Se não ouviu falar recentemente de ligas de solda contendo Bi (bismuto), isso pode mudar num futuro próximo. As soldas com baixo ponto de fusão contendo Bi estão agora a ser cada vez mais utilizadas e a ganhar popularidade devido às suas temperaturas de fusão mais baixas - 58Bi/42Sn é eutéctico a 138°C e 57Bi/42Sn/1Ag funde a 137-139°C (ambas são alternativas sem Pb).
Uma solda a baixa temperatura é vantajosa em relação a ligas com temperaturas de fusão mais elevadas, porque os requisitos de processamento a temperaturas mais baixas podem reduzir tanto os danos térmicos como os custos globais. Defeitos como a delaminação ou "pop-corning" podem ser minimizados ou eliminados através da utilização de soldas de temperatura mais baixa. Os modos de falha de delaminação ou "pop-corning" ocorrem em dispositivos sensíveis à humidade (MSDs) quando a humidade que se difundiu nos componentes de plástico se expande rapidamente após o aquecimento. Estas ligas de temperatura mais baixa são também interessantes para utilização em componentes sensíveis à temperatura, no processo de soldadura por etapas ou em retrabalho.
O metal de base da maioria das soldas é o estanho, que funde a 232oC. São utilizados vários elementos de liga para baixar a temperatura de fusão da liga. Ga, In, Bi e Cd são eficazes na redução da temperatura de fusão das ligas de solda. No entanto, o Cd não é frequentemente considerado devido à sua toxicidade. As ligas que contêm gálio não são práticas, uma vez que são tipicamente líquidas à temperatura ambiente ou ligeiramente acima. Isto deixa o bismuto e o índio como candidatos a ligas para ligas de solda à base de estanho a baixa temperatura. O índio e o bismuto apresentam propriedades físicas únicas.
A liga BiSnAg tem uma temperatura de fusão mais baixa do que as soldas estanho-chumbo padrão (Sn63/Pb37 ou Sn63eutéctico - 183oC), mas é suficientemente elevada em muitos casos para suportar a temperatura operacional dos produtos acabados. Além disso, as suas propriedades mecânicas são semelhantes às do Sn63, mas esta liga de solda não contém chumbo. A liga é quase eutéctica a 137-139°C. Uma vez que é normalmente recomendada uma temperatura de refluxo de 20-40oCacima do estado líquido, a liga BiSnAg requer apenas uma temperatura máxima de processamento de refluxo de cerca de 180°C. A montagem de Sn63 requer geralmente 205-215°C (ou mais se estiver a refluir BGAs sem Pb - 225-230°C), e as temperaturas de processamento de 240-245°C são comuns para a montagem sem Pb.
O trabalho efectuado pela HP(bisnag_strength_and_fatigue___hp.pdf) sobre a resistência ao corte, resistência à fluência, resistência à fadiga e outros ensaios mecânicos mostra que o BiSnAg tem propriedades que se aproximam ou ultrapassam o Sn63 na maioria das condições, incluindo uma resistência razoável até 90°C.
Existem algumas preocupações reais com as ligas que contêm bismuto. Uma das principais preocupações é que o Bi tende a ser bastante frágil e, em segundo lugar, se for utilizado numa aplicação em que o chumbo está presente, pode formar um eutéctico de baixo ponto de fusão a 96°C. A formação de um eutéctico de baixo ponto de fusão foi uma grande preocupação quando a indústria fez a primeira transição para a arena sem chumbo; a maioria das montagens eram apenas parcialmente sem chumbo e a contaminação por chumbo era uma preocupação real. À medida que a transição foi progredindo, esta situação tornou-se muito menos problemática; atualmente, os materiais contendo chumbo são uma opção mais viável.
A maior parte do foco aqui foi na composição BiSnAg porque, logo no início, a HP observou que pequenas adições de Ag (ou Au) aumentavam a vida de fadiga térmica da liga eutética BiSn. De -25° a 75°C (BiSnAg), todos os conjuntos sobreviveram a 7.000 ciclos térmicos e, na verdade, superaram o Sn63. A fadiga térmica do BiSnAg é comparável ou superior à do Sn63 (mesmo na gama de 0-100°C e na ausência de contaminação por Pb). Foi sugerido pela HP que o Ag pode diminuir o tamanho do grão e estabilizar a microestrutura; uma microestrutura mais fina é tipicamente ideal para melhores propriedades mecânicas(bisnag_low_temperature_solder_hp.pdf).
Na próxima publicação, partilharei algumas das informações resumidas a ter em conta ao utilizar a liga BiSnAg no processo SMT
