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Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A 12/2016

06.10.2016

Rapid Solidification of Sn-Cu-Al Alloys for High-Reliability, Lead-Free Solder: Part I. Microstructural Characterization of Rapidly Solidified Solders

verfasst von: Kathlene N. Reeve, Stephanie M. Choquette, Iver E. Anderson, Carol A. Handwerker

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A | Ausgabe 12/2016

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Abstract

Particles of Cu x Al y in Sn-Cu-Al solders have previously been shown to nucleate the Cu6Sn5 phase during solidification. In this study, the number and size of Cu6Sn5 nucleation sites were controlled through the particle size refinement of Cu x Al y via rapid solidification processing and controlled cooling in a differential scanning calorimeter. Cooling rates spanning eight orders of magnitude were used to refine the average Cu x Al y and Cu6Sn5 particle sizes down to submicron ranges. The average particle sizes, particle size distributions, and morphologies in the microstructures were analyzed as a function of alloy composition and cooling rate. Deep etching of the samples revealed the three-dimensional microstructures and illuminated the epitaxial and morphological relationships between the Cu x Al y and Cu6Sn5 phases. Transitions in the Cu6Sn5 particle morphologies from faceted rods to nonfaceted, equiaxed particles were observed as a function of both cooling rate and composition. Initial solidification cooling rates within the range of 103 to 104 °C/s were found to be optimal for realizing particle size refinement and maintaining the Cu x Al y /Cu6Sn5 nucleant relationship. In addition, little evidence of the formation or decomposition of the ternary-β phase in the solidified alloys was noted. Solidification pathways omitting the formation of the ternary-β phase agreed well with observed room temperature microstructures.

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Fußnoten
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Metadaten
Titel
Rapid Solidification of Sn-Cu-Al Alloys for High-Reliability, Lead-Free Solder: Part I. Microstructural Characterization of Rapidly Solidified Solders
verfasst von
Kathlene N. Reeve
Stephanie M. Choquette
Iver E. Anderson
Carol A. Handwerker
Publikationsdatum
06.10.2016
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions A / Ausgabe 12/2016
Print ISSN: 1073-5623
Elektronische ISSN: 1543-1940
DOI
https://doi.org/10.1007/s11661-016-3738-6

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