4-2 EDS 成份分析與 X-Ray 成份分析
以 EDS 半 定 量 分 析 添 加 不 同 重 量 百 分 比 In 元 素 之 錫 銀 銅 銦 鋅 鉍 合 金 Sn-3Ag-0.5Cu-2In-1Zn-1.5Bi 、 Sn-3Ag-0.5Cu-4In-1Zn-1.5Bi 、 Sn-3Ag-0.5Cu-6In-1Zn-1.5Bi 以及 Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn-1.5Bi，經由 EDS 功能中的 面掃描分析其中成分，分別取試片上八個區域的數值在做平均處理，可得此四個試片 之 元 素 重 量 百 分 比 分 別 為 Sn-1.54wt%Ag-0.19 wt%Cu-2.89wt%In-2.00 wt%Zn-1.00wt%Bi、Sn-2.91wt%Ag-0.70wt%Cu-4.42wt%In-1.50wt%Zn-2.02 wt%Bi 、 Sn-3.27wt%Ag-0.80wt%Cu-5.39wt%In-1.78wt%Zn-1.48wt%Bi 以 及 Sn-3.78wt%Ag-1.31wt%Cu-9.07wt%In-1.04wt%Zn-1.80wt%Bi，如 (表 10)所示，可得 知此四個試片的銲錫合金之元素重量百分比接近於本實驗所需的銲錫合金，並且再以 X 光繞射分析儀 X-ray diffraction (X-Ray)做成份分析比較如(圖 17)，使用銅靶材，
電壓範圍為 35KV，電流範圍為 30Ma 分析範圍(2-Theta)由 15°~85°，其速率調整在 4°/min 做成份分析。圖 18 為 Sn-3Ag-0.5Cu-1Zn-(2.0wt%~8.0wt%) In -1.5Bi 合金之板 材 顯 微 結 構 。 可 以 清 楚 看 見 析 出 物 分 布 之 情 形 ， 並 且 對 於 Sn-3Ag-0.5Cu-1Zn-(2.0wt%~8.0wt%) In -1.5Bi 合金進行一連串之分析測試來探討其機 械性質。
4-3 Sn-Ag-Cu-In-Zn-Bi 合金之金相分析
如圖(18)所示可清楚看到 Sn-3Ag-0.5Cu-2In-1Zn-1.5Bi 合金金相圖中有些第二相 晶粒形成，但是晶粒的分佈並非很平均。
Sn-3Ag-0.5Cu-4In-1Zn-1.5Bi 合金金相圖中，可以發現所形成的晶粒相與添加 2.0wt% In 的金相圖相較之下，其第二相晶粒分佈較為均勻且數量亦較多。
Sn-3Ag-0.5Cu-6In-1Zn-1.5Bi 合金與添加 4.0wt% 的 In 相較之下， 金相圖中逐漸
有些許較大第二相的顆晶粒形成，其晶粒的分佈較為平均。
Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn-1.5Bi 合金與添加 6.0wt% 的 In 相較之下，金相圖中有許 多較大的第二相顆晶粒形成，其晶粒的分佈亦為平均。
這些金相圖說明了，伴隨 In 含量增加而第二相顆粒有逐漸變大的趨勢。當 In 含 量為(4.0wt%~8.0wt%)時，第二相的數量無明顯增加，故可推斷第二相趨於飽和狀態。
並且經由 EDS 半定量與 X-Ray 分析中，可得知其晶粒都是含 Sn 成份的晶粒居多。
4-4 Sn-Ag-Cu-In-Zn-Bi 合金之維氏硬度試驗
Sn-3Ag-0.5Cu-2In-1Zn-1.5Bi 、Sn-3Ag-0.5Cu-4In-1Zn-1.5Bi 、
Sn-3Ag-0.5Cu-6In-1Zn-1.5Bi 以及 Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn-1.5Bi 合金之維氏硬度值，如 表 11 所示。主要是針對第二相以及富錫相區域做維氏硬度值量測。富錫相區域的硬 度值依 In 含量低到高分別為 12.9、13.4、13.8 以及 14.2Hv，其第二相數值各別為 17.1、
17.6、18.2 以及 19.2Hv，其中純錫為 6.6Hv。由實驗結果清楚知道，添加 In 元素愈多，
則其合金的富錫相以及第二相硬度值皆有變愈高的趨勢。由純錫的維氏硬度數值可以 得知，研究合金的硬度皆有提高的現象，故然可以推斷有固溶強化的現象產生。其中 最小以 Sn-3Ag-0.5Cu-2In-1Zn-1.5Bi 合金的硬度值最小，然而以
Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn-1.5Bi 合金之維氏硬度值為最大。參考黃家瑋研究[67]以及何 中仁[68]研究之結果，再相較於本研究的發現，得知添加 In 元素後，皆有維氏硬度 值變大的趨勢，清楚說明 In 元素的添加對於提升合金的維氏硬度值是有助益的。
4-5 Sn-Ag-Cu-In-Zn-Bi 合金拉伸試驗
Sn-3Ag-0.5Cu-1Zn-(2~8) In -1.5Bi 合金的機械性質，會受拉伸速率及測試溫度影響。
本實驗所採用拉伸速率為 1×10-3mm/sec、1×10-4mm/sec 二種 ； 測試溫度有 25℃、
50℃、75℃、100℃四種。
試片在這些試驗條件，所獲得的負荷與位移數值利用下列公式計算其應力σ 與應
變ε：
F A
； h
其中σ 為拉伸試片之應力( MPa )，F 為總負荷( N )，A 為試片的總面積( mm2 ) ；ε 是應變(%)，δ 位移( mm )，h 則為試片原長( mm )。
表 12(a)為 Sn-3Ag-0.5Cu-2In-1Zn-1.5Bi 合金之拉伸相關機械性質。在拉伸速率 為 1×10-3mm/sec、溫度為 25℃條件下最大應力值為 33.07 MP；在 50℃與 75℃以及 100℃時、其值分別為 26.16 MPa 與 21.28 MPa 以及 11.25 MPa。然而在拉伸速率為 1×10-4mm/sec、溫度為 25℃條件下最大應力值為 29.04 MP，同時此條件下亦是本研 究中最大最高應變量為 73.71%；在 50℃與 75℃以及 100℃時、其值分別為 18.13 MPa 與 10.06 MPa 以 及 3.45 MPa 。 而 在 圖 19(a) 與 19(b) 可 以 觀 察 到 Sn-3Ag-0.5Cu-2In-1Zn-1.5Bi 合金在不同拉伸速率、測試溫度下所得之應力-應變圖。
並可得知最高應變量為 73.71%，最低為 47.97%[18]。
表 12(b)為 Sn-3Ag-0.5Cu-4In-1Zn-1.5Bi 合金之拉伸相關機械性質。在拉伸速率 為 1×10-3mm/sec、溫度為 25℃條件下最大應力值為 36.24 MP；在 50℃與 75℃以及 100℃時、其值分別為 27.02 MPa 與 21.87 MPa 以及 11.79 MPa。然而在拉伸速率為 1×10-4mm/sec、溫度為 25℃條件下最大應力值為 31.33 MP；在 50℃與 75℃以及 100℃
時、其值分別為 19.27 MPa 與 11.49 MPa 以及 5.76 MPa。而在圖 20(a)與 20(b)可以觀 察到 Sn-3Ag-0.5Cu-4In-1Zn-1.5Bi 合金在不同拉伸速率、測試溫度下所得之應力-應變 圖。並可得知最高應變量為 54.49%，最低為 29.52%。
表 12 (c)為 Sn-3Ag-0.5Cu-6In-1Zn-1.5Bi 合金之拉伸相關機械性質。在拉伸速率 為 1×10-3mm/sec、溫度為 25℃條件下最大應力值為 37.97 MP；在 50℃與 75℃以及 100℃時、其值分別為 30.20 MPa 與 23.01 MPa 以及 12.08 MPa。然而在拉伸速率為 1×10-4mm/sec、溫度為 25℃條件下最大應力值為 32.04 MP；在 50℃與 75℃以及 100℃
時、其值分別為 20.95 MPa 與 13.22 MPa 以及 7.48 MPa。而在圖 21(a)與 21(b)可以觀 察到 Sn-3Ag-0.5Cu-6In-1Zn-1.5Bi 合金在不同拉伸速率、測試溫度下所得之應力-應變 圖。並可得知最高應變量為 65.00%，最低為 28.00%。
表 12(d)為 Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn-1.5Bi 合金之拉伸相關機械性質。在拉伸速率 為 1×10-3mm/sec、溫度為 25℃條件下最大應力值為 42.86 MP，同時此亦是本研究中 最大應力值；在 50℃與 75℃以及 100℃時、其值分別為 36.24 MPa 與 29.31 MPa 以及 17.55 MPa。然而在拉伸速率為 1×10-4mm/sec、溫度為 25℃條件下最大應力值為 35.66 MP；在 50℃與 75℃以及 100℃時、其值分別為 24.73 MPa 與 16.10 MPa 以及 9.20 MPa。
而在圖 22(a)與 22(b)可以觀察到 Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn-1.5Bi 合金在不同拉伸速率、
測試溫度下所得之應力-應變圖。並可得知最高應變量為 47.51%，最低為 26.82%。
從圖 19～圖 30 的應力與應變圖，可以清楚得知當溫度條件與拉伸速率相同之下，
Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn-1.5Bi 合 金 的 應 力 強 度 為 最 大 ， 其 次 是 Sn-3Ag-0.5Cu-6In-1Zn-1.5Bi 合金，再來則是 Sn-3Ag-0.5Cu-4In-1Zn-1.5Bi 合金，以 Sn-3Ag-0.5Cu-2In-1Zn-1.5Bi 合金為最小。其中由表 12(a)～(d)的數據比較下，可以 得知於添加 8In wt
%
合金的應力值增加最大。說明了 In 元素的添加可以使應力強度 變大，並且以 Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn-1.5Bi 合金的應力強度最為明顯。集結所有的數據可以得知ㄧ種現象，所有合金的強度會伴隨著溫度升高而有降低 的趨勢，推測其主要原因是高溫潛變所致。並且在相同溫度條件時，速率 1×10-4mm/sec 所量測之應力值皆小於拉伸速率為 1×10-3mm/sec。這是因為當應變速率降低時，熱激 活化所需的時間會提高，因而會使材料中的差排趨向重新排列而不是穩定的累績聚集，
變慢而降低。
在所有的應力-應變圖形中，可以看到圖中曲線有明顯的抖動現象 ，這現象應與 晶粒回復或動態再結晶 (Recrystallization/Dynamic Recovery and / or Dynamic Strain Aging) 有關。
4-6 Sn-Ag-Cu-In-Zn-Bi 合金之破斷面分析
圖 31 為 Sn-3Ag-0.5Cu-2In-1Zn-1.5Bi 合金破斷面圖形在觀察此合金的破斷面中，
可以清楚的看到有許多細小的晶粒聚集分佈在試片上，故能夠有效的強化抗拉強度。
在拉伸速率為 1×10-3mm/sec 時，溫度為 25℃與 50℃時沒有較深層的孔洞產生，只有 在 75℃和 100℃時漸漸出現一些小孔洞，並且隨著溫度升高且距離試片破斷面越接近，
孔洞就越多越明顯，尤其是在溫度 100℃時，距離試片破斷面越接近更加顯著。破斷 面內的孔洞產生方式是由晶界上開始產生。孔洞會由原始晶粒之晶界上的細小孔洞；
