Intermetallikus vegyületek vizsgálata ólommentes Sn-Cu-Ni és Sn-Ag-Cu lágyforrasz ötvözetekben Dr. Nagy Erzsébet, Gyenes Anett, Vargáné Molnár Alíz, Prof. Dr. Gácsi Zoltán Miskolci Egyetem Fémtani, Képlékenyalakítási és Nanotechnológiai Intézet

Forrasztás A forrasztási technológiák során két szilárd, forrasztandó anyag közötti térben helyezünk el egy alacsonyabb olvadáspontú anyagot (forraszanyagot), ami a forrasztás során először megolvad, majd kitölti a forrasztandó anyagok közötti szabad teret, végül hűtés hatására kristályosodik, miközben erős kötést alakít ki mindkét forrasztandó anyaggal. Forrasztandó anyag Intermetallikus réteg Forrasz ötvözet Forrasztandó anyag 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

A forrasztási technológia fontos paraméterei: a hőmérséklet és az idő Túl alacsony hőmérséklet-túl kevés idő  az intermetallikus réteg nem vagy alig jön létre Megfelelő  0.3-1 m vastagságú intermetallikus réteg Túl magas hőmérséklet-túl hosszú idő  vastag intermetallikus réteg (alacsony kötésszilárdság, forraszréteg ledobása) 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

Intermetallikus réteg kialakulása az alapfém és a forrasz határán Lead-Free Solder Interconnect Reliability, Edited by Dongkai Shangguan, ASM International, 2005 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

Vizsgálatok Vizsgálatok típusa: Alapanyag vizsgálatok Forrasztott kötés modellezés Vizsgálati módszerek: Optikai mikroszkópos vizsgálatok Pásztázó elektron mikroszkópos vizsgálatok Röntgen diffrakciós vizsgálatok 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

Vizsgálati anyagok Sn-Cu forraszanyagok : Sn0.7Cu, Sn0.7Cu+Ni Sn-Ag-Cu forraszanyagok: SnAg1Cu0.5 SnAg2Cu0.5 SnAg3Cu0.5 SnAg4Cu0.5 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

Sn-Cu forraszanyagok Réz tartalom: 0.5-1% A rendszerben megtalálható fázisok: -Sn (térben középpontos tetragonális rács) η-Cu6Sn5 intermetallikus vegyületfázis (hexagonális rács) η’-Cu6Sn5 vegyületfázis (monoklin rács) η-η’ allotróp átalakulás 183 °C-on Ni hatására η-Cu6Sn5 stabil szobahőmérsékleten, formája η-(Cu, Ni)6Sn5 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét 7

Sn-Cu ötvözetek alapanyag vizsgálata Sn0.7Cu + 0.1 Ni Ni0,02 Ni0,05 -Sn + Cu6Sn5 (Cu, Ni)6Sn5 Ni0,1 Ni0,2 Szövetszerkezet: -Sn+-Cu6Sn5 Az -Cu6Sn5 fázis mennyisége nő a Cu tartalom növekedésével A Cu tartalom növekedésével kisebb Ni ötvöző tartalom felé tolódik a primer vegyületfázis megjelenése (Sn1.0Cu-500 ppm Ni) 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

SnCu0,7 ötvözet Cu6Sn5 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

SnCu0,7 ötvözet -Sn -Cu6Sn5 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

Sn-Ag-Cu forraszötvözetek Réz tartalom: 0.5% Ezüst tartalom: 1-4% A rendszerben megtalálható fázisok: -Sn (térben középpontos tetragonális rács) Ag3Sn intermetallikus vegyületfázis ( ortorombos rács) η-Cu6Sn5 vegyületfázis (hexagonális rács) 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

Sn-Ag-Cu ötvözetek alapanyag vizsgálata SAC105 -Sn Ag3Sn + Szövetszerkezet: -Sn+Ag3Sn Az Ag3Sn fázis mennyisége nő az Ag tartalom növekedésével Az alapanyagban kimutathatósági határ alatt a Cu6Sn5 vegyületfázis 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

Ag3Sn 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

-Sn Ag3Sn SAC305 SAC105 SAC205 SAC405 -Sn -Sn 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

Forrasztott kötés 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

Forrasztott kötés modell kísérlete Cu lap Forraszanyag Forrasztás: 300°C, 30s Sn-Cu ötvözetek Sn-Ag-Cu ötvözetek 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

Sn-Cu ötvözetek Sn0,7Cu -Sn Cu6Sn5 forrasztott minta alapanyag 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

Sn-Cu ötvözetek Sn0,7Cu -Sn Cu6Sn5 2000 ppm Ni 1000 ppm Ni 500 ppm Ni 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

Sn-Ag-Cu ötvözetek SAC105 -Sn Cu6Sn5 Ag3Sn forrasztott minta alapanyag forrasztott minta Cu6Sn5 SAC105 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

Sn-Ag-Cu ötvözetek SAC Cu6Sn5 -Sn Ag3Sn SAC405 SAC305 SAC205 SAC105 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

Összegzés Alapanyag vizsgálatok: a megfelelő összetétel megkeresése (a primer intermetallikus fázisok elkerülése) A forrasztási körülmények kontrollálása (hőmérséklet, idő) Mi történik ha az említett megállapításokat nem sikerül betartani?! 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

Sn0.7Cu Sn0.7Cu+0.2Ni 7. Anyagvizsgálat a Gyakorlatban (AGY) Szakmai Szeminárium, 2014. június 18-19-20., Kecskemét

Köszönetnyilvánítás A kutatás a TÁMOP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program – Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése országos program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. A kutatás szakmailag kapcsolódik a Miskolci Egyetemen a TÁMOP-4.2.2. A-11/1/KONV-2012-0019 azonosítószámú „Környezetbiztonságos forraszanyagok anyagtudományi alapon történő fejlesztése primer és másodnyersanyagokból a járműipar számára” projekthez.