Синтез эвтектических сплавов Sn − Ag и Sn – Ag – Cu безэлектролизным осаждением из пирофосфатных растворов

  • Анна Михайловна Рабенок Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Дмитрий Вадимович Свиридов Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Ольга Николаевна Врублевская Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Легкоплавкие сплавы Sn94,7Ag5,3 и Sn94,0Ag4,8Cu1,2 востребованы в качестве припоев в сборке изделий электронной техники. Разработан простой метод безэлектролизного осаждения таких сплавов (в мас. %) из водных пирофосфатных растворов. Метод основан на восстановлении ионов Ag(I) и Сu(II) порошком олова. Фазовый состав сплава Sn94,7Ag5,3 включает кристаллические фазы β-Sn, Ag3Sn, а фазовый состав сплава Sn94,0Ag4,8Cu1,2 – β-Sn, Ag3Sn, Cu6Sn5, что соответствует составу эвтектик. Определено, что плавление бинарного и тройного сплавов начинается при температуре 200 °C и происходит в две стадии. Это обусловлено структурой частиц, ядро которых состоит из олова, а оболочкой которых является сплав Sn – Ag или Sn – Ag – Cu. Установлено, что медь, соосаждаемая в сплав, участвует в контактном вытеснении ионов Ag(I).

Биографии авторов

Анна Михайловна Рабенок, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

студентка химического факультета. Научный руководитель – О. Н. Врублевская

Дмитрий Вадимович Свиридов, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор химических наук, член-корреспондент НАН Беларуси, профессор; заведующий кафедрой неорганической химии химического факультета

Ольга Николаевна Врублевская, Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук, доцент; заместитель директора по научной работе

