c.組成濃度中檸檬酸鈉含量高，螯合劑濃度提高，沉積速率隨之下降，磷含量則隨螯 合劑濃度增加而升高，三乙醇氨系統磷含量甚至可高到15.5%上下
d.還原劑次磷酸二氫鈉濃度增加沉積速率隨之增加，但超過0.37M後槽液有分解現 像，因此其濃度不可過高，過高反而有害。磷含量則和還原劑間沒有明確關係，因此 一般濃度控制在O.1 M左右較洽當
e.三乙醇氨濃度會影響鍍層的磷含量及沉積速率，其濃度增高磷含量降低沉積也變 慢，因此濃度保持約0.15M較佳。他除了可以調整酸鹼度也可作金屬螯合劑之用 f.由探討得知檸檬酸鈉濃度作通當調整可有效改變鍍層磷含量
G.一般還原劑大分為兩類:
次磷酸二氫鈉(NaH2PO2H2O, Sodium Hypophosphate)系列及硼氫化鈉(NaBH4，Sodium Borohydride)系列，硼氫化鈉價貴因此市面上多以次磷酸二氫鈉為主一般公認反應為:
[H2PO2]- + H2Oa H+ +[HPO3]2- + 2H(Cat) ---(1) Ni2+ + 2H(Cat)a Ni + 2H+---(2) [H2PO2]- + H(Cat)a H2O + OH- + P---(3) [H2PO2]- + H2Oa H+ + [HPO3]2- + H2---(4)
銅面多呈非活化性表面為使其產生負電性以達到"啟鍍"之目的銅面採先長無電鈀的 方式反應中有磷共析故，4-12%含磷量為常見。故鎳量多時鍍層失去彈性磁性，脆性 光澤增加，有利防鏽不利打線及焊接。
料本身的強度，(d)方法中試件準備較複雜，但可用來測試實際情況下銲點的強度。
在考量時間情形下，通常採用(c)、(e)、(f)這三種較為簡便準備試件的測量方法[53]。
銲點在實際使用中遭受的應力形式以剪切應力為主。主要原因在於電子構裝元件 中各種構裝材料間熱膨脹係數(coefficient of thermal expansion, CTE)的差異，導致電子 構裝元件遭受溫度變化的同時形成熱應力。而由於幾何的關係，熱應力則以剪切應力 方式作用在銲點上。因此，以剪切試驗來量測銲點的機械性質是最為直接且準確的測 試方法。
所謂「剪切測試」即是對一個材料樣品以剪切的方式緩慢地對其施力，直到其產 生完全破壞。而「剪切強度」就是材料從開始受剪切到破壞斷裂之過程中所能承受的 剪切應力(shear stress) 可由以下方程式表示:
σs = Fs /A
由於近年電子構裝產業中大量使用銲料接合技術，使得界面接點之機械強度備受 重視，其中藉由銲點剪切實驗來測試銲點強度是獲得接點機械性質資訊最容易且方便 的方法之一。本研究針對以錫銀銅為主之錫球，探討參雜不同成分銦-鋅,以單面接合 (single lap)方式做銲點之剪切機械性質，對銲接接點之強度進行探討。
圖2-13. 銲點強度測試方式: (a)Bulk solder 拉伸，(b)Bulk solder 剪切，(c)簡化之銲 點，(d)實際元件SMT，(e)單面接合(single lap)，(f)雙面接合(double lap) [51,52]
第三章 實驗方法及步驟 3-1. Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 合金之製備
本實驗之 Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 合金為自行熔煉而成，程序如下：
a. 先用 99.99%之純錫、純銀、純銅、純銦與純鋅依合金設計將成份元素按比 例秤重 (表 3-1)所示 。
b. 將各元素放入坩鍋中。
c. 將坩鍋放入小型錫爐內， 加熱至 500℃持續 4 hr， 並攪拌所有元素熔融混 合後，再冷卻至室溫。
d. 再將 Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 合金經過 95℃，100 hr 的均質化處理後，再爐 冷至室溫。
e. 將鑄錠經滾壓成 0.5mm 之片材備用。
本研究之實驗流程圖如 (圖 3-1) 所示。
表3-1. Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 合金成份百分比 無鉛銲錫合金成份 （wt%）
Sn Ag Cu In Zn
87.5 3 0.5 8 1
圖3-1. Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 無鉛銲錫合金實驗流程圖 Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 合金熔煉(500℃,4hr)
爐冷至室溫
均質化處理
銲錫/基板接合強度(拉 伸)測試
拉伸速度:10-3(mm/sec) 溫度:室溫、50℃、75℃、
100℃
銲錫/基板界面顯 微結構觀察與成
