實驗方法

1. 熱儲存對Sn-Ag-Cu-xTiO2機械特性之影響 Heat storage effect of mechanical properties of the Sn-Ag-Cu-xTiO2 李洋憲1、顏聖憲2 Yang-Hsiem Lee, Sheng-Sian Yan1南台科技大學機械工程學系副教授 2南台科技大學奈米科技研究所研究生 1Department of Mechanical Engineering, Southem Taiwan University 2Institude of Nanotechnology, stut, Southem Taiwan University 摘要 本研究主要是利用散佈強化的概念來改善並且強化銲錫的機械性質之方式。以Sn-3.5Ag-0.5Cu的錫膏中添加二氧化鈦（TiO2）粉末然後以機械攪拌方式使粉末顆粒均勻散佈於錫膏內，藉以形成複合銲料來強化Sn-3.5Ag-0.5Cu之基地組織。接著，利用光學顯微鏡（OM）、掃描式顯微鏡（SEM）、EDX、微硬度試驗機、微負荷拉伸試驗機來探討銲點間所形成之金屬間化合物層之結合強度、剪切強度等機械性質。而在研究中發現到，隨著TiO2粉末的增加，在銲點之微結構會隨著持溫後而變得較為粗大；此外，微硬度會明顯的提高，並且剪切強度、接合強度比未添加要好，當熱儲存過程中剪切強度、接合強度會因時間的增加而降低，也隨著TiO2粉末的增加而有所改變。 關鍵字：二氧化鈦(TiO2)、金屬間化合物（IMC）、微結構、銲點、複合銲料 實驗方法 本實驗製備是將二氧化鈦（TiO2）之粉末加入Sn－3.5Ag錫膏內，以迴銲加熱方式銲接於基板上製作銲點試件。 並以扁平狀銅片及各種含量之TiO2銲錫製作成單剪試件。取出時分別以兩種冷卻速率為之：一為取出後於大氣中緩慢冷卻至室溫；另一為取出時以冷卻水進行噴灑使試件急遽冷卻。 結果與討論 利用Vickers微硬度機測試其硬度變化結果如圖1.2所示添加不同濃度的銲料之硬度隨著TiO2添加量增加而提高。銲錫之硬度會隨著TiO2的添加使硬度增高，而於150℃熱儲存後，其微硬度則會有明顯下降之趨勢。 右圖、銲錫和銅基板反應下並經由持溫400小時之界面層之光學顯微鏡形貌(a)1 wt% TiO2 (b)2wt% TiO2及(c)3 wt% TiO2無鉛複合銲錫空冷之微結構(d)1wt% TiO2、(e)2 wt% TiO2及(f)3wt% TiO2無鉛複合銲錫水冷之微結構。 左圖、(a)1 wt% TiO2、(b)2wt% TiO2及(c)3 wt%TiO2無鉛複合銲錫之銲點於as-soldered條件下空冷微結構；(d)1 wt% TiO2(e)2wt% TiO2及(f) 3 wt%TiO2無鉛複合銲錫之銲點as-soldered條件下水冷微結構。 圖1、於as-cost下空冷之微硬度變化 圖4、各種二氧化鈦粉末添加量的銲點於150℃持溫下及各種不同時間之剪切強度比較 圖2、於as-cost下水冷之微硬度變化 圖5、各種二氧化鈦粉末添加量的銲點於150℃持溫下及各種不同時間之接合強度比較 • 結論 • 本研究發現添加二氧化鈦粉末對於微結構及其機械性質結論如下所示： • 隨著添加二氧化鈦（TiO2）粉末的增加，其微硬度也隨之增加，且受到冷卻速率的影響。 • 於IMC層的顆粒大小受到冷卻速率的影響，而水冷的情況下較為空冷的顆粒還要來的細小。 • 添加TiO2之複合銲錫剪切強度於as-soldered及150℃熱儲存下皆比Sn-3.5Ag-Cu銲錫之銲點高，但經過熱儲存後，剪切強度會有下降之趨勢。 • 添加TiO2之複合銲錫結合強度於as-soldered及150℃熱儲存下皆比Sn-3.5Ag-Cu銲錫之銲點高，但經過熱儲存後，結合強度卻開始下降。 • 參考文獻 • 張淑如，「鉛對人體的危害」，勞工安全衛生簡訊，第12 期，頁17-18，民國84年。 • B.L. Chen and G.Y. Li,” Influence of Sb on IMC growth in Sn-Ag-Cu-Sb Pb-free solder joints in reflow process”, Elsevier B.V., 395-401, 2004. • K.S. Kim, S.H. Huh, and K. Suganuma, “Effects of cooling speed on microstructure and rensile properties of Sn-Ag-Cu alloys.”, Elsevier Science B.V., 106-114, 2002. • Jeong-Won Yoon, Sang-Won Kim, and Seung-Boo Jung, “IMC morphology, interfacial reaction and joint reliability of Pb-free Sn-Ag-Cu solder on electrolytic Ni BGA substrate”, Elsevier B.V., 247-252, 2005. • F.L. Zhu, H.H. Zhang , R.F. Guan , S. Liu and Y.B. Yang, “Investigation of Temperature and Strain Rate Behavior of Lead-free Solder Sn96.5Ag3.5”, IEEE, 2006. • Yang-Hsien Lee, Shih-Yu Lin,and Che-Wei Hsu,” Effect of TiO2 addition on microstructure and mechanical properties of Sn-Ag-xTiO2 composite solder joints, 中國機械工程學會第二十五屆全國學術研討會論文集，固力與材料，C09-17，台南，台灣，2008 圖3、冷卻速率對添加TiO2之複合銲錫微結構之影響：(a)1wt% TiO2空冷、(b)1.5wt% TiO2空冷(c)2 wt% TiO2空冷(d)2.5wt%TiO2空冷(e)3wt%TiO2空冷(f)1wt% TiO2水冷(g)1.5wt% TiO2水冷(h)2wt% TiO2水冷(i)2.5wt%TiO2水冷(j)3wt%TiO2水冷 南台科技大學 Lead Free Composite Solder Lab.