低銀無鉛銲料Sn-xAg-0 7Cu銲點微結構與低週疲勞特性研究

  • 黃 國禎

學生論文: Doctoral Thesis

摘要

本研究目的針對Sn-Ag-Cu (SAC)無鉛銲料在不同Ag含量(0–3 wt %)微結構及低週疲勞特性的影響,實驗以Sn-Cu二元合金中加入不同比例的純銀 探討銀含量對銲料的冷卻速率、硬度、抗拉強度及銲點形貌在疲勞壽命與破壞模式的影響探討。 透過冷卻速率研究不同Ag含量銲料中Ag3Sn微結構演變及機械性質之效應;SAC無鉛銲料在非平衡凝固狀態時,初析相隨熔點溫度降低而產生,則初析β-Sn生成時溫度持續降低隨後應有Cu6Sn5、Ag3Sn與Sn構成的共晶組織圍繞初析β-Sn,而形成網狀共晶(Eutectic Network)之結構 。Ag3Sn共晶化合物隨著冷卻速率下降以及結晶過程時間的增加形貌變化如:particle-like、needle-like、plate-like。換言之,快速冷卻條件下的Ag3Sn與Cu6Sn5較為緻密且初析β-Sn面積大小隨冷卻速率的遞減而增加,在快速冷卻速率下SC07的β-Sn面積49 9 %隨Ag添加至3 0 wt %面積縮小至37 6 %,隨冷卻速率的降低β-Sn尺寸變大,表示網狀共晶組織緻密程度有逐漸下降的趨勢,而Ag含量提升,有助於析出物Ag3Sn的生成,使得網狀共晶組織增加,進而提升機械性質,冷卻速率低則Cu6Sn5相對粗大化;微硬度相對較高則β-Sn面積較小。SAC307在快速冷卻下(32 3°C/s)擁有最高的拉伸強度(81 3 MPa),且強度隨冷卻速率下降而降低,隨Ag含量增加與冷卻速率的增加致使拉伸強度亦逐漸提升。 低週疲勞測試中,銲點疲勞壽命會因形貌不同(桶型與沙漏型)銲點疲勞壽命曲線及裂紋成長模式亦不相同。沙漏狀疲勞斷面SAC157在疲勞過程中,並不會受到IMC層的影響,因此其抗疲勞性質比SAC307還要佳;而桶狀銲點SAC157之網狀共晶組織並未如同SAC307細緻,因此保有一定的延展性,而裂紋成長於銲料內部及界面IMC (interfacial IMC)處,顯示裂紋傳播時受到不同的阻礙,應是SAC157銲料擁有最佳疲勞週期數之原因。沙漏型銲點比桶型銲點具有更好疲勞性能,因桶型銲點接觸角應力集中效應。在桶型銲點由於應力集中效應,除Sn-0 7Cu外,皆以界面IMC層與IMC層斷裂。而沙漏型銲點大部分疲勞裂紋在銲料內部成長。綜合考慮上述各項性能指標,SAC無鉛銲料沙漏狀與桶狀形貌兩者條件下其經1 5–2 0 wt% Ag添加具有較佳疲勞性質。
獎項日期2016 八月 26
原文???core.languages.zh_ZH???
監督員Hwa-Teng Lee (Supervisor)

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