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

  • Василий Григорьевич Шепелевич Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Ольга Вадимовна Гусакова Международный государственный экологический институт им. А. Д. Сахарова Белорусского государственного университета, ул. Долгобродская, 23/1, 220070, г. Минск, Беларусь https://orcid.org/0000-0002-9796-4476
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2020-2-50-61

Аннотация

Изложены результаты исследования структурно-фазового состояния фольги сплавов Sn – Zn эвтектического и околоэвтектического составов, легированных Ga, полученной путем сверхбыстрой закалки из расплава при скорости его охлаждения 105 К/с. Методами рентгеноструктурного анализа, растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального анализа установлено, что фольга затвердевает с образованием пересыщенного цинком твердого раствора на основе олова, ее микроструктура формируется в результате распада твердого раствора по прерывистому механизму при комнатной температуре. Установлена однородность состава и распределения галлия и включений цинка по объему фольги. С помощью метода дифракции отраженных электронов показана микрокристаллическая структура фольг, обусловленная глубоким переохлаждением расплава, что приводит к высокой скорости зарождения кристаллов. Размер зерен увеличивается в зависимости от расстояния до кристаллизатора. Такое увеличение связано с изменением условий затвердевания по толщине фольги: ухудшением теплоотвода и уменьшением переохлаждения. В фольгах отсутствует выраженная текстура зерен.

Биографии авторов

Василий Григорьевич Шепелевич, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

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

Ольга Вадимовна Гусакова, Международный государственный экологический институт им. А. Д. Сахарова Белорусского государственного университета, ул. Долгобродская, 23/1, 220070, г. Минск, Беларусь

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

Литература

  1. Cheng S, Huang C-M, Pecht M. A review of lead-free solders for electronics applications. Microelectronics Reliability. 2017;75:77–95. DOI: 10.1016/j.microrel.2017.06.016.
  2. Mayappan R, Jasli NA. Silver effect on the intermetallic growth in the Sn – 8Zn – 3Bi lead-free solder. Materials Today: Proceedings. Part 3. 2018;5(9):17553–17560. DOI: 10.1016/j.matpr.2018.06.072.
  3. 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(1–2):278–281. DOI: 10.1016/j.msea.2006.08.050.
  4. Shalaby RM. Effect of silver and indium addition on mechanical properties and indentation creep behavior of rapidly solidified Bi – Sn based lead-free solder alloys. Materials Science and Engineering: A. 2013;560:86–95. DOI: 10.1016/j.msea.2012.09.038.
  5. Shepelevich VG. Microstructure and microhardness of rapidly solidified Bi51Sn26 In23 alloy. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2017;2:76–82. Russian.
  6. Shepelevich VG, Koukharenko EL. The ternay alloy structure of the bismuth – indium – tin system. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2019;2:54–57. Russian. DOI: 10.33581/2520-2243-2019-2-54-57.
  7. Wang Z, Chen C, Liu J, Zhang G, Suganuma K. Corrosion mechanism of Zn – 30Sn high-temperature, lead-free solder inneutral NaCl solution. Corrosion Science. 2018;140:40–50. DOI: 10.1016/j.corsci.2018.06.025.
  8. Kim Y-S, Kim K-S, Hwang C-W, Suganuma K. Effect of composition and cooling rate on microstructure and tensile properties of Sn – Zn – Bi alloys. Journal Alloys and Compounds. 2003;352(1–2):237–245. DOI: 10.1016/S0925-8388(02)01168-4.
  9. Chen K-I, Cheng S-C, Wu S, Lin K-L. 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(1–2):98–105. DOI: 10.1016/j.jallcom.2005.08.034.
  10. Kumar KM, Kripesh V, Shen L, Zeng K, Tay AAO. 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: 10.1016/j.msea.2006.01.088.
  11. 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: 10.1007/BF02653357.
  12. Yoon SW, Son JR, Lee HM, Lee B-J. Thermodinamics-aided alloy design and evaluation of Pb-free solder Sn – Bi – In – Zn system. Acta Materialia. 1997;45(3):951–960. DOI: 10.1016/S1359-6454(96)00253-4.
  13. Song J-M, Wu Z-M. Variable eutectic temperature caused by inhomogeneous solute distribution in Sn – Zn system. Scripta Materialia. 2006;54(8):1479–1483. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2005.12.056.
  14. Shepelevich VG, Gusakova OV, Koukharenko EL, Husakova SV. Microstructural studies of ultrarapidly quenched foils of zincdoped indium – tin eutectic alloys. Journal of Materials Science. 2019;54(3):2577–2584. DOI: 10.1007/s10853-018-2964-2.
  15. Gusakova OV, Shepelevich VG. [Microstructure of rapidly solidified alloys of the Sn – Zn – Bi – In system]. Fizika metallov i metallovedenie. 2018;119(5):510–517. Russian. DOI: 10.7868/S001532301805011X.
  16. 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):012015. DOI: 10.1088/1757-899X/192/1/012015.
  17. Pashkov IN, Pikinov MV, Tavolzhansky SA, Pashkov AI. Development of production and use of solder alloys microcrystalline or amorphous structure. Metallurgist. 2010;54:358–361. DOI: 10.1007/s11015-010-9303-4.
  18. Gusakova OV, Shepelevich VG. Bystrozatverdevshie splavy olova [Rapidly solidified tin alloys]. Minsk: National Institute for Higher Education; 2012. 150 p. Russian.
  19. Saltukov SА. Stereometricheskaya metallografiya [Stereometric metallography]. Moscow: Metallurgiya; 1976. 270 p. Russian.
  20. Nikolsky BP, Rabinovich RA. Spravochnik khimika. Tom 1 [Handbook of the chemist. Volume 1]. Moscow: Khimiya; 1966. 1071 p. Russian.
  21. Gusakova OV, Shepelevich VG, Lozenko VV. Rapidly solidified zink alloys. Minsk: National Institute for Higher Education; 2016. 110 p. Russian.
  22. Gusakova OV, Shepelevich VG. [Decomposition of supersaturated solid solution in rapidly solidified foils of tin-cadmium alloys]. Fizika metallov i metallovedenie. 2014;115(2):143–148. Russian.
  23. Gusakova OV, Shepelevich VG. [Structure and properties of rapidly solidified foils of alloys of Sn – Zn – Bi system]. Perspektivnye materialy. 2010;2:74–80. Russian.
Опубликован
2020-06-04
Ключевые слова: олово, цинк, галлий, высокоскоростное затвердевание, микроструктура
Как цитировать
Шепелевич, В. Г., & Гусакова, О. В. (2020). Сплавы системы Sn – Zn – Ga для бессвинцовой пайки, полученные высокоскоростным затвердеванием. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2, 50-61. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2020-2-50-61
Выпуск
№ 2 (2020): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика конденсированного состояния

Copyright (c) 2020 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).