スズの同素変態を利用したはんだ接合部の分離・解体に関する研究

利用锡同素异形转变进行焊点分离与分解的研究

基本信息

批准号：
15710071
负责人：
苅谷義治
金额：
$ 2.37万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15710071/
关键词：
同素変態はんだ接合鉛フリーはんだ分離

项目摘要

スズの同素変態を利用したはんだ接合部の分離・解体技術を開発することを目的とし、純Snおよび鉛フリーはんだ合金と銅との接合体を用いて、核生成および成長に関する温度因子について検討し、以下の結果が得られた。(1)Sn単体においては、変態のピーク温度は、-40℃付近にあることが確認された。また、いずれの温度においても、焼鈍材に比較し、圧延材の変態速度は明らかに速く、残留応力が変態を加速することを示唆する結果が得られた。(2)変態のピーク温度は、合金元素を添加することにより-40℃から-20℃付近へシフトする。しかし,変態を抑制する元素の存在があきらかになり、Bi, SbおよびPbを添加した場合は、事実上変態は起こらない。(3)変態を抑制する元素を考慮して、分離に適する合金を選定したところ、Sn-Cu合金が、現状の実装工程を変えることなく使用できる最有力合金候補であることがわかった。(4)Sn/Cu接合体においても同素変態が起こることが確認された。変態に伴いSn層が体積膨張し、この膨張により発生する接合界面のせん断応力によりSn/Cu界面で破壊することが観察された。従って、Sn層が完全に破壊することがなくても、変態が起きれば接合部は分離可能であることが示された。(5)変態を促進させるためには、核生成速度を加速する必要があるが、これには、あらかじめ変態したSn粉を接触させることが最も効果的であることがわかった。これは、バルク体および接合体でも同様の効果が得られる。この加速法と応力を組み合わせることにより比較的短期間に変態を起こすことが可能となる。(6)分離後のはんだ層は、再溶解することにより使用可能であることがわかり、リサイクルの新たな方法として期待できることが明らかとなった。

为了开发利用锡的同素异形转变的焊点分离和拆卸技术，我们使用纯锡和无铅焊料合金与铜的接合体研究了与成核和生长相关的温度因素，得到了以下结果。 (1)经证实，单独Sn的转变峰值温度在-40℃左右。此外，在所有温度下，轧制材料的转变速率明显快于退火材料，表明残余应力加速转变。 (2)通过添加合金元素，相变峰值温度由-40℃移至-20℃左右。然而，已经明确了抑制相变的元素的存在，并且当添加Bi、Sb和Pb时，实际上不发生相变。 (3)在考虑抑制相变的元素并选择适合分离的合金后，发现Sn-Cu合金是最有前途的合金候选，可以在不改变当前安装工艺的情况下使用。 (4)已证实Sn/Cu共轭物中也发生同素异形转变。观察到Sn层的体积随着相变而膨胀，并且由这种膨胀引起的接合界面处产生的剪切应力引起Sn/Cu界面处的断裂。因此，表明即使Sn层没有完全破坏，如果发生相变，接头也可以分离。 (5)为了促进相变，需要加快成核速度，发现与预相变Sn粉接触对此最有效。对于块体和接合体也可以获得类似的效果。通过将这种加速方法与应力相结合，可以在相对较短的时间内引起转变。 (6)发现分离后的焊料层可以通过重新熔化来使用，并且明确可以将其用作新的回收方法。