Сплавы системы Sn-Zn-Bi-Ga для бессвинцовой пайки, полученные высокоскоростным затвердеванием

Ольга Вадимовна Гусакова; Василий Григорьевич Шепелевич

Ольга Вадимовна Гусакова Международный государственный экологический институт имени А. Д. Сахарова, Белорусский государственный университет
Василий Григорьевич Шепелевич Белорусский государственный университет

Аннотация

Изложены результаты исследования структурно-фазового состояния фольги сплавов Sn-Zn-Bi эвтектического и околоэвтектического составов легированных Ga, полученных способом сверхбыстрой закалки из расплава при скорости охлаждения расплава 105 К/с. Методами рентгеноструктурного анализа, растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального анализа установлено, что фольга затвердевают с образованием пересыщенного цинком, висмутом и галлием твердого раствора на основе олова, а ее микроструктура формируется в результате распада твердого раствора при комнатной температуре и образования включений цинка. Установлена однородность состава и распределения висмута и галлия, а также включений цинка по объему фольги. Методом дифракции обратно отраженных электронов показано, что фольги имеют микрокристаллическую структуру. Изучены процессы огрубления микроструктуры, ее старения при комнатной температуре. Выявлены особенности влияния концентрации галлия на микроструктуру, зеренную структуру и стабильность быстрозатвердевших фольг.

Биографии авторов

Ольга Вадимовна Гусакова, Международный государственный экологический институт имени А. Д. Сахарова, Белорусский государственный университет

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры ядерной и радиационной безопасности факультета мониторинга окружающей среды

Василий Григорьевич Шепелевич, Белорусский государственный университет

доктор физико-математических наук, профессор; профессор кафедры физики твердого физического факультета

Литература

Zhai QJ, Gao YL, Guan WB, Xu KD. Role of size and cooling rate in quenched droplet of Sn Bi eutectic alloy. Materials Science and Engineering A. 2006;441:278–281. DOI: 10.1016/j.msea.2006.08.050.
Rizk Mostafa Shalaby. Effect of silver and indium addition on mechanical properties and indentation creep behavior of rapidly solidifi ed Bi–Sn based lead-free solder alloys. Materials Science and Engineering A. 2013;560:86–95. DOI: 10.1016/j.msea.2012.09.038/
Shunfeng Cheng , Chien-Ming Huang, Michael Pecht. A review of lead-free solders for electronics applications. Microelectronics Reliability. 2017;75^77–95. DOI: 10.1016/j.microrel.2017.06.016.
Zhenghong Wang, Chuantong Chen, Jianchun Liu, Gong Zhang, Katsuaki Suganuma. Corrosion mechanism of Zn-30Sn hightemperature, lead-free solder inneutral NaCl solution. Corrosion Science. 2018;14040–14050. DOI: 10.1016/j.corsci.2018.06.025.
Young-Sin Kim, Keun-Soo Kim , Chi-Won Hwang , Katsuaki Suganuma. Effect of composition and cooling rate on microstructure and tensile properties of Sn–Zn–Bi alloys. Journal Alloys and Compounds. 2003;352:237–245.DOI: https://doi.org/10.1016/S0925- 8388(02)01168-4.
Kang-I Chena, Shou-Chang Chenga, Sean Wua, Kwang-Lung Linb. Effects of small additions of Ag, Al, and Ga on the structure and properties of the Sn–9Zn eutectic alloy. Journal of Alloys and Compounds. 2006;416:98–105. DOI: http://dx.doi.org/10.1155/2014/606814.
Mohan Kumar K, Kripesh V, Shen L, Kaiyang Z, Andrew AO. Tay Nanoindentation study of Zn-based Pb free solders used in fine pitch interconnect applications. Materials Science and Engineering: A. 2006;423(1-2):57–63.DOI: https://doi.org/10.1016/j. msea.2006.01.088.
McCormack M, Jin S, Chen HS, Machusak DA. New lead-free, Sn-Zn-In solder alloys. Journal of Electronic Materials. 1994;23(7):687–690. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02653357.
Seung Wook Yoon, Jeong Ryong Son, Hyng Mo Lee and Byeong-Joo Lee. Terrmodinamics-Aided Alloy Design and Evaluation of Pb-Free Solder Sn-Bi-In-Zn System Acta materialia. 1997;45(3): 951–960. DOI: https://doi.org/10.1016/S1359-6454(96)00253-4.
Jenn-Ming Song, Zong-Mou Wu. Variable eutectic temperature caused by inhomogeneous solute distribution in Sn–Zn system. Scripta Materialia. 2006;54:1479–1483. DOI: https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2005.12.056.
Shepelevich VG, Gusakova OV, Koukharenko EL and Husakova SV. Microstructural studies of ultrarapidly quenched foils of zincdoped indium–tin eutectic alloys Journal of Materials Science. 2019;54:2575–2584. DOI: https://doi.org/10.1007/s10853-018-2964-2.
Гусакова ОВ, Шепелевич ВГ. Микроструктура быстрозатвердевших сплавов системы Sn–Zn–Bi–In. Физика металлов и металловедение. 2018;119(5):510–517.
Gusakova O, Shepelevich V. The influence of melt flow on grain structure of tin and its alloys produced by ultrafast quenching from the melt. In: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2017;192(1–6):012-015. DOI: 10.1088/1757- 899X/192/1/012015.
Pashkov IN, Pikinov MV, Tavolzhansky SA, Pashkov AI. Developmen of production and use of solder alloys microcrystalline or amorphous structure. Metallurgist. 2010;6:43–45.
Гусакова ОВ, Шепелевич ВГ. Быстрозатвердевшие сплавы олова. Минск: РИВШ; 2012. 150 с.
Салтыков СА. Стереометрическая металлография. Москва: Металлургия; 1976. 270 с.
Никольский БП, Рабинович РА. Справочник химика. Москва; Ленинград: Химия; 1966. Том 1. 1071 с.