Abstract The investigation of a prospective lead-free solder alloy provides the essential data for microelectronic applications and estimation of solder joint reliability. In this study, we used the rotary magnetic field (RMF) as a novel approach to improve the mechanical performance and microstructure of Sn-2.0Ag-0.5Cu-2.0Zn (SACZ) lead-free solder alloy. The results revealed that both microstructure evolution and tensile characteristics enhanced by applying RMF. Microstructure studies showed that applying RMF reduced the grain size of β-Sn and IMCs. These modifications improved the tensile strength of the solder alloy. RMF improved Ultimate tensile strength (UTS), Yield stress (YS), Young modulus (E), and Elongation (El.%) of SACZ at room temperature by ~110%, 112%, 119%, and 108%, respectively. Besides, stress exponent, n, over the entire temperature and activation energy, Q, parameters calculated using the Garofalo hyperbolic sine law. n values were 5.9–8.3for SACZ alloy and 6.8–9.6 for SACZ-B alloy. Q values were ~ 51.8 kJ/mol for SACZ alloy and 79.2 kJ/mol for SACZ-B alloy close to pipe diffusion-controlled creep of tin. According to results, RMF is a promising approach to develop the microstructure evolution and mechanical characteristics of alloys. We hoped that the results would be useful for microelectronic applications.

中文翻译：

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利用旋转磁场实现Sn-2.0Ag-0.5Cu-2.0Zn（SACZ）焊料合金的微观结构细化和优异的机械性能

摘要 对一种有前景的无铅焊料合金的研究为微电子应用和焊点可靠性的估计提供了必要的数据。在这项研究中，我们使用旋转磁场 (RMF) 作为一种新方法来改善 Sn-2.0Ag-0.5Cu-2.0Zn (SACZ) 无铅焊料合金的机械性能和微观结构。结果表明，通过应用 RMF，微观结构演变和拉伸特性都得到了增强。微观结构研究表明，应用 RMF 减小了 β-Sn 和 IMC 的晶粒尺寸。这些改进提高了焊料合金的拉伸强度。RMF 将 SACZ 在室温下的极限拉伸强度 (UTS)、屈服应力 (YS)、杨氏模量 (E) 和伸长率 (El.%) 分别提高了约 110%、112%、119% 和 108%。此外，应力指数 n，使用 Garofalo 双曲正弦定律计算的整个温度和活化能 Q 参数。SACZ 合金的 n 值为 5.9-8.3，SACZ-B 合金的 n 值为 6.8-9.6。SACZ 合金的 Q 值为 ~ 51.8 kJ/mol，SACZ-B 合金的 Q 值为 79.2 kJ/mol，接近管道扩散控制的锡蠕变。根据结果​​，RMF 是一种有前景的方法来开发合金的微观结构演变和机械特性。我们希望结果对微电子应用有用。RMF 是一种很有前景的方法来开发合金的微观结构演变和机械特性。我们希望结果对微电子应用有用。RMF 是一种很有前景的方法来开发合金的微观结构演变和机械特性。我们希望结果对微电子应用有用。