份分析 ( SEM、EDX ) DSC 熔點
(TGA/DSC 同步分析儀)
將鑄錠滾壓成厚度 0.5mm 板材
金相觀察 X-RAY 分析
OM 觀察
銲錫/基板潤濕 性量測 ( 二次元量測) 沖切成 ψ1 試片
將試片與 PCB 板結合 過 N2迴焊爐
高溫時效 100℃，
100hr、500hr
3-2. Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 合金之 DSC 熔點測試
Sn-3 Ag-0.5Cu-8In-1Zn 合金的熱力學性質是利用 TGA/DSC 共同分析儀來作分 析，以判斷合金之熔點範圍。熔點測試實驗參數：溫度範圍為 30~400℃、昇溫速率 為2℃/min、氣體流量為氮氣 (N2)，50 ml/min、樣品重量為約 20 g。
3-3. Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 合金之顯微組織分析
a. 將熔煉完成之銲錫合金，滾壓成0.5 mm之試片。
b. 將0.5mm試片裁切成適當大小以環氧樹脂（Epoxy）鑲埋。
c. 待 Epoxy 硬化後（約8 小時），以320 grit 砂紙研磨露出截面。
d. 再以＃600、800、1000、2000、3000、4000號之SiC水砂紙研磨。
e. 以1μm、0.3μm之氧化鋁粉拋光。
f. 以腐蝕液(methanol (95﹪)：93ml、HCl：5ml、HNO3：2ml)浸蝕30秒。
g. 以超音波振盪清洗，以去除表面附著髒汙。去離子水沖洗後以99.5%酒精沖 洗烘乾。
h. 光學顯微鏡(OM)加以觀察。
3-4. 迴焊(Reflow)反應實驗步驟(N
2迴焊爐-皇迪 HD-NHAC12F)
a. N2迴焊爐頂溫(Peak Reflow Temperature)：設定溫度為 235℃~245℃(頂溫通 常比銲料的液態點高約40℃；以一般業界常用錫銀銅銲料依據)，確定N2迴 焊爐溫度穩定後開始實驗。
b. 將試片(圖3-2)放入迴焊爐入口處。
c. N2迴焊爐預熱區(Pre-Heating):升溫斜率1~4℃/sec 以下，約140秒升溫至150
℃
d. N2迴焊爐恆溫區(Soaking):溫度 150℃~200℃間，預熱時間，通常在60~150 秒間，本實驗所設定的預熱時間100 秒。
e. N2迴焊爐熔錫區(Reflow ):溫度 217℃ 維持100 秒。
f. N2迴焊爐降溫區:降溫斜率1~5℃/sec 以下，迴焊溫度降至100℃時間約105 秒後，將試片取出N2迴焊爐，以室溫自然降溫至室溫。
g. 依 a-f 步驟可得迴焊曲線四階段，第一階段升溫140秒，第二階段預熱100 秒，第三階段熔錫100秒，第四階段降溫105秒，由N2迴焊爐入口至出口區 需時約8分鐘，如圖3-3所示。
以上設定條件是以針對一般業界常用錫銀銅銲料SMT 加工設定條件為準。
圖3-2. Au /Ni-P /Cu 基板尺寸圖
圖3-3. N2迴焊爐-皇迪 HD-NHAC12F 測溫報告圖
3-5. Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn 合金與不同鍍層基板介面反 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不同鍍層基板上，在以上述的熔焊條件下，實行熔焊。
試片冷卻後，將試片由銲點中間切開取其截面、研磨拋光(再以＃600、800、1000、
2000、3000號之SiC水砂紙研磨，後以1μm、0.3μm之氧化鋁粉拋光)，再以二次元量 測機測量接觸角，以分析Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn銲料在不同鍍層基板之潤濕行為。進 一步利用電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope；SEM)觀察，將銲錫合金蝕刻液將 試片未反應的銲錫合金溶解，分析界面反應生成之介金屬化合物(Intermetallic
compounds；IMCs )，利用電子顯微鏡上附設的EDX (Energy Dispersive X-ray analysis) 設備進行界面以及銲錫區域之掃描分析，以了解元素組成及分佈情形。
3-6. Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn構裝件焊接試片製作
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不同鍍層基板的Patter上，在上方蓋上相同鍍層基板 後，在以上述的熔焊條件下，實行迴焊(圖3-4)。
圖3-4. Sn-3Ag-0.5Cu-8In-1Zn構裝件試片示意圖