Bernd Kempf

On the coupled growth of oxide phases during internal oxidation of Ag–Sn–Bi alloys

Abstract Internal oxidation experiments using two Ag–Sn–Bi alloys with Bi contents of 2.6 wt.% and 5.0 wt.% were carried out. The presence and spatial distribution of Bi2O3, SnO2 and Bi2Sn2O7 in the oxidized microstructure was characterized using a field emission gun secondary electron microscope, energy dispersive X-ray analysis and X-ray diffraction techniques. It is shown that the addition of Bi prevents both external oxidation and internal oxide bands in Ag–Sn alloys with Sn content above 4 wt.%. Conditions are defined under which these alloys develop instabilities at the internal oxidation front. A result of the unstable growth of the reaction front is a dendritic morphology consisting of different oxide phases. Coupled growth of Bi2Sn2O7 and SnO2 inside the dendrites determines the local arrangement and distribution of the phases.

Zum Mechanismus des Ausscheidens von Ag auf der Oberfläche von Ag-Sn-In-Legierungen bei der Inneren Oxidation

Kurzfassung Ag-Sn-In-Legierungen mit zwei unterschiedlichen Sn/In-Gehalten wurden zur Beobachtung von Ag- Ausscheidungen auf der Probenoberfläche innerlich oxidiert. Es wird gezeigt, welchen Einfluss die Probenpräparation (Verformungszustand der Oberfläche), die Oxidationstemperatur und die Ausgangskonzentration auf die Ausbildung der Ag-Ausscheidungen bezüglich kristallographischer Orientierung und Morphologie haben. Auf ionenstrahlpräparierten Probenoberflächen entstehen unter definierten Oxidationsbedingungen und Ausgangskonzentrationen facettierte Ag-Ausscheidungen mit derselben kristallographischen Orientierung wie die Substratkörner, auf mechanisch präparierten Probenoberflächen werden zufällig orientierte Ausscheidungen beobachtet. Der Einfluss von dünnen äußeren Oxidschichten auf die Morphologie und die kristallographische Orientierung der Ag-Ausscheidungen wird diskutiert.

Thermal Fatigue Resistance in Pb-Based Solder Alloys for Electronic Packaging

In a series of solidification experiments, the solidification morphology of 14 different solder alloys based on Pb ‐ Sn2 with additions of 1 ‐ 4 wt.% Ag and 0.3 ‐ 1.2 wt.% Cu has been correlated with the cooling conditions through a quantification of microstructural features. Joints of these solders in assemblies similar to components in the electronics were exposed to thermal cycling. The damage in the solder material due to thermal fatigue has been quantified with the aid of a dye penetration test. Fracture surface analysis was used to evaluate the reliability of this test. The highest resistance against thermal fatigue was found in Pb ‐ Sn2 ‐ Ag1 ‐ Cu0.3. The varying thermal fatigue resistance is attributed to a change of solidification morphology from columnar to equiaxed, which in turn is a consequence of changes in phase fraction and morphology of secondary phases due to slight variations in alloy composition.