(8) はんだへの添加成分の影響
(8−1) 強度向上、耐酸化性向上
(8−1−1) 分散強化
SnとIMCを形成し共晶反応を呈する成分の添加が考えられる。
この場合、過共晶ではファセット相を示す巨大な初晶IMCが晶出し、かえって応力集中の原因等となる。
またIMCは安定なものが良い。
IMCの性質→(10−1)
Pbフリーはんだと金属間化合物IMC
主なIMCの融点
|
融点K |
共晶組成(wt%) |
Cu6Sn5(η) |
688 |
0.7 |
Ni3Sn4 |
1069 |
0.02 |
AuSn4 |
525 |
10 |
PdSn4 |
568 |
0.5 |
PtSn4 |
795 |
0.8 |
FeSn2 |
786 |
0.01 |
CoSn2 |
798 |
0.5 |
Ag3Sn |
753 |
3.5 |
|
|
|
Mg2Sn |
1043 |
2.13 |
YSn3 |
788 |
1 |
MnSn2 |
823 |
0.1 |
Ti6Sn5 |
1769 |
0.1 |
HfSn2 |
1800 |
1 |
CeSn3 |
1435 |
2 |
DySn4 |
715 |
2 |
YbSn3 |
1078 |
1 |
LaSn3 |
1430 |
0.01 |
|
|
|
βSnSb |
(515) |
|
CuAl2(θ) |
(821) |
− |
Ag、Cu、Ni、Coなどがおもなものであるが、Agが共晶組成が比較的大きく、良く利用されれる。
例としてSnーPb−Ag、Sn−Bi−Agなど。
他にMn、Ti、RE(Ce、La)などが検討されている。
→
SACの組成と特性
Che (2007)
Pandher
Song Sn−3.5Ag−xCu X=0、0.5、1.0、1.5
*Ag、CuではIMCの分散量(共晶組織)とともに結晶粒寸法も変化している。
(8−1−2) 固溶強化
Snは一般的に常温での固溶が少ないが、なかで比較的固溶量が多いのはZn、Sb、Bi、In、Ga、などで
Sb、Biなどが利用される。
kariya
Sn−Zn
Sn-Sb
Sn--Bi
Sn−In
Gaの常温付近の固溶度は6.4原子%
KaistのSeo
固溶強化
Moser
SEM images of the deeply etched solders of various Sb contents
Gouda
Song
共晶Sn−Zn+Ga
(8−1−3) 析出強化
固溶度が多く、固溶度の温度変化の大きいものはBi、Sb、AlなどであるがSnとIMCを形成するのはSbである。
菅沼ら
初晶βSnにも微細なラメラ状Bi(固相からの析出)
(8−1−4) 添加成分同士による析出強化
CuとAlの例がある。
Lin
b:Cu9Al4(γ2) a:Cu9Al4(γ2)
a:Cu9Al4(γ2)
b:Cu−Al(CuAlまたはCu11Al9?)
Boesenberg
Cu33Al17
佐藤
Cu/Al
Li
SnAg、SACでははんだバルクにAg−Al IMCが存在。
(8−1−5) 結晶粒微細化
結晶粒微細化は冷却速度を速くして、過冷却を大きくするか、核生成の場、異質核(種)を生成させる(IMCなどの晶出)
ことによって行われる。
(加工→熱処理)再結晶による方法もあるがはんだ接合では採用できないだろう。
Sweatman
熱分析試料
SAC−Ti
SA355
Pandher
ECAP
強加工(ECAP:等径角度付き押し出し)により結晶粒微細化したSAC387で