Soldadura eutéctica oro-estaño

La soldadura eutéctica de oro estaño (AuSn20, o 80% de oro, 20% de estaño en peso) se utiliza en una variedad de aplicaciones que requieren una unión de soldadura de alta fiabilidad y alta fusión. Esto incluye el pegado de dado e incluso la unión de la tapa para envases cerámicos sellados herméticamente. Cuando se usa como una aleación de soldadura de pegado de dado para dispositivos LED o RF GaN, la formación de vacíos se convierte en un problema crítico. En estas aplicaciones los dados tienen que ser capaces de transmitir corrientes muy altas (a densidades de corriente muy altas, debido a la poca área del dado); sin embargo, para una vida máxima y máxima eficiencia del dispositivo, deben mantenerse a la temperatura más baja posible. Esto sólo es factible si la energía térmica en la superficie del dado se puede eliminar eficientemente (minimizar el Tj), lo que significa que la transferencia de calor entre el dado y el marco de conexión (o submontaje) debe maximizarse. Existen tres maneras bien conocidas de lograr esto:

1. Aumentar la conductividad térmica (K) del material de pegado de dado
2. Reducir el grosor de la línea de unión (BLT) entre el dado y el marco de conexiones
3. Minimizar la formación de vacíos

Tenga en cuenta que con frecuencia hay un intercambio entre 2 y 3, puesto que minimizar el BLT puede aumentar la formación de vacíos, por lo que, pragmáticamente, un mínimo de alrededor de 10 micras (0,4 mil) es el más utilizado. Un BLT más pequeño también tiene el efecto, a menudo olvidado, de hacer que la contribución de las superficies de soldadura metalizadas en oro tanto en el dado como en el submontaje no sean despreciables, distorsionando así la aleación lejos de la eutéctica ideal. Los detalles del diagrama de fase oro-estaño (como se muestra a continuación) ilustran los principales efectos sobre la fase líquida (e incluso sobre la fase sólida) de la aleación a medida que cambia el contenido de oro. A medida que la fase líquida aumenta, también aumenta la tendencia de la aleación a "congelar" los espacios vacíos; es decir, en lugar de que los vacíos sean capaces de contraerse a medida que su presión interna disminuye y alcanzar su tamaño natural mínimo cuando la soldadura se solidifica en el punto eutéctico, quedan atrapados dentro de la aleación solidificante a un tamaño mayor.

                          Diagrama de fase para la aleación AuS

La manera obvia de mantener la relación de peso de estaño (Sn) a oro (Au) en 1: 4 consiste en minimizar la cantidad de oro en las metalizaciones, o ajustar el contenido de estaño de la soldadura usada, de manera que el eutéctico se alcance en la junta de soldadura final.

Una forma de pensar en esto es la proporción de todo el oro en las metalizaciones, en comparación con el grosor de la soldadura. Si la soldadura es una preforma a una relación de área de 1: 1 con respecto a las superficies a soldar, entonces es el espesor de la preforma (consulte a continuación). Esta es la "relación de capa de oro".

                                 “Relación de capa de oro”

                                           = (a + b) / Z

Mediante este método, la relación de la capa de oro se puede utilizar como guía para obtener la mejor aleación de oro-estaño "sin eutéctica " para minimizar la formación de vacíos en las uniones de soldadura eutéctica oro-estaño, usando las densidades de la aleación y del metal como guía para construir un modelo simple para la formación de la unión de soldadura, como se muestra a continuación.

                                 Oro estaño sin eutéctica

Por ejemplo, si usted tiene una capa de oro de 0,2 micras (200nm) encima de níquel / tungsteno como una metalización de dado, y una capa de oro de 0,4 mm (400nm) sobre níquel como metalización de sustrato, con una preforma de oro/estaño de 15 micras, la relación de oro es 0,04. Esto sugeriría que una preforma hecha en Au79Sn21 sin eutéctica sería la mejor opción para minimizar la formación de vacíos.

Estas aleaciones, usualmente a incrementos del 1,0% (AuSn21, AuSn22), están disponibles en preformas, alambre, esfera y formas de pasta de soldadura, y, por supuesto, a un costo ligeramente menor que las aleaciones AuSn20 estándar debido al contenido reducido de oro.

Háganos saber cómo podemos ayudarlo a cumplir con sus necesidades de soldadura.

¡Saludos!

Andy