El Santo Grial de la soldadura: Reflujo de baja temperatura – Uso de alta temperatura

Amigos,

La soldadura hace posible la electrónica moderna. Sin la soldadura, la electrónica no existiría. El cobre se derrite a 1085 °C, pero con la soldadura, podemos hacer uniones cobre a cobre a unos 235 °C o menos con las actuales soldaduras sin plomo. Estas temperaturas más bajas son necesarias, ya que los paquetes electrónicos y los PWB se fabrican de materiales poliméricos que no pueden sobrevivir a temperaturas muy por encima de 235 °C.

Antes de la llegada de la RoHS, las soldaduras de plomo-estaño se fundían a unos 35 °C menos que las soldaduras sin plomo. Así que hoy en día, las temperaturas de soldadura son las más altas de la historia. Para algunas aplicaciones, sería deseable tener soldaduras que se fundieran a temperaturas más cercanas a las de la soldadura de plomo-estaño. Este deseo ha aumentado el interés por las soldaduras de punto de fusión bajo, como las soldaduras de estaño-bismuto. La soldadura eutectica SnBi se funde a 138 °C, por lo que se pueden utilizar temperaturas de horno de reflujo en el rango de 170°C. Estas temperaturas de reflujo más bajas son más fáciles para algunos componentes frágiles y PWB, además reducirán los defectos como las palomitas de PWB y la formación de manchas blancas. Sin embargo, el punto de fusión más bajo de las soldaduras SnBi limita su aplicación en muchos entornos hostiles, como en aplicaciones automotrices y aplicaciones militares. Como regla general, una soldadura no debe utilizarse por encima del 80 al 90% de su punto de fusión en la escala Kelvin. Para la soldadura SnBi, este rango de temperatura es de 55,8 a 96,9 °C. Estas temperaturas están muy por debajo de la temperatura de uso de algunos entornos hostiles. Además, las soldaduras SnBi pueden ser frágiles y, por lo tanto, funcionan mal en las pruebas de choque de impacto.

Por lo tanto, el mundo de la electrónica podría utilizar una soldadura que pudiera refluir a un poco más de 200 °C, pero que tuviera todavía una alta temperatura de uso. Esta situación parecería ser un enigma irresoluble. Sin embargo, mis colegas de Indium Corporation, liderados por el Doctor Ning-Cheng Lee, lo han resuelto. Utilizaron un polvo de soldadura que contiene indio, Indalloy® 227, que se funde a 178 °C y lo combinaron con un polvo SAC305 que se funde a unos 217 °C. Al refluir a unos 205 °C, el polvo Indalloy® se derrite y el polvo SAC lo disuelve el Indalloy® derretido. Para lograr este efecto, debe mantenerse la temperatura de 205 °C durante aproximadamente dos minutos. La temperatura de refundición de la unión de soldadura final es superior a 180 °C. He discutido el fenómeno de un metal líquido disolviendo otro que se derrite a una temperatura más alta en una publicación anterior. Un ejemplo extremo de este efecto es el mercurio que disuelve al oro a temperatura ambiente. Por lo tanto, ¡no deje caer ninguna joya de oro o plata en un recipiente de soldadura por olas y esperar a sacarla una hora más tarde!

El Indalloy® 227 no sería un candidato por sí solo, ya que muestra algo de fusión a 113 °C y más a 140 °C, aunque no se derrite completamente hasta 178 °C.

Considerando los criterios anteriores, la temperatura de uso de esta nueva mezcla de polvo de soldadura puede estar en el rango de 89,4 °C a los 134,7 °C, después del reflujo, ya que la temperatura de refundición está por encima de 180 °C. Las pruebas realizadas por el Dr. Lee y su equipo han demostrado que las uniones de soldadura resultantes también tienen un rendimiento de ciclo térmico de bueno a excelente y resistencia a los impactos. Esta nueva pasta de soldadura se llama DurafuseTM LT.

Las figuras 1-3 muestran esquemáticamente cómo la fusión de los polvos Indalloy® 227/SAC305 se derretiría a una temperatura de reflujo máxima de 205°C.

Figura 1. Polvos de soldadura Indalloy^® 227 y SAC305 a temperatura ambiente.

Figura 2. A 205 °C el Indalloy^® 227 se ha derretido y el SAC305 está empezando a disolverse.

Figura 3. Después de aproximadamente un minuto a 205 °C, el SAC305 comienza a disolverse. Dado el tiempo suficiente, se disolverá por completo en el Indalloy, lo que resulta en una nueva aleación que tiene una temperatura de refundición por encima de 180°C, así como también un rendimiento de ciclo térmico de bueno a excelente y resistencia a los impactos. 

Para mí, este invento es uno de los más significativos en SMT en una generación. Se podría argumentar que es como encontrar el santo grial de la soldadura: fusión a baja temperatura con una vida útil a alta temperatura. Para obtener más información sobre Durafuse^TM LT, consulte los blogs publicados por mi colega de Indium Corporation, Claire Hotvedt.

Saludos,

Dr. Ron

Postdata: Desarrollé una hoja de cálculo de Excel® para calcular las temperaturas de uso. Convierte los grados C en K. La usé para calcular las temperaturas de uso anteriores. Si quieren una copia, envíenme una nota a rlasky@indium.com.