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The interfacial reactions of Sn-Zn and Sn-Zn-Al solder balls with Au/Ni surface finish under aging at 150¢J were investigated. With microstructure evolution, quantitative analysis, elemental distribution by X-ray color mapping from an electron probe microanalyzer (EPMA), the reaction procedure of phase transformation was proposed. During the reflow, Au dissolved into the solder balls and reacted with Zn to form £^-Au3Zn7. As aging time increased, £^-Au3Zn7 transformed to £^3-AuZn4. Finally, Zn precipitated near the Au-Zn intermetallic compound. On the other hand, Zn reacted with the Ni layer and formed Ni5Zn21. But the Al-Au-Zn IMC formed at the interface of Sn-Zn-Al solder balls, the reaction of Ni with Zn was inhibited. Even though the aging time increased to 50 days, no Ni5Zn21 was observed. The Joule effect was more apparent than the electromigration in the biased solder balls. First of all, the new phase (Au, Ni)Zn4 was proposed in the biased condition and in 175¢Jaging. Secondly, the thickness of the Ni5Zn21 IMC were the same between the anode and the cathode. Finally, We directly measure the temperature of the biased solder balls which was up to 173¢J.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:36:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 3249.pdf: 11024185 bytes, checksum: 80826ca263ef595b53e77d333e4a12a8 (MD5) Previous issue date: 2009-05-27 / Financiadora de Estudos e Projetos / This study evaluated the electrodeposition processes of Sn, Zn and Sn-Zn alloy in the absence and presence of tartaric acid as complexing agent. Initially all the systems studied were evaluated by Cyclic Voltammetry to determine the deposition potentials of the pure metals and alloy. The results showed that the presence of the complexant shifts the deposition process of both Sn and Zn to more negative potential values. The metals codeposition can be determined by the variation in the shape and potentials of the peaks of deposition in the voltammograms obtained for the alloy when compared to those for individual metals. The potential-step technique (Chronoamperometry) was used to characterize the initial stages of electrocrystallization. It was found that the nucleation processes of Sn (in the absence and presence of the complexant) and Sn-Zn alloy (in complexed medium) are governed by progressive nucleation, while for Zn in both media and for the Sn-Zn alloy in non-complexed medium were ill-defined. Thus, these can be characterized as mixed processes. Films obtained at different deposition potentials were characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy-Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDX). It was observed that using the tartaric acid it was possible to obtain more uniform and homogeneous deposits and, apparently, favouring the reduction process and achieving a more protective coating. The morphology, composition and X-Ray Diffraction (XRD) of films galvanostatically deposited varying the complexing agent (potassium sodium tartrate or sodium gluconate) and the deposition current (5,0 mA cm-2 and 30,0 mA cm-2) were also analyzed. It was found that at a lower current density the films obtained showed a better uniformity, while those obtained at a higher current density showed a finer grain structure due to an increased nucleation rate in this last instance. Moreover, we can say that the tartrate favours the deposition of Zn when compared to the gluconate. By the XRD analysis it was possible to observe that the alloys consist of separated phases of Sn and Zn crystals and they do not form any intermetallic compound. / Neste trabalho foram avaliados os processos de eletrodeposição do Sn, do Zn e da liga de Sn-Zn na ausência e na presença de ácido tartárico como agente complexante. Inicialmente todos os sistemas foram avaliados por Voltametria Cíclica para determinação dos potenciais de deposição dos metais puros e da liga. Os resultados obtidos mostraram que a presença do complexante desloca o processo de deposição, tanto do Sn como do Zn, para potenciais mais negativos. A codeposição dos metais pode ser verificada pela variação nas formas e potenciais dos picos de deposição obtidos nos voltamogramas da liga quando comparados com os dos metais individuais. A técnica de saltos potenciostáticos (Cronoamperometria) foi utilizada para caracterizar os estágios iniciais de eletrocristalização. Foi constatado que os processos de nucleação do Sn (na ausência e na presença do complexante) e da liga de Sn-Zn, em meio complexado, são governados por nucleação progressiva, enquanto para o Zn em ambos os meios e para a liga de Sn-Zn, em meio não complexado, não foram bem definidos, podendo ser caracterizados como processos mistos. Filmes obtidos em diferentes potenciais de deposição foram caracterizados por voltametria de dissolução anódica, Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV), Espectroscopia por Energia Dispersiva de Raios-X (EDX). Foi observado que com a utilização do ácido tartárico era possível obter depósitos mais uniformes e homogêneos e, aparentemente, houve favorecimento do processo de redução e obtenção de um revestimento mais protetor. Também foram realizadas análises de morfologia, composição e Difração de Raios-X (DRX) de ligas de Sn-Zn eletrodepositadas galvanostaticamente variando o complexante (tartarato duplo de potássio e sódio ou gluconato de sódio) e a corrente de deposição (5,0 mA cm-2 e 30,0 mA cm-2). Verificou-se que, com a utilização de uma densidade de corrente menor, os filmes obtidos apresentaram maior uniformidade, enquanto os obtidos com uma densidade de corrente maior apresentaram cristais menores devido a uma maior velocidade de nucleação neste último caso. Além disso, pode-se dizer que o tartarato favoreceu a deposição de Zn em relação ao gluconato. Com a análise por DRX foi possível observar que as ligas são constituídas de fase separadas de cristais de Sn e de Zn, não formando qualquer composto intermetálico.