隨著拉伸應力的增加，使得原始晶粒會慢慢被拉長，同時晶界上面的細小孔洞也會隨 著拉伸應力的增加而增大，致使材料斷裂。因此推斷 Sn-3Ag-0.5Cu-2In-1Zn-1.5Bi 合 金為沿晶破壞。在拉伸速率為 1×10-3mm/sec 與 1×10-4mm/sec 時，且溫度為 25℃與 50
℃時，並沒有明顯的裂縫產生，當溫度條件提升到 75℃時，逐漸有裂縫出現，並且 在溫度 100℃高溫時才會有明顯的裂縫產生，而裂縫的形成主要是由晶界的部份開始 破斷 [18]。
圖 32 為 Sn-3Ag-0.5Cu-4In-1Zn-1.5Bi 合金破斷面圖形在觀察此合金的破斷面中，
可以清楚的看到有許多細小的晶粒聚集分佈在試片上，故能夠有效的強化抗拉強度。
在拉伸速率為 1×10-3mm/sec 條件之下，溫度為 25℃、50℃與 75℃時，沒有較深層的 孔洞產生，然而隨著溫度的升高、拉伸速率的下降並且與試片破斷面越接近時，則孔 洞就越來多並且越來越明顯，尤其是在拉伸速率為 1×10-4mm/sec 且溫度為 100℃時，
原本細小的孔洞有明顯變的又大又明顯，同時亦可以觀察到有些許的頸縮(necking) 產生，頸縮算是一種不穩定的塑性變形，亦即在外加負荷沒有增加(甚至反而減少) 的情況下，材料仍持續進行其塑性變形；當材料開始塑性變形時，伸長量的增加將使 其截面積減小，而使得局部作用於材料之應力提高，故從孔洞的位置漸漸形成間隙，
隨著縫隙逐漸變大，而迫使試片斷裂。從破斷面觀察中，可以發現整個破斷面的斷口 都趨近於平面，會影響此現象有可能是由於材料變形速率太快時，導致來不及產生滑 動，相對的可視為差排滑動受到阻礙，而傾向脆性破壞。破斷面內的孔洞產生方式是 由晶界上開始產生。孔洞會由原始晶粒之晶界上的細小孔洞；隨著拉伸應力的增加，
使得原始晶粒會慢慢被拉長，同時晶界上面的細小孔洞也會隨著拉伸應力的增加而增 大，致使材料斷裂。
圖 33 為 Sn-3Ag-0.5Cu-6In-1Zn-1.5Bi 合金在不同溫度測試條件之拉伸破斷面圖形，
經由 SEM 觀察試片中發現到有許多細小的晶粒聚集分佈在試片上，故能夠有效的強 化抗拉強度。此合金的破斷面組織主要均呈現窩狀破壞，其孔洞隨著拉伸速率的降低 和測試溫度升高而增加的比例上並不高，但孔洞的尺寸仍然比較大一些。
Sn-3Ag-0.5Cu-6In-1Zn-1.5Bi 合金破斷面內的孔洞，隨著拉伸應力的增加而增大，進 而致使材料斷裂。因此推斷 Sn-3Ag-0.5Cu-6In-1Zn-1.5Bi 合金為沿晶破壞。
Sn-3Ag-0.5Cu-6In-1Zn-1.5Bi 合金在不同溫度下互相比較，仍然在高溫的頸縮較低溫 來的明顯。
圖 34 為 Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn-1.5Bi 合金破斷面，在不同溫度測試條件之拉伸破 斷面，其破斷面組織主要均呈現窩狀破壞，其破壞的機構經試片的 SEM 觀察中發現，
其孔洞會隨著拉伸測試溫度升高而變大。當拉伸溫度越高時，
Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn-1.5Bi 合金破斷面的頸縮現象越明顯，也同時說明材料的延性 越強，尤其當測試溫度為 100℃時更加可以清楚得知。頸縮算是一種不穩定的塑性變 形，亦即在外加負荷沒有增加(甚至反而減少)的情況下，材料仍持續進行其塑性變形；
當材料開始塑性變形時，伸長量的增加將使其截面積減小，而使得局部作用於材料之
應力提高，故從孔洞的位置漸漸形成間隙，隨著縫隙逐漸變大，而迫使試片斷裂。並 且隨著拉伸應力的增加，使得原始晶粒會慢慢被拉長，同時晶界上面的細小孔洞也會 隨著拉伸應力的增加而增大，進而導致材料斷裂。因此推斷
Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn-1.5Bi 合金為沿晶破壞，同時亦是四種合金中孔洞最多且頸縮 最明顯之處。