Abstract
本研究主要為利用極短之反應時間 (5-60 sec) 來探討鉛錫共晶焊錫與42合金界面平面之介金屬化合物生成情形。藉由特殊的斜磨後黏掀技術 (taper grinding and bound opening technique) 可露出界面平面而對其上所生成之介金屬化合物做觀察。 在鉛錫焊錫/42合金界面平面上可觀察到三種不同形態之介金屬化合物，並且提出其中一種相，SFL (sweet-flag-leaf) 相之形成機制及定出其成份為Ni3Sn4，而本研究將另一種未知成份及結構之相，柱狀相 (column phase)，利用複製膜 (replica) 的方式直接由焊錫基質中取出並以單晶X-ray及EPMA得知其成份及結構極可能為Ni3Sn4。在極短的反應時間下可在界面平面觀察到長寬約5-10 mm且數量極少的Fe-Sn化合物鑲嵌於焊錫基質中，具有長柱狀及塊狀的形態，同時也觀察到SFL相。若以純Ni為基板則其界面平面所生成之Ni3Sn4，與以42合金為基板所生成之SFL相的形態具有相當大之差異，是因為以42合金為基板會在焊錫與42合金之間形成一FeSn2界面層而使Ni在焊錫中的濃度大幅降低。 藉由研究短反應時間可以觀察到SFL相成核成長的過程符合之前所提出的SFL相形成機制。 本研究也提出對於Pb在焊接反應所扮演的角色，由Pb與常見之基板元素 (Ni、Fe、Cu) 之二元相圖可知，Pb對Ni、Fe、Cu有一極小的溶解度，而Pb則不會溶於Ni、Fe、Cu中，因此Pb可溶解基板表面而使Sn與基板得到較佳之接合。 剪切強度測試方面，利用lap-shear試片可知，極短的反應時間下剪切強度由隨著反應時間增加而增加的趨勢，可能是因為銲錫消耗形成IMC而使銲錫厚度減少。相同溫度下 (213℃)，短反應時間的剪切強度較以往研究之長時間反應為高，可能是因為柱狀相在長時間下於銲錫之中形成的緣故。 以相同之焊接條件 (213℃，60 sec) 不同的拉伸速率 (0.1-5 mm/min) 做剝離測試 (peel test)，拉伸速率2 mm/min下，最大荷重及平均荷重均為最高值。因室溫對銲錫而言已達其熔點之3/2，由強度s ﹦K (ε )m (K為材料常數，m為應變速率敏感因子) 可知，拉伸速率較快 (5 mm/min) 的情形下，因為強度s增加而使KC降低，而使其呈脆性斷裂；較慢拉伸速率時 (0.1 mm/min)，因為強度s低，為密佈窩穴延性斷面。