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Investigation of relevant phase diagrams for high temperature solder materials
the binary systems Cu-Sn and CU-Sb
Siegfried Fürtauer
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Betreuer*in
Hans Flandorfer
DOI
10.25365/thesis.10616
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-30237.20665.743859-7
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Die binären Systeme von Cu-Sn und Cu-Sb wurden in der vorliegenden Arbeit mittels
mehrerer experimenteller Methoden untersucht (DTA, PXRD, HTPXRD, ESEM, EPMA).
Zusätzlich wurde für das Cu-Sn-System die vorhandene Literatur seit 1894 aufgearbeitet und
in einer detaillierten Zusammenfassung dargestellt.
Die kontroverse Diskussion über die Art des Übergangs zwischen den Hochtemperaturphasen
von Cu-Sn, namentlich die β-Phase (W-Typ) und die γ-Phase (BiF3-Typ), wurde wieder
aufgegriffen. Die Messdaten der HTPXRD unterstützten die Theorie einer diffusionslosen und
daher spontanen β-γ-Umwandlung, die Existenz eines β-γ-Zweiphasenmischgebiets wurde
als unwahrscheinlich angesehen (siehe Abb. 55 und 56). Weiters erlaubte die Interpretation
der Daten aus der thermischen Analyse (DTA) die Annahme zweier degenerierter invarianter
Reaktionen bei 566 und 758°C, die aus dem β-γ-Übergang resultierten und in den
Zweiphasengebieten (Cu)-β bzw. β-liquidus als schwache Signale aufscheinten (siehe Tabelle
21). Einige weitere invariante Reaktionen wurden bei geringfügig abweichenden
Temperaturen, im Vergleich zur Literatur [15], beschrieben.
Das Cu-Sb-System wurde mit denselben Methoden, mit Ausnahme der HTPXRD, untersucht.
Es wurde versucht das vorliegende Phasendiagramm [43] zu bestätigen und die als
ungesichert betrachteten Annahmen zu überprüfen (siehe Abb. 59 und 60). Die thermische
Analyse stimmte gut mit der Literatur überein, nichtsdestotrotz mussten für einige
Temperaturen, bei denen invariante Reaktionen beschrieben wurden, Anpassungen getroffen
werden. Besonders die Reaktionen, welche die Hochtemperaturphase β (BiF3-Typ) entlang
der kupferreichen Seite betrafen, ließen Interpretationsspielraum zu und bedürfen weiterer
Beforschung. Die Löslichkeit von Kupfer in der δ-Phase (Cu78Sb21-Typ) war bei
Temperaturen über 340°C erhöht. Das δ-ζ-Zweiphasenmischgebiet wurde in einem
schmäleren Konzentrationsbereich und bei niedrigerem Sb-Gehalt gefunden. Der eutektoide
Punkt bei 427°C (Zersetzung der β-Phase) wurde an einen um 3 at% Antimon erhöhten Wert
angepasst. Zusätzlich wurde die η-Phase bei einer um 1-2 at% Sb erhöhten Zusammensetzung
gefunden. Die Probe mit der Zusammensetzung Cu60Sb40, welche bei 600°C geglüht (Flüssig-
Fest-Mischgebiet) und anschließend abgeschreckt wurde, zeigte im Röntgendiffraktogramm
die bis dato unbekannte Phase ι (Ge7Ir3-Typ) mit einer angenommenen Zusammensetzung
Cu3Sb7. Dieser Befund muss allerdings noch durch weitere Untersuchungen überprüft
werden.
Abstract
(Englisch)
The two binary systems Cu-Sn and Cu-Sb were investigated with various experimental
methods (DTA, PXRD, HTPXRD, ESEM, EPMA). Additionally for the Cu-Sn system the
available literature data since 1894 was summarized in a detailed literature review.
For the Cu-Sn system the controversial discussion about the transition order between the high
temperature phases β (W-type) and γ (BiF3-type) was set out. The data, especially those
gained by the high temperature X-ray diffraction method, support the theory of a second-order
transition between those phases, the existence of a β-γ-two-phase field seems to be unlikely
(see Fig. 55 and 56). Accordingly, the interpretation of the thermal analysis (DTA) allows the
assumption of the presence of two degenerated invariant reactions at 566 and 758°C (see
Table 21). Some further invariant reactions were shifted to marginal different temperatures
than described by the literature [15], as well as the solubility ranges of the occurring phases
were adapted (from ESEM / EPMA data).
To investigate the Cu-Sb system the same methods, excepting the HTPXRD, were employed.
It was tried to confirm the present phase diagram [43] and clarify the less investigated parts of
the phase diagram (see Fig. 59 and Fig. 60). The thermal analysis agreed well to the literature,
nevertheless some adaptations for the invariant reaction temperatures were necessary (see
Table 27). Especially those reactions which were located at the Cu-rich side of the metastable
high temperature phase β (BiF3-type) left leeway for interpretations and require further
investigation. The solubility of the δ-phase (Cu78Sb21-type) seemed to increase at
temperatures above 340°C. The δ-ζ-two-phase field was found to be much narrower and was
located at a lower Sb-content. The eutectoid point at 427°C (decomposition of the β-phase)
was adapted to a value of about 3 at% Sb higher than estimated before, additionally the η-
phase was found at a 1-2 at% higher composition of Sb. By quenching of a sample with 40
at% Sb from 600°C (liquidus-solidus-field) the new phase ι (Ge7Ir3-type) with an estimated
composition of Cu3Sb7 was found in the PXRD, which has to be verified by further
experiments.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
high temperature solder materials phase diagram Cu-Sn Cu-Sb high temperature phases
Schlagwörter
(Deutsch)
Hochtemperaturlote Phasendiagramm Cu-Sn Cu-Sb Hochtemperaturphasen
Autor*innen
Siegfried Fürtauer
Haupttitel (Englisch)
Investigation of relevant phase diagrams for high temperature solder materials
Hauptuntertitel (Englisch)
the binary systems Cu-Sn and CU-Sb
Paralleltitel (Deutsch)
Untersuchung von für Hochtemperaturlote relevante Phasendiagramme ; die binären Systeme Cu-Sn und Cu-Sb
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
100 S. : Ill., graph. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Hans Flandorfer
AC Nummer
AC08290368
Utheses ID
9586
Studienkennzahl
UA | 190 | 423 | 482 |