Литература

  1. Lee Mei Liu, Ahmad Azmin Mohamad. Interfacial reaction of Sn – Ag – Cu lead-free solder alloy on Cu: a review. Advances in Materials Science and Engineering. 2013;2013:123697. DOI: 10.1155/2013/123697.
  2. Byung-Suk Lee, Chang-Woo Lee, Jeong-Won Yoon. Comparative study of Au – Sn and Sn – Ag – Cu as die-attach materials for power electronics applications. Surface and Interface Analysis. 2016;48(7):493–497. DOI: 10.1002/sia.5998.
  3. Ahmad Muhammad Shakeel, Pandey AK, Rahim Nasrudin Abd, Tyagi VV. Pt-TCO free Sn – Ag – Cu ternary alloy as cost effective counter electrode layer for dye sensitized solar cell. Optik. 2020;206:164317. DOI: 10.1016/j.ijleo.2020.164317.
  4. Kao ST, Duh JG. Effect of Cu concentration on morphology of Sn – Ag – Cu solders by mechanical alloying. Journal of Electronic Materials. 2004;33(12):1445–1451. DOI: 10.1007/s11664-004-0085-y.
  5. Fix AR, Lopez GA, Brauer I, Nüchter W, Mittemeijer EJ. Microstructural development of Sn – Ag – Cu solder joints. Journal of Electronic Materials. 2005;34(2):137–142. DOI: 10.1007/s11664-005-0224-0.
  6. Jubair Mohammed Mundher, Gumaan Mohammed S, Shalaby Rizk Mostafa. Reliable Sn – Ag – Cu lead-free melt-spun material required for high-performance applications. Zeitschrift für Kristallographie – Crystalline Materials. 2019;234(11–12):757–767. DOI: 10.1515/zkri-2019-0040.
  7. Goh Yingxin, Haseeb ASMA, Faizul Mohd Sabri M. Electrodeposition of lead-free solder alloys. Soldering and Surface Mount Technology. 2013;25(2):76–90. DOI: 10.1108/09540911311309031.
  8. Roshanghias Ali, Khatibi Golta, Yakymovych A, Bernardi J, Ipser H. Sn – Ag – Cu nanosolders: solder joints integrity and strength. Journal of Electronic Materials. 2016;45(8):4390–4399. DOI: 10.1007/s11664-016-4584-4.
  9. Yang Wang, Wenxiao Liu, Wei Liu, Peng He, Zhonghua Fan, Xiaohong Wang, et al. Synthesis of SnAgCu nanoparticles with low melting point by the chemical reduction method. Microelectronics Reliability. 2017;78:17–24. DOI: 10.1016/j.microrel.2017.07.069.
  10. Roshanghias A, Vrestal J, Yakymovych A, Richter KW, Ipser H. Sn – Ag – Cu nanosolders: melting behavior and phase diagram prediction in the Sn-rich corner of the ternary system. Calphad. 2015;49:101–109. DOI: 10.1016/j.calphad.2015.04.003.
  11. Delsante S, Novakovic R, Borzone G. Synthesis, characterization and thermal stability of SnAg and SnAgCu nanoparticles. Journal of Alloys and Compounds. 2018;747:385–393. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.03.020.
  12. Yu Xin, Di Tongtong, Shen Hangyan. Synthesis of nano-SnAgCu solder by microemulsion method. Chinese Journal of Materials Research. 2020;34(4):299–303. DOI: 10.11901/1005.3093.2019.532.
  13. Vrublevskaya ON, Vorobyova TN, Galuza MG, Shikun MA, Kudaka AA, Venhlinskaya EE. Synthesis of powders and coatings of tin and its alloys with a controlled composition and structure by cementation from solutions. In: Taylor JC, editor. Advances in chemistry research. Volume 52. New York: Nova Science Publishers; 2019. p. 133–253.
  14. Akben Hatice Kübra, Timur Servet Ibrahim. A comparative study of silver electrodeposition from pyrophosphate-cyanide and high concentration cyanide electrolytes in the presence of brighteners. Turkish Journal of Chemistry. 2020;44(2):378–392. DOI: 10.3906/kim-1907-80.
  15. Bernasconi R, Hart JL, Lang AC, Magagnin L, Nobili L, Taheri ML. Structural properties of electrodeposited Cu – Ag alloys. Electrochimica Acta. 2017;251:475–481. DOI: 10.1016/j.electacta.2017.08.097.
  16. Bhatgadde LG, Mahapatra S. Preparation and optimization of pyrophosphate bath for copper electroplating of microwave components. Defence Science Journal. 1988;38(2):119–123. DOI: 10.14429/dsj.38.4830.
  17. Nineva SL, Dobrovolska TV, Krastev IN. Electrodeposition of silver-cobalt coatings. The cyanide-pyrophosphate electrolyte. Bulgarian Chemical Communications. 2011;43(1):96–104.
  18. Burgess DR. NIST SRD 46. Critically selected stability constants of metal complexes: version 8.0 for Windows [Internet]. Gaithersburg: National Institute of Standards and Technology; 2004 [cited 2022 November 10]. Available from: https://data.nist.gov/od/id/mds2-2154. DOI: 10.18434/M32154.
  19. Buchner MR, Kraus F, Schmidbaur H. Pyrophosphate complexation of tin(II) in aqueous solutions as applied in electrolytes for the deposition of tin and tin alloys such as white bronze. Inorganic Chemistry. 2012;51(16):8860–8867. DOI: 10.1021/ic300782q.
  20. Greenwood NN, Earnshaw A. Chemistry of the elements. 2nd edition. Oxford: Butterworth-Heinemann; 1997. 1384 p.
  21. Kékesi T, Török TI, Kabelik G. Extraction of tin from scrap by chemical and electrochemical methods in alkaline media. Hydrometallurgy. 2000;55(2):213–222. DOI: 10.1016/S0304-386X(99)00091-2.
  22. Patulea A, Calusaru IM, Baran N. Researches regarding the measurements of the dissolved concentration in water. Advanced Materials Research. 2012;550–553:3388–3394. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.550-553.3388.
Опубликован
2023-09-20
Ключевые слова: контактное вытеснение, сплав, олово, серебро, медь, эвтектика, пирофосфатный электролит, фазовый состав, побочные процессы
Поддерживающие организации Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования Республики Беларусь (задание 2.1.06.02 государственной программы научных исследований «Химические процессы, реагенты и технологии, биорегуляторы и биооргхимия», № гос. регистрации 20210190).
Как цитировать
Рабенок, А. М., Свиридов, Д. В., & Врублевская, О. Н. (2023). Синтез эвтектических сплавов Sn − Ag и Sn – Ag – Cu безэлектролизным осаждением из пирофосфатных растворов. Журнал Белорусского государственного университета. Химия, 2, 13-21. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/chemistry/article/view/5719