การศึกษาการบัดกรีระหว่างโลหะบัดกรีไร้สารตะกั่วกับแผ่นรองทองแดงที่ผ่านการอบอ่อน

A study on soldering between lead-free solder and annealed copper substrate

Name: นิวัฒน์ มูเก็ม

ThaSH: บัดกรีและการบัดกรี

Sears: Solder and soldering

Abstract: วิทยานิพนธ์ฉบับนี้ศึกษาการบัดกรีระหว่างโลหะบัดกรีไร้สารตะกั่วในกลุ่ม Sn-Cu กับแผ่นรองทองแดง เพื่อตรวจสอบการเกิดขึ้นและการเจริญเติบโตของชั้นสารประกอบเชิงโลหะ (Intermetallic compound: IMC) ตลอดจนความสามารถในการเปียก และศึกษาสมบัติของแผ่นรองทองแดงที่มีต่อความสามารถในการเปียก การเกิดขึ้นของ IMC และการเจริญเติบโตของ IMC โดยได้ศึกษาสมบัติของแผ่นรองทองแดงในรูปแบบของขนาดเกรน การจัดเรียงตัว และความเครียดตกค้าง โลหะบัดกรีที่ใช้ในการศึกษา ได้แก่ Sn-0.7Cu, Sn-1.0Cu และ Sn-3.0Cu โดยทำการบัดกรีด้วยวิธีรีโฟล์ว ผลการวิจัยพบว่า สารประกอบเชิงโลหะ ƞ-Cu6Sn5 เป็น IMC ชนิดแรกที่เกิดขึ้นหลังจากการบัดกรี และเมื่อบัดกรีด้วย ระยะเวลาที่นานขึ้นจะพบ IMC ชนิด ε -Cu3Sn เกิดขึ้นตามมา โดยการใช้โลหะบัดกรี Sn-3.0Cu ทำให้เกิดชั้น IMC หนาที่สุดเมื่อทำการบัดกรีภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน ทำให้สามารถสังเกตการเกิดปฏิกิริยาได้ง่าย จึงได้นำโลหะบัดกรีชนิดนี้ไปศึกษาต่อในเรื่องความสามารถในการเปียกบนแผ่นรองทองแดง ซึ่งพบว่า ความสามารถในการเปียกจะเพิ่มขึ้นตามระยะเวลาการบัดกรี นอกจากนั้นเมื่อศึกษาผลของการอบอ่อน แผ่นรองทองแดงที่มีต่อความสามารถในการเปียกของโลหะบัดกรี Sn-3.0Cu และการเจริญเติบโตของ IMC โดยนำแผ่นรองทองแดงไปอบอ่อนที่อุณหภูมิ 300, 600 และ 900 °C เป็นเวลา 1 ชั่วโมง พบว่าการอบอ่อนทำให้แผ่นรองมีขนาดเกรน การจัดเรียงตัวของเกรน และความเครียดตกค้างที่แตกต่างกัน และจากการใช้เทคนิค Electron backscatter diffraction พบว่าแผ่นรองที่อบอ่อนที่ 300 °C มีการจัดเรียงตัวของเกรนไม่เป็นระเบียบมากที่สุดและมีความเครียดตกค้างสูงสุด ในขณะที่แผ่นรองที่อบอ่อนที่ 900 °C มีการจัดเรียงตัวของเกรนเป็นระเบียบมากที่สุด และมีความเครียดตกค้างตํ่าสุด จากการบัดกรีโลหะบัดกรี Sn-3.0Cu กับแผ่นรองที่อบอ่อนและไม่อบอ่อนพบว่า ขนาดเกรน การจัดเรียงตัวของเกรน และความเครียดตกด้างไม่มีอิทธิพลอย่างมีนัยสำคัญต่อความสามารถในการเปียก ความหนาของ ƞ-Cu6Sn5 ไม่ขึ้นกับขนาดเกรนของแผ่นรอง แต่จะเพิ่มขึ้นตามการเพิ่มของ Misorientation angle และความเครียดตกด้างในแผ่นรอง หลังจากนั้นได้นำชิ้นงานที่ผ่านการบัดกรีไปบ่มด้วยความร้อนเพื่อจำลองการเจริญเติบโตของ IMC พบว่า ε -Cu3Sn ปรากฏขึ้นระหว่าง ƞ-Cu6Sn5 และแผ่นรองเมื่อบ่มที่ 75 °C เป็นเวลา 1,000 ชั่วโมง อย่างไรก็ตามการบ่มที่อุณหภูมิ 100 และ 125 °C ทำให้เกิด ε-Cu3Sn เร็วขึ้น และการเจริญเติบโตของ IMC ได้รับอิทธิพลมาจากปฏิกิริยาทางเคมีและกระบวนการควบคุมด้วยการแพร่โดยแผ่นรองแบบที่ไม่ผ่านการอบอ่อนเป็นแผ่นรองที่ให้อัตราการเจริญเติบโตของ IMC ที่ตํ่าที่สุด

Abstract: This thesis was aimed to investigate the soldering between Sn-Cu lead-free solders and copper substrate. The investigation was focused on the wettability, formation and growth of intermetallic phase in the soldered joint. Effects of grain size, grain orientation and residual strain of the substrate on the wettability, formation and growth of intermetallic phase were studied in this research. The Sn-Cu solders used in this thesis included Sn-0.7Cu, Sn-1.0Cu and Sn-3.0Cu. Reflow soldering was utilized in the investigation. The results showed that ƞ-Cu6Sn5 intermetallic phase was the first phase formed at the interface and ε-Cu3Sn was formed when soldered with a longer time. Among the three solders, Sn-3.0Cu provided the thickest intermetallic layer when soldered under the same condition and it was consequently easy to observe. Sn-3.0Cu was therefore selected to study on the wettability on copper substrate. The wettability of the solder was increased with the increase of soldering time. When annealed at different annealing temperatures of 300, 600 and 900 ๐C for 1 hr, the copper substrate had different grain size, grain orientation and residual strain. By using electron backscatter diffraction technique, the substrate annealed at 300 oC possessed the highest misorientation angle and residual strain while the 900 ๐C annealed substrate had the lowest values. The grain size, grain orientation and residual strain of the substrate had no significant effect on the wettability. However, the thickness of intermetallic layer was proportional to misorientation angle and residual strain of the substrate. After thermal aging, ε-Cu3Sn appeared between ƞ-Cu6Sn5 layer and the copper substrate when thermally aged at 75 oC for 1,000 hr. The formation of ε-Cu3Sn was shorter when thermally aged at 100 and 125 oC. The growth of the intermetallic compounds was chemical reaction and diffusion controlled. The copper substrate without annealing provided the lowest growth rate of the intermetallic compounds.

สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง. สำนักหอสมุดกลาง

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: Lifelong@kmitl.ac.th

Name: กรรณชัย กัลยาศิริ

Role: อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์

Email : kannachai.ka@kmitl.ac.th

Created: 2563

Modified: 2564-06-17

Issued: 2564-06-17

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรดุษฎีบัณฑิต

Level: ปริญญาเอก

Descipline: วิศวกรรมอุตสาหการ

Grantor: สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง

©copyrights สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าเจ้าคุณทหารลาดกระบัง

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	Fulltext Niwat Mookam.pdf	29.48 MB	13	2026-05-26 18:16:01

ใช้เวลา

0.035754 วินาที