Orientadores: Amauri Garcia, Wislei Riuper Ramos Osorio / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-08-12T22:54:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Garcia_LeonardoRicheli_M.pdf: 15499869 bytes, checksum: 1afa8bd79812971da1e6fac7f4fed383 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Sabe-se que existem tendências de leis e diretrizes que restringem o uso e aplicação de certas substâncias perigosas utilizadas em processos de fabricação de componentes em geral. Como exemplo, podem-se citar produtos contendo cádmio, mercúrio, cromo hexavalente, bifenilos polibromatos, éteres difenil-polibromato e chumbo. Devido a essas restrições, fabricantes de produtos eletrônicos têm que adequar seus produtos às novas diretrizes e desenvolver novas ligas de solda sem chumbo. Estudos preliminares indicam que ligas Sn-Zn, particularmente a eutética, consistem em alternativas promissoras para a substituição das ligas de solda contendo chumbo. Entretanto, é necessário avaliar influências das taxas de resfriamento do processo sobre a microestrutura formada e as propriedades mecânicas dessas ligas. O presente trabalho tem exatamente esse objetivo, e para cuja consecução foram planejadas as seguintes atividades: i) solidificação unidirecional de ligas Sn-Zn (Sn-4%Zn, Sn-9%Zn e Sn-12%Zn) e da liga eutética Sn-Pb (para comparação), ii) mergulho de lâminas de cobre em banho das ligas Sn-Zn e Sn- Pb por intermédio de imersão à quente e iii) por deposição em substrato de cobre. Para a fase inicial utilizou-se de um dispositivo de solidificação unidirecional vertical ascendente, para obtenção dos lingotes e registro dos respectivos perfis térmicos experimentais. Foram determinadas as variáveis térmicas de solidificação: coeficiente de transferência de calor metal/molde, velocidades de deslocamento da isoterma liquidus e taxa de resfriamento para as ligas do sistema Sn-Zn e para a liga Sn-Pb (Sn-40%Pb). Estas variáveis foram confrontadas com as previsões teóricas de um modelo numérico de solidificação e, em seguida, correlacionadas com os espaçamentos dendríticos secundários (?2) e equações experimentais de crescimento dendrítico foram determinadas. Foram realizados ensaios de mergulho utilizando-se lâminas (substrato) de cobre, a diferentes temperaturas de mergulho, em que foi possível avaliar a espessura da camada depositada sobre o substrato, a porcentagem da área recoberta pelas ligas e verificar as respectivas microestruturas. Foram também realizados ensaios de molhabilidade para avaliação do ângulo de contato entre cada liga e os respectivos substratos / Abstract: A number of laws and guidelines have been restricted the application of hazardous substances in manufacturing processes of components. This is the case of products containing cadmium, mercury, hexavalent chromium, polibromates biphenyls, polibromate-diphenyl ethers and lead. In order to adequate products to such restriction requirements, electronic components manufacturers have to meet such requirements by developing new lead-free solder alloys. Preliminary studies have indicated that Sn-Zn alloys, in particular the eutectic composition, are promising alternatives to the replacement of solder alloys containing lead. However, studies focusing on the influence of the cooling rate on the resulting microstructures and on the mechanical properties of these alloys need to be carried out. This work has precisely such objective, and the following activities have been planned to attain such purpose: i) unidirectional solidification of Sn-Zn alloys (Sn-4wt%Zn, Sn-9wt%Zn, Sn-12wt%Zn) and of the Sn-Pb eutectic (for comparison purposes), ii) copper blades dipped in molten Sn-Zn and Sn-Pb alloys (hot dipping) and iii) deposition on copper substrate. For the initial experimental step an upward vertical solidification system has been used to obtain the alloys ingots and their correspondent thermal profiles. Solidification thermal variables such as: metal/mold heat transfer coefficient, tip growth rates and cooling rates have been determined for Sn-Zn and the Sn-40wt%Pb alloys. Such experimental variables have been compared with predictions from a solidification numerical model and correlated to secondary dendrite arm spacings (?2) and experimental equations of dendritic growth have been proposed. The thickness of the coating layers, the spreading areas and the resulting microstructures of the alloys on the copper substrates (blades) were evaluated after the hot dipping procedures at different temperatures. Wetting tests have also been carried out in order to evaluate the contact angle between drop and substrate for each alloy / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica