3.1 實驗步驟
本 研 究 主 要 係 探 討 Al 及 Co 第 四 元 微 量 元 素 添 加 ， 對 Sn-0.7Cu-0.05Ni 三元無鉛銲錫合金對 Cu 基材之銲接性能與接合界面 組織的影響。其中，銲錫合金與基材接合後，其接合界面一般會形成 銲接界面反應層，然而，此一銲接界面反應層之形態與組成，將直接 影響接合強度與高溫信賴性。因此，本研究中，除比較此二種微量合 金元素添加後之接合性能外，亦將接合試片置於 75℃~150℃之溫度 下，進行長時間高溫儲存實驗(Thermal aging test)，以探討溫度及時間
對不同合金之界面反應組織和接合強度的影響。圖 3-1 為實驗流程示 意圖。
3.2 合金製備
本研究所探討之 Sn-0.7Cu-0.05Ni、Sn-0.7Cu-0.05Ni-0.01Al 以及 Sn-0.7Cu-0.05Ni-0.01Co 無鉛銲錫合金並非商用銲錫合金，因此，首 先必需進行合金的融煉。在融煉過程中分別依照所需的重量百分比熔 製 Sn-0.7Cu-0.05Ni 合金及分別依設計含量加入 Al 及 Co 元素。熔製 完 成 後 以 感 應 耦 合 電 漿 發 射 光 譜 儀 (Inductively Coupled
析，以確認合金成份符合實驗設計成份。
圖 3.1 實驗流程 接合性能試驗
合金熔煉
試片製備
高溫儲存試驗
界面組織分析 接合強度試驗 破斷面分析
( S E M )
成份分析
( E D S )
3.3 銲接試片製備
以裁切機剪裁直徑 1mm 之銅線 30mm 長，再利用研磨機將欲接 合面研磨至#1200，並使接合面與軸向保持垂直。銲接前先將銲錫合 金置於錫爐中，並控制錫爐溫度為 270℃，使銲錫合金熔融。將完成 前處理之銅線端面沾覆上RMA 級助銲膏後，以固定夾具夾持，並以 鐵片控制銲接間距(間距固定為 0.3mm)。將夾有銅線之固定夾具浸入
熔融銲錫中進行銲接。浸入時間約 10 秒鐘，之後取出空冷。圖 3-2 為銲接試片示意圖
圖 3.2 銲接試片示意圖
圖 3-3 Cu 基材試棒接合後之實體照片
30 30
0.3
Ø1
unit: mm
Cu 棒 銲錫
3.4 高溫儲存試驗
為瞭解 Sn-0.7Cu-0.05Ni 合金以及 Sn-0.7Cu-0.05Ni-0.01X 合金 (X=0.01wt%Al 或 Co 元素)銲點經高溫長時間儲存後對銲接界面顯微 組織及接合強度的影響，因此將銲接完成之試件置於熱處理爐中，進 行高溫儲存。高溫儲存實驗的溫度分別為 75℃、100℃及 150℃，儲 存時間則為0、25、100、300、500 小時，試件於高溫儲存後取出以 空冷方式冷卻至室溫。
3.5 接合界面顯微組織分析
為了觀察 Al 及 Co 元素添加，對 Sn-0.7Cu-0.05Ni 合金銲接以及在 75~150℃溫度下，於不同時間之高溫儲存後，銲點界面反應層之顯微 組織及組成變化情形，本實驗將銲接試片及經高溫儲存後之試片經鑲 埋→ 研 磨 → 拋 光 後 ， 再 以 掃 描 式 電 子 顯 微 鏡 (Scanning Electron Microscopy，SEM)，觀察其銲接界面之顯微組織，並且量測銲接界 面反應層之厚度，以探討高溫儲存實驗對銲錫合金與基材間之固相/
固相擴反應之影響。並使用掃描式電子顯微鏡及能量分析光譜儀，進 行界面顯微組織與成份分析，本實驗使用 SEM 廠牌為 JEO 之型號 JSM-6360 掃描式電子顯微鏡，如下圖 3.4。圖 3.5 為試棒界面組成分 析示意圖。
圖3.4 JEO之型號JSM-6360掃描式電子顯微鏡
圖3.5 試棒界面組成分析示意圖
3.6 接合強度測試
為探討不同合金及高溫儲存實驗對銲接試片接合強度之影響，本 研究中使用微負荷拉伸試驗機來進行接合過後之銲點測試，並與顯微 組織之分析結果進行探討，以了解合金成份及顯微組織對接合強度之
A 區域 IMC
銅基材 銲錫
銅基材
B 區域
70-3 機台，如下圖 3.6。此外，將拉伸斷裂後之試片使用掃描式電子
顯微鏡進行破斷面觀察，以瞭解銲點破斷之形貌與破斷起始位置、行 進方向，藉以獲得銲點經之破斷模式與行為。
圖 3.6 XYZTec 之型號 Condor 70-3 拉伸試驗機
3.7 破斷面分析
將拉伸斷裂後之試棒使用掃描式電子顯微鏡進行破斷面觀察，以 了解經高溫儲存後，銲點破斷之形貌與破斷起始位置、行進方向，藉 以獲得 Sn-0.7Cu-0.05Ni 合金與 Sn-0.7Cu-0.05Ni-0.01X 合金銲點，經 高溫儲存後之破斷模式與行為。
3.8 成份分析
以掃描式電子顯微鏡附設之能量散佈分析儀(Energy Dispersive Spectrometer，EDS)進行界面反應層之成份分析，並與顯微組織及機 械性質測試結果進行綜合討論。