Se di recente non avete sentito parlare di leghe di saldatura contenenti Bi (bismuto), la situazione potrebbe cambiare nel prossimo futuro. Le saldature a basso punto di fusione contenenti Bi sono sempre più utilizzate e stanno guadagnando popolarità grazie alle loro temperature di fusione più basse: 58Bi/42Sn sono eutettiche a 138°C e 57Bi/42Sn/1Ag fondono a 137-139°C (entrambe sono alternative senza Pb).
Le saldature a bassa temperatura sono vantaggiose rispetto alle leghe a più alta temperatura di fusione, perché i requisiti di lavorazione a bassa temperatura possono ridurre sia i danni termici che i costi complessivi. Difetti come la delaminazione o il "pop-corning" possono essere ridotti al minimo o eliminati utilizzando saldature a bassa temperatura. La delaminazione o il pop-corning si verificano nei dispositivi sensibili all'umidità (MSD) quando l'umidità che si è diffusa nei componenti in plastica si espande rapidamente al momento del riscaldamento. Queste leghe a bassa temperatura sono interessanti anche per l'uso con componenti sensibili alla temperatura, per il processo di saldatura a passo o per la rilavorazione.
Il metallo base della maggior parte delle saldature è lo stagno, che fonde a 232oC. Per abbassare la temperatura di fusione della lega si utilizzano diversi elementi di lega. Ga, In, Bi e Cd sono efficaci per ridurre la temperatura di fusione delle leghe di saldatura. Tuttavia, il Cd non viene spesso preso in considerazione a causa della sua tossicità. Le leghe contenenti gallio non sono pratiche in quanto sono tipicamente liquide a temperatura ambiente o leggermente superiore. Rimangono quindi il bismuto e l'indio come candidati leganti per le leghe di saldatura a base di stagno a bassa temperatura. L'indio e il bismuto offrono entrambi proprietà fisiche uniche.
La lega BiSnAg ha una temperatura di fusione inferiore a quella delle saldature standard a base di stagno e piombo (Sn63/Pb37 o Sn63eutettico - 183oC), ma in molti casi è sufficientemente alta da resistere alla temperatura operativa dei prodotti finiti. Inoltre, le sue proprietà meccaniche sono simili a quelle dello Sn63, ma questa lega di saldatura non contiene piombo. La lega è quasi eutettica a 137-139°C. Poiché in genere si raccomanda una temperatura di riflusso di 20-40°Cal di sopra del liquido, la lega BiSnAg richiede comunque una temperatura massima di riflusso di circa 180°C. L'assemblaggio Sn63 richiede in genere 205-215°C (o una temperatura più elevata se si rifluiscono i BGA senza Pb - 225-230°C), mentre le temperature di processo di 240-245°C sono comuni per l'assemblaggio senza Pb.
Work performed by HP on shear strength, creep resistance, fatigue resistance, and other mechanical testing shows BiSnAg to have properties approaching or surpassing Sn63 under most conditions, including reasonable strength up to 90°C.
Le leghe contenenti bismuto destano alcune preoccupazioni. Una delle preoccupazioni principali è che il Bi tende a essere piuttosto fragile e, in secondo luogo, se utilizzato in un'applicazione in cui è presente il piombo, può formare un eutettico a bassa fusione a 96°C. La formazione di un eutettico a bassa fusione è stata una delle principali preoccupazioni quando l'industria ha iniziato a passare al settore dell'assenza di piombo. La formazione di un eutettico a bassa fusione era una delle principali preoccupazioni quando l'industria ha iniziato a passare al settore senza piombo; la maggior parte degli assemblaggi era solo parzialmente priva di piombo e la contaminazione da piombo era una preoccupazione reale. Con il progredire della transizione, questa situazione è diventata molto meno problematica; oggi i materiali bi-contenuti sono un'opzione più praticabile.
Most of the focus here has been on the BiSnAg composition because, early on, HP observed that small additions of Ag (or Au) increased the thermal fatigue life of the BiSn eutectic alloy. At -25° to75°C (BiSnAg), all assemblies survived 7,000 thermal cycles, and actually outperformed Sn63. BiSnAg thermal fatigue is comparable or superior to Sn63 (even in the range of 0-100°C and in the absence of Pb contamination). It was suggested by HP that Ag may decrease the grain size and stabilize the microstructure; a finer microstructure is typically ideal for better mechanical properties.
Nel prossimo post condividerò alcune delle informazioni sintetiche da considerare quando si utilizza la lega BiSnAg nel processo SMT.
