Pbフリーはんだの金属学的基礎


(6−2) Sn−Zn系

(6−2−1) Sn-Zn系の組織と性質

 固溶強化





Nazer


Lan
Sn−Zn


忠内

小松




(6−2−2) Sn-Zn系の改善

Sn-Zn-X 


 Cheng
  
  
 



 
 HH問題(大阪大菅沼) 

 対策 Ni、Al、Cu添加
  はんだ付け時のZn酸化による濡れ低下
  Cuに対しCuZn系IMC成長による経時劣化
  高温でのSnのCuZn系IMCによる接合強度劣化  
   Ni:バリア層
   Al:犠牲酸化、Cu−Alバリア層
   Ag:Sn、Zn拡散抑制
   Ni、Cu→界面Cu−Zn IMC成長抑制
 
 融点上昇、223−224℃
 





大阪大柳川ら(小林紘二郎のグループ)によるとSn−8Zn−3BiにAg、Bi、Cu、Pb添加










 Cuとの接合界面にははんだ側からCuZn6、Cu5Zn8が形成されるが、Ag添加では(Ag,Cu)Zn3、Cu5Zn8が形成。
 高温保持ではすべてCu5Zn8の1層。Ag添加でははんだ中にAgZn3形成。
 Ag添加ではIMC層成長抑制される。

アウグスブルグ応用科学大
Bi
  Sn−Pb−Bi3元共晶形成
  融点低下、耐食性改善
 Al、(Ti、Cr)
  濡れ性悪化、
  耐食性改善、靭性向上、IMC層形成抑制、ボイド形成抑制
 Nd、La
  表面張力低減
 
 

(6−2−3) Sn−Zn−Bi
 台湾
  Sn−41原子%Bi−2原子%Znの135℃、あるいはSn−39原子%−5原子%Znの136℃
 
 

 石田
 
  Sn−54.5ZnBi−2.7Znで130℃

大谷

 国立台湾大
 バルクには板状Znが析出。
 Niでは界面にはNi5Zn21が形成
 
 黒:Znリッチ、白:Biリッチ、灰色:βSn

 横浜大Qiang Yuらの
 

 

 その2
 
 エスペック  表面処理

 Ma
Sn−9Zn−2Cu−3Bi+Ni




 菅沼の概観 各種低温
 
 
 
 
 
 
 

 キム
 
 

 
 

低融点相
  シャープ
 

 ソウル大表面処理 低融点相
 
 
 
 
 

  Ni/AuパッドではSnめっきパッドに比較してSn、Pb、Biの偏析が少ない。
 これはAu−PbIMC形成でSn−Pb−Bi低融点相形成が抑制されるためと考えられる。

日立金属
 

 

 中国南東大のグループによると
  
 
 
   Cuとの接合 Sn−9Zn−ZBi

 
 目盛りは(a)50μm、(d),(f)20μm、(c)10μm、(b),(e)5μm

 4BiからBiが析出、12Znでは塊状Znが析出

 気賀

 Au:Ni/フラッシュAu
 ボイドの様子




(6−2−4) Sn−Zn−Ag

 Shiue
 
 

 Hung
 

 Song
  
 
 
 
 

 台湾
 
   Sn−8.55Zn−1Ag
   
   針状Znとデンドライト状AgZn3と亜共晶組織、A、Bは共晶組織、βSnなどが存在

Das
 電解Ni/0.5μmAu







 破断ははんだ


  Song
  
  
 

 台湾 
 


 破壊ははんだ


 その3

Ahmed






(6−2−5) Sn−Zn−Cu
 
 大連
 
  Sn−9Zn−2Cu

 Sn−Zn−Cu

 Sn−Zn−Cu
 
 

 台湾

 大連理工大
 
 

 

 中国
  

(6−2−6) Sn−Zn−Al

 各種酸化
 
 

 南昌大
 

  富士通 その2



 Ni/0.1μmAuパッド、はんだボール、Sn−7Zn−100ppmAl


  台湾

  チェコ その2

 
 

(6−2−7) Sn−Zn−Ga
  
 台湾

 Song
共晶Sn−Zn+Ga




 中国精華大
 
 


Chen













(6−2−8) Sn-Zn-Cr

Sn-Zn+Cr

IMC of Sn-9Zn/Cu and Sn-9Zn-Cr/Cu interface as-soldered, (a) Sn-9Zn, (b) Sn-9Zn-Cr (5000×, bar = 10 μm).



Top view of the IMC after soldering at 230 °C for (a) Sn-9Zn/Cu and (b) Sn-9Zn-Cr/Cu (20,000×, bar = 2 μm).


The relationship curves between IMC thickness, aging temperature, and aging time (h1/2).

Arrhenius plot of Cu5Zn8 formed by Sn?9Zn/Cu and Sn-9Zn-Cr/Cu.


EDX mappings of ZnCr phase in bulk Sn-9Zn-Cr.

Ni、Sb
El Daly 










Chen
Sn-9Zn+X(0.6Al、0.24Cr、0.11Ti、0.08La)
 Ti、Al、Crは耐酸化性改善、Crは靱性改善。
 Sn−9ZnとSn−9Zn−CrではZnOだけが表面層の酸化物、一方Sn−9Zn−Ti、Sn−9Zn−AlではそれぞれTiO2、AlO2。
 Alは濡れ性を悪化させる。

 Sn−8Zn−5In



Wang




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