3.1 實驗步驟
本研究主要係探討 Sn-0.7Cu-xZn(x= 0 ,0.05 及 0.5 wt.%)無鉛銲 錫合金對 Cu 基材之銲接性能與接合界面組織。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 Sn-0.7Cu、Sn-0.7Cu-0.05Zn 及 Sn-0.7Cu-0.5Zn 三種合金之接合性能外，亦將接合試片置於 150℃之溫度下，進行長 時間高溫儲存實驗(High Temperature Storage 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。
圖 3-1 實驗流程 合 金 熔 煉
試 片 製 備
接 合 性 能 試 驗
高 溫 儲 存 試 驗
接 合 強 度 試 驗 界 面 組 織 分 析
破 斷 面 分 析
3.2 合金製備
本研究所探討之 Sn-0.7Cu、Sn-0.7Cu-0.05Zn 以及 Sn-0.7Cu-0.5Zn 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合金元素重量百分比，將 Sn、Cu、Zn 等純合金放入小型電熱爐中，熔製溫台為 350℃，待合金完全熔融後，
均勻攪拌 1 小時。熔製完成後以感應耦合電漿發射光譜儀(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry，ICP-AES)進行各組成 份定量分析，以確認合金成份符合實驗設計成份。
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。Cu 基材接合試棒完成後如圖 3-3 所示。
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
3.4 高溫儲存試驗(High Temperature Storage Test)
為了解 Sn-0.7Cu-xZn 合金(x=0 ,0.05 ,0.5 wt.%)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為 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。本實驗使用，廠牌為 YSC 之熱風循環烘箱 來進行高溫儲存測試。圖 3-4 為熱風循環烘箱。
30 30
0.3
Ø1
unit:mm
Cu 棒 銲錫
圖 3-4 熱風循環烘箱
3.5 接合界面顯微組織分析
為了觀察Zn元素加入，對銲接以及在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，以及Zn 元素加入在接合面所形成之界面介金屬化合物，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。此外，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。
本研究所使用的掃描式電子顯微鏡，廠牌JEO型號JSM-6360該機型同 時配置能量分佈光譜儀，因此也可進行元素成份之定量分析。圖3-5 為掃瞄式電子顯微鏡。
圖 3-5 掃描式電子顯微鏡設備
3.6 接合強度測試及破斷面分析
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 影響。本實驗使用，廠牌 XYZTec 型號 Condor70-3 之微負荷拉伸試 驗機來進行接合過後銲點測試。圖 3-6 為微負荷拉伸試驗機。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，藉以獲得銲點之破斷模 式與行為。
圖 3-6 微負荷拉伸試驗機