Gente,
Nel nostro ultimo postho discusso del fatto che, contrariamente a quanto si crede, i composti intermetallici (IMC) che si formano nei processi di saldatura non sono necessariamente fragili. Ho esaminato la letteratura che indica che le modalità di guasto si verificano di solito alle interfacce tra gli IMC stessi, gli IMC e il rame o la saldatura e spesso nella saldatura in massa stessa. La prospettiva che la crescita degli IMC non influisca significativamente sull'affidabilità è supportata anche dal lavoro svolto da Lee, et al. La Figura 1, tratta dall'articolo di Lee, mostra che l'invecchiamento per 250 ore a 150°C non influisce significativamente sulla durata caratteristica nei test dei cicli termici.
Figura 1. L'invecchiamento fino a 250 ore a 150°C non ha influenzato in modo significativo la durata caratteristica nei test dei cicli termici riportati nell'articolo di Lee.
Tuttavia, sarebbe prudente ridurre al minimo lo spessore delle IMC. Si pone quindi la domanda: quanto velocemente crescono gli IMC a una determinata temperatura? Il lavoro svolto da Siewert e al.[i] contiene la risposta. In questo lavoro, Siewert ha supportato il lavoro svolto in passato, secondo il quale lo