Los intermetálicos y vacíos de Kirkendall siguen creciendo a temperatura ambiente

Amigos,

En mi última publicación, discutí sobre los compuestos intermetálicos (IMC) a lo que me referí como el "milagro de la soldadura". También mencioné que la investigación, que se enfocaba en la naturaleza frágil de los IMC, sugiere que los fracasos en las pruebas de esfuerzo son más probables debido a que fallas entre las interfaces de los IMC y la soldadura, los IMC y el cobre, o los IMC mismos (Cu6Sn5 con Cu3Sn) no están relacionadas con ninguna naturaleza quebradiza percibida de los IMC.

Otro mecanismo de debilitamiento en la soldadura y para el envejecimiento térmico de las uniones de soldadura son los vacíos Kirkendall. Los vacíos Kirkendall se forman cuando un metal se difunde más rápidamente en otro metal que viceversa. Una interfaz de cobre-estaño muestra tal mecanismo. El cobre se difunde en el estaño más rápidamente de lo que el estaño lo hace en el cobre. Este mecanismo puede resultar en vacíos reales en el cobre en la interfaz metálica. Consulte la imagen a continuación. Además de provocar una posible debilidad en la interfaz, el exceso de cobre que se difunde en el estaño crea esfuerzos de compresión que pueden dar lugar a arrugas de estaño.  

Vacíos Kirkendall Fuente: http://www.jfe-tec.co.jp/en/electronic-component/case/img/case_solder_02.png

Los IMC y los vacíos Kirkendall se forman muy rápidamente a temperaturas de soldadura. Sin embargo, incluso a temperatura ambiente los IMC y los vacíos Kirkendall siguen creciendo, aunque a una tasa mucho menor. La razón de este crecimiento continuo es que en la escala de temperatura absoluta o Kelvin, la temperatura ambiente es una fracción considerable de la temperatura de fusión de las soldaduras. A modo de ejemplo, la temperatura de fusión de SAC es de aproximadamente 219ºC, esta temperatura es igual a 492ºK (219 + 273), mientras que la temperatura ambiente es de 295ºC, por lo que la temperatura ambiente es el 60% del punto de fusión de la soldadura SAC (295/492 = 0,60). Compare esta situación con el acero, que se funde a unos 1480°C. El acero se calentaría al rojo vivo al 60% (780 °C) de su punto de fusión en la escala absoluta. Así pues, dado que la temperatura ambiente se encuentra al 60% de camino hacia la fusión, los procesos de formación de IMC y vacíos Kirkendall no se detienen a temperatura ambiente. Por lo tanto, los IMC y los vacíos Kirkendall siguen creciendo, al igual que los efectos relacionados, como las arrugas de estaño.

Manténgase en sintonía. La próxima vez hablaré sobre las tasas de crecimiento de IMC y los efectos resultantes en las pruebas de esfuerzo a medida que terminamos esta serie sobre los IMC.

Saludos,

Dr. Ron