第四章 結果與討論
圖36 Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 銲錫合金顯微組織圖
4-3 拉伸強度分析
這項實驗所設計的拉伸試件的形式，是為了模擬業界實際錫球銲接點動作使用 情形與設定9個點錫球條件的搭接(single lap)測試件為依據；採用自行設計好的上下 開模具板子，植入錫球較不易使錫球亂滑動造成相對位置移動產生銲接後拉伸值的 誤差，此情形將使數據失真，所以經過設計開模方式，將錫球置放在銲點位置，再 進行迴銲使之接合。其所用之 Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn合金銲料之錫球，均採自行製 作；將滾壓成厚度0.5 mm合金板材片，再用沖壓模沖成Φ1 mm 圓錠錫球。
錫球製備約4000顆完成後，我們先使用電子游標尺量測錫球平均直徑，再取9 顆錫球量測其圓錠直徑，以採樣方式進行，找出些許外觀有異之錫球分別量測五次，
將不合格的挑出剔除，最後為每片試件取9顆錫球植入雙面化銀、化金於基板上。
結果發現自行製作成份之錫球平均直徑約1 ±0.02 mm。本實驗所使用的拉伸強 度試件銲點面積約 9 x1mm，厚度為0.5mm，以1×10-3mm/sec 固定拉伸速率進行拉 伸實驗，每一種拉伸試片先製作20片作為基材板，每一種測試取3片試件為一組，再 取其平均拉伸之強度。
依照斷口破壞模式，一般可分為破斷在銲料內部、銲料與界面層的混和模式區 Ag3Sn
Ag- Zn
及界面IMC層三種形式，如圖37 [67]所示。其中影響銲點強度的原因，除了銲料本 身強度外，乃屬界面IMC層為影響拉伸強度的重要因素，界面IMC層粗糙度如果過 大容易造成應力集中的現象，且銲料、界面IMC層與銅片彼此之間密合度及強度差 異，會造成材料的不連續性，也會使界面強度轉為弱化，使銲點的的破斷位置從銲 料本身移動至界面IMC處。此外當銲錫接點遭受外力作用時，較具延展性的銲料可 以提供較多的塑性變形，因此界面層所受的應力較小，也因此比較不容易從界面層 破裂剝離，反之，則較有剛性的銲點其界面層將承受較大的應力，因此也更容易造 成斷裂在界面層處。
(A)銲料內部模式 (B)銲料與界面的混和模式 (C)界面層模式
圖37 剪切破壞模式示意圖[67]
4-3-1 Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn合金與Au/Ni-P/Cu化金基板 之界面反應
將Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 銲料浸泡於助銲劑(Kester 985+FLUX GM776 以1:1 比例調和)中，以鑷子取出後，置放於 Au /Ni-P /Cu 基板上，溫度在217℃的迴焊 條件下，進行迴焊。待試片冷卻後，將試片由銲點中間切開取其截面、研磨端面後，
再以二次元量測機測量接觸角，作為分析焊料在Au /Ni-P /Cu 基板之潤濕行為。再 進一步利用電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope；SEM)觀察，將銲錫合金蝕刻 液試片與未反應的銲錫合金溶解，分析界面反應生成之界金屬化合物(Intermetallic
analysis)設備，進行界面及銲錫區域之掃描分析，以準確了解元素組成及分佈情形。
4-3-2 Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn合金與Ag / Cu 化銀基板之 界面反應
將Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 銲料浸泡於助銲劑(Kester 985+FLUX GM776 以1:1 比例調和)中，以鑷子取出後，置放於 Ag / Cu 基板上，溫度在217℃的迴焊條件下，
進行迴焊。待試片冷卻後，將試片由銲點中間切開取其截面、研磨端面後，再以二 次元量測機測量接觸角，作為分析焊料在 Ag / Cu 基板之潤濕行為。再進一步利用 電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope；SEM)觀察，將銲錫合金蝕刻液試片與未 反應的銲錫合金溶解，分析界面反應生成之界金屬化合物(Intermetallic compounds；
IMCs )，再利用電子顯微鏡上附設的EDX (Energy Dispersive X-ray analysis)設備，進 行界面及銲錫區域之掃描分析，以準確了解元素組成及分佈情形。
圖38 Sn-3 Ag-0.5Cu-8In-1Zn 化銀基板構装件之迴焊一次界面分析
圖 39 Sn-3 Ag-0.5Cu-8In-1Zn 化銀基板構装件之迴焊二次界面分析
圖40 Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 化銀基板構装件之(迴焊一次後，100℃.100h 時效處 理)之界面成份分析
A
B C
D
圖 41 Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 化銀基板構装件之(迴焊二次後，100℃.100h 時效處理) 之界面成份分析
A B
D
C
4-3-3 Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 化銀基板拉伸強度分析
Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn合金在化銀基板作一次迴銲製程後，其平均剪切 強度為 25.9 MPa，若經過二次迴銲製程，其拉伸強度會略低，數值為24.9 MPa。
當此Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn構裝件經過一次迴銲，再經過100℃、100hr時效熱 處理後，其平均剪切強度為會再下降，略降至11.1MPa；若二次迴銲後，再經過 100℃、100hr 熱處理後，平均剪切強度則下降至10.2MPa，由此可見構裝件的剪切 強度會隨著時效時間的增加而下降。
利用SEM觀察斷口之表面形貌(圖44-49)，破斷面特徵為結晶面裸露之劈裂 (cleavage)，則屬劈裂破壞(cleavage fracture)；二次迴銲後結晶較一次迴銲細緻，且 晶界大幅增加，另外！高溫時效處理後晶粒將變粗，晶界也變得較不明顯，反應在 拉伸強度上，也使強度呈現下降的趨勢。
由EDX(Energy Dispersive X-ray analysis)分析破斷面成份(圖56)觀察，可知在Ag-Sn component 會造成應力集中，產生較大的裂縫。
4-3-4 Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 化金基板拉伸強度分析
Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 試件經過一次迴銲製程後，其平均剪切強度為 31.5MPa，經過二次迴銲製程，其平均剪切強度會下降，降為25.2MPa 。當 Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 試件經過一次迴銲，再經過100℃、100hr 時效熱處理 後，其平均剪切強度呈現略降狀態，數值為11.8MPa；二次迴銲後，再經過 100℃、100hr熱處理後，剪切強度則略再降為8.1MPa。
利用SEM觀察斷口之表面形貌(圖50-55)，發現一次迴銲破斷面比二次迴銲有較 多孔洞，析出物的分怖也比較不均勻，隨著高溫時效處理後一次迴銲孔洞愈來愈少，
結晶也會呈現均勻的大小；二次迴銲後孔洞較時效前來得大，並且晶界更加細緻。
表11. Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 化銀基板構裝件剪切強度比較表單位:MPa
溫度 A B C 平均值 與 (25 ℃)比較 %
迴銲一次(25℃) 25.6 26.0 26.0
25.9
迴銲一次(50℃) 22.6 22.2 23.522.8 -12%
迴銲一次(75℃) 13.7 15.5 13.3
14.2 -45%
迴銲一次(100℃) 10.7 10.7 10.9
10.8 -58%
迴銲一次時效100 小
時(25℃) 24.9 25.1 25.9
25.3
迴銲一次時效100 小時(50℃) 21.2 21.4 21.9
21.5 -15%
迴銲一次時效100 小
時(75℃) 14.3 13.4 14.5
14.1 -44%
迴銲一次時效100 小
時(100℃) 11.1 10.4 11.9
11.1 -56%
迴銲一次時效500 小
時(25℃) 24.8 24.2 24.7
24.6
迴銲一次時效500 小時(50℃) 20.2 22.3 19.4
20.6 -16%
迴銲一次時效500 小
時(75℃) 12.8 15.1 13.8
13.9 -43%
迴銲一次時效500 小
時(100℃) 9.9 11.6 10.3
10.6 -57%
迴銲二次(25℃) 26.4 24.1 24.1
24.9
迴銲二次(50℃) 20.6 23.2 19.221.0 -16%
迴銲二次(75℃) 14.5 17.6 20.3
17.5 -30%
迴銲二次(100℃) 9.7 11.6 11.3
10.9 -56%
迴銲二次時效100 小
時(25℃) 24.9 24.9 24.6
24.8
迴銲二次時效100 小時(50℃) 23.6 23.6 21.0
22.7 -8%
迴銲二次時效100 小
時(75℃) 16.2 16.2 16.9
16.4 -34%
迴銲二次時效100 小
9.4 9.4 11.9
10.2 -59%
迴銲二次時效500 小
時(25℃) 23.2 24.2 25.6
24.3
迴銲二次時效500 小時(50℃) 18.9 18.9 21.8
19.9 -18%
迴銲二次時效500 小
時(75℃) 16.8 16.6 16.8
16.7 -31%
迴銲二次時效500 小
時(100℃) 10.1 10.5 10.0
10.2 -58%
(25℃)AVERAGE
25.0 24.8 25.225.0
(50℃)AVERAGE
21.2 21.9 21.121.4 -14%
(75℃)AVERAGE
14.7 15.7 15.915.5 -38%
(100℃)AVERAGE
10.1 10.7 11.010.6 -57%
表12. Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 化金基板構裝件剪切強度比較表單位:MPa
溫度 A B C 平均值 與 (25 ℃)比較 %
