İkili kurşunsuz lehim alaşımı (Sn-Ag) sistemlerinin Cu altlık üzerindeki ıslatma özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the wetting properties of binary lead free solder alloy (Sn-Ag) systems on Cu substrate
Yazar: AHMET MUSTAFA ERER
Danışman: PROF. DR. ERCAN CANDAN ; PROF. DR. M. HALÛK GÜVEN
Zonguldak Karaelmas Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Temas açısı = Contact angle ; Yüzey gerilimi = Surface tension

Özet:
Bu çalışmada saf Sn ve Sn-Ag/Cu ikili kurşunsuz lehim alaşımlarının Sn içindeki Ag miktarına göre değişen ağırlık oranlarında % 0.5, 1.5, 3.5 ve 6 Ag olmak üzere 230, 250, 275 ve 300 oC'lerde saf Cu altlık üzerinde temas açıları ölçülmüş, yüzey ve arayüzey gerilimleri hesaplanmıştır.Yüzey ve arayüzey gerilimleri hesaplanırken damla yöntemi kullanılarak elde edilen temas açı değerlerinden faydalanılmıştır. Buna göre öncelikli olarak alaşımlar oluşturulmuş ve altlık malzemesi olarak saf Cu seçilmiştir. Bunun sebebi bakır iletkenlerin, elektrik ve elektronik devreler vb. yerlerde yoğunluklu olarak kullanılmasıdır. Damlaların görüntü analizleri AutoCad çizim programı yardımıyla gerçekleştirilmiş ve temas açıları (?) ölçülmüştür.Sn içindeki Ag miktarının değişimine bağlı olarak ölçülen değerlerine göre kullanılan sıcaklık aralıklarında zamanla değişim grafikleri oluşturulmuştur. Bu grafiklerden, ortak sönüm zamanı olan 60 s için ortalama açı değerleri bulunmuştur. Yine Sn içindeki Ag miktarına karşılık ortalama açı değerlerinin değişim grafikleri belirlenen her bir sıcaklık için çizilmiştir. Daha sonra çizilen grafikler fit edilerek deneysel olarak ölçülen değerlerini veren deneysel (amprik) bir formül oluşturulmuştur. Elde edilen değerleri kullanılarak sıvı alaşım damlasının yüzey gerilimi ( ) ve Cu altlık ile sıvı damla arasındaki ara yüzey gerilimi ( ) değerleri hesaplanmıştır. Hesaplamalar yapılırken (Bonn et al. 2009) eşitliği kullanılmıştır. Bulunan arayüzey gerilimi değerleri ile Sn içindeki Ag miktarına bağlı değişim grafiği çizilmiştir. Yine arayüzey gerilimi değerleri kullanılarak adezyon kuvvet işi hesaplanmıştır. Hesaplama sonucunda elde edilen değerler ile Sn içindeki Ag miktarına bağlı değişim grafiği çizilmiştir. Çizilen her iki grafiğinde uyumlu olduğu gözlenmiş, özellikle % 1.5 ve % 3.5 Ag oranlarının 275 oC ve 300 oC'lerde oldukça iyi sonuçlar verdiği görülmüştür.

Abstract:
In this study, surface and interface tensions of pure Sn and Sn-Ag/Cu unleaded binary solder alloys at various Ag weight concentrations in Sn, %0.5Ag, %1.5Ag, %3.5Ag, and %6Ag), have been calculated at 230, 250, 275 ve 300 oC temperatures by measuring contact angles on Cu substrate.Surface and interface tensions calculations have been based on the contact angle values which are obtained using the drop method. For his purpose, the alloys have been prepared and Cu have been chosen as substrate material. The reason for this choice is the large usage of copper as a conductor in electrics and electronics circuits. The visual analysis of drops have been realized with AutoCad program and the contact angles have been determined. The graphics of the variations of values with respect to time have been constructed for different Ag concentrations in Sn. The average angle values have been determined for common decay time that is 60 seconds. The variation of angles as a function of Ag concentration in Sn have been drawn at each temperature studied. An empirical relation, which gives the experimentally measured contact angle values, has been obtained by fitting process. The surface tension of liquid alloy drop ( ) and interface tension between copper substrate and liquid drop ( ) have been calculated using these angles. The relation; (Bonn et al. 2009) has been used in calculations. The variation of interface tension values have been drawn as a function of Ag concentration in Sn. The work of adhesion have also been calculated by using interface tension values. The values obtained from calculations have been drawn as a function of Ag concentration in Sn. The consistence of these two graphs have been observed and very good results have been obtained for 1.5 % Ag ve 3.5 % Ag concentrations specially at 275 oC and 300 oC temperatures.