Amigos,
En nuestra última entrada, comenté que, contrariamente a lo que se suele creer, los compuestos intermetálicos (IMC) que se forman en los procesos de soldadura no son necesariamente frágiles. Repasé algunos estudios que indicaban que los modos de fallo suelen producirse en las interfaces entre los propios IMC, entre los IMC y el cobre o la soldadura, y a menudo en el propio volumen de la soldadura. La idea de que el crecimiento de los IMC puede no afectar significativamente a la fiabilidad también está respaldada por el trabajo realizado por Lee et al.. La figura 1, extraída del artículo de Lee, muestra que un envejecimiento de 250 horas a 150 °C no afecta significativamente a la vida útil característica en los ensayos de ciclos térmicos.
Figura 1. El envejecimiento durante un máximo de 250 horas a 150 °C no afectó de manera significativa a la vida útil característica en los ensayos de ciclos térmicos descritos en el artículo de Lee al que se hace referencia.
Sin embargo, sería prudente reducir al mínimo el espesor de los IMC. Esto plantea la siguiente pregunta: ¿a qué velocidad crecen los IMC a una temperatura determinada? Trabajo realizado por Siewert et al.[i] ofrece la respuesta. En este artículo, Siewert respaldó trabajos anteriores que indicaban que el espesor de los IMC crece según la ecuación X = (kt)⁰,⁵ yañadió nuevos datos para respaldar la modelización mediante esta ecuación. En esta ecuación, X es la distancia de crecimiento de los IMC, k es una constante que depende de la temperatura y t es el tiempo. Cabría esperar que X dependiera en gran medida de la temperatura (T), y así es. Utilizando los datos del artículo de Siewert, pude generar valores de k en función de T y representarlos en un gráfico de Arrhenius. Véase la figura 2.
Figura 2. Gráfico de Arrhenius para k.
A continuación, utilicé la figura 2 para obtener un valor de k a 70 °C y representé gráficamente el crecimiento del IMC (X) en micras en función del tiempo en horas. El resultado se muestra en la figura 3.
Figura 3. Crecimiento del IMC en función del tiempo a 70 °C.
Cabe señalar que se necesitan unos 40 años para obtener un crecimiento de poco más de 10 micras. La figura 4 muestra los resultados del crecimiento de IMC a 200 °C. En este caso, solo se necesitan 100 horas para obtener unas 10 micras de crecimiento. Así pues, al pasar de 70 a 200 °C se produce un factor de aceleración de más de 30 000 en la velocidad efectiva de crecimiento del IMC hasta alcanzar las 10 micras.
Figura 4. Crecimiento del IMC en función del tiempo a 200 °C.
Se trata de cálculos teóricos a partir de datos recopilados a diferentes temperaturas. Veamos si las fórmulas funcionan en la vida real. En otro artículo [ii]de Ma et al., su equipo sometió a envejecimiento algunas uniones de soldadura a 125 °C durante 120 horas. Las ecuaciones utilizadas anteriormente predecirían un crecimiento de IMC de 2,2 micras en estas condiciones. En la figura 5 observamos un crecimiento de unas 2 micras, lo que concuerda con la estimación del cálculo.
Figura 5. Imágenes extraídas del artículo de Ma sobre el crecimiento de IMC a 125 °C durante 120 horas.
Así pues, aunque los IMC no son tan frágiles, es recomendable limitar su crecimiento. Por lo tanto, es aconsejable limitar la exposición al envejecimiento a temperaturas muy elevadas, pero sin duda también es recomendable reducir al mínimo las modificaciones en la soldadura, ya que la soldadura fundida favorece un crecimiento muy rápido de los IMC.
Salud,
Dr. Ron