迴銲一次(25℃) 32.6 33.5 28.4
31.5
迴銲一次(50℃) 23.6 23.1 19.722.1 -30%
迴銲一次(75℃) 17.3 17.6 12.7
15.9 -50%
迴銲一次(100℃) 10.5 9.0 8.8
9.4 -70%
迴銲一次時效100 小
時(25℃) 27.0 26.4 22.1
25.2
迴銲一次時效100 小時(50℃) 17.0 18.3 19.1
18.1 -28%
迴銲一次時效100 小
時(75℃) 12.4 14.2 15.4
14.0 -44%
迴銲一次時效100 小
時(100℃) 12.7 10.9 11.8
11.8 -53%
迴銲一次時效500 小
時(25℃) 21.9 27.0
24.5
迴銲一次時效500 小
時(50℃) 19.9 19.3
19.6 -20%
迴銲一次時效500 小
時(75℃) 10.0 15.4
12.7 -48%
迴銲二次(25℃) 28.5 26.3 26.4
27.1
迴銲二次(50℃) 19.2 22.7 25.922.6 -16%
迴銲二次(75℃) 13.5 15.2 18.1
15.6 -42%
迴銲二次(100℃) 11.9 12.3 12.4
12.2 -55%
迴銲二次時效100 小
時(25℃) 24.7 28.7 24.6
26.0
迴銲二次時效100 小時(50℃) 20.3 22.4 21.0
21.2 -18%
迴銲二次時效100 小
時(75℃) 16.1 15.1 14.1
15.1 -42%
迴銲二次時效100 小
時(10℃) 8.2 7.4 8.8
8.1 -69%
迴銲二次時效500 小
時(25℃) 23.2 24.2
23.7
迴銲二次時效500 小
時(50℃) 18.9 18.9
18.9 -20%
迴銲二次時效500 小
時(75℃) 16.8 16.6
16.7 -30%
迴銲二次時效500 小
時(100℃) 13.7 12.6
13.1 -45%
(25℃)AVERAGE 26.3 27.7 25.4
26.3
(50℃)AVERAGE 19.8 20.8 21.4
20.4 -22%
(75℃)AVERAGE 14.3 15.7 15.1
15.0 -43%
(100℃)AVERAGE 10.9 10.2 10.4
10.6 -60%
迴 銲 一 次
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0
Stress ( MPa )
化金 31.5 22.1 15.9 9.4
化銀 25.9 22.8 14.2 10.8
η= 0.6（25 ℃） η= 0.65（50 ℃） η= 0.7（75 ℃） η= 0.75（100 ℃）
圖42 化銀與化金基板迴焊一次比較圖(MPa)
迴 銲 二 次
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0
Stress ( MPa )
化金 27.1 22.6 15.6 12.2
化銀 24.9 21.0 17.5 10.9
η= 0.6（25 ℃） η= 0.65（50 ℃） η= 0.7（75 ℃） η= 0.75（100 ℃）
圖43 化銀與化金基板迴焊二次比較圖(MPa)
與觀察，除了保有Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn元素外，並未發現有其他元素析出，
這部份與原先討論的資料結果有些許差距。再檢視研究流程及實驗步驟，均屬正常 範圍。就本實驗而言，值得再進一步探討研究。
圖44 Sn-3 Ag-0.5Cu-8In-1Zn化銀基板構装件之破斷面迴焊一次
圖45 Sn-3 Ag-0.5Cu-8In-1Zn 化銀基板構装件之破斷面(迴焊一次後，100℃.100h 時效處理)
圖46 Sn-3 Ag-0.5Cu-8In-1Zn 化銀基板構装件之破斷面(迴焊一次後，100℃.500h 時效處理)
圖47 Sn-3 Ag-0.5Cu-8In-1Zn化銀基板構装件之破斷面迴焊二次
圖48 Sn-3 Ag-0.5Cu-8In-1Zn 化銀基板構装件之破斷面(迴焊二次後，100℃.100h 時效處理)
圖 49 Sn-3 Ag-0.5Cu-8In-1Zn 化銀基板構装件之破斷面(迴焊二次後，100℃.500h 時效處理)
圖50 Sn-3 Ag-0.5Cu-8In-1Zn化金基板構装件之破斷面迴焊一次
圖 51 Sn-3 Ag-0.5Cu-8In-1Zn 化金基板構装件之破斷面(迴焊一次後，100℃.100h 時效處理)
圖 52 Sn-3 Ag-0.5Cu-8In-1Zn 化金基板構装件之破斷面(迴焊一次後，100℃.500h 時效處理)
圖53 Sn-3 Ag-0.5Cu-8In-1Zn化金基板構装件之破斷面迴焊二次
圖54 Sn-3 Ag-0.5Cu-8In-1Zn 化金基板構装件之破斷面(迴焊二次後，100℃.100h 時效處理)
圖55 Sn-3 Ag-0.5Cu-8In-1Zn 化金基板構装件之破斷面(迴焊二次後，100℃.500h 時效處理)
圖56 Sn-3 Ag-0.5Cu-8In-1Zn 化銀基板構装件之破斷面迴焊一次( 25℃) 之斷口成份分析
A
B
C
D
圖57 Sn-3 Ag-0.5Cu-8In-1Zn 化金基板構装件之破斷面迴焊一次( 25℃) 之斷口成份分析