減緩，反應1440小時後厚度僅約4~5μm，並且界面的Ag2In相厚度比其他溫度所生成的厚。而在將反應偶由75oC反應一段時間後再置入100oC反應，可以發現介金屬生成相之中有許多的銀區塊產生，並且介金屬相由Ag2In相在外側包覆薄薄的AgIn2相組成。Sn-20wt%In/Ag與Sn-20wt%In-2.8wt%Ag在250oC之液/固界面反應，皆在界面處有扇貝狀的ζ相產生，並且在銲料端亦有部分的ζ相析出。在75oC與100oC反應溫度下反應1440小時後，Sn-20wt%In/Ag界面未有介金屬相產生，Sn-20wt%In-2.8wt%Ag則產生Ag2In相；當溫度升至125oC後反應1440小時，Sn-20wt%In/Ag與Sn-20wt%In-2.8wt%Ag皆在界面產生ζ相與Ag2In相。

關鍵字

界面反應 ； 錫-銦-銀 ； 銀基材 ； 低溫反應

參考文獻

[5] C. Y. Huang and K. Srihari, IEEE/CPMT Int'l Electronics Manufacturing Technology Symposium, pp. 344-350, 1995.

[9] A. Rahn, The Basics of Soldering, John Wiely & Sons, New York, 1993.

[15] Glazer, J., International Materials Reviews, Vol. 40, No. 2, pp. 65-93, 1995.

[18] Frederick N. Rhines, Phase Diagrams in Metallurgy, pp.5-8, 1986.

[29] G. P. Vassilev, E. S. Dobrev, J.-C. Tedenac, Journal of Alloys and Compounds, 399, pp.118-125, 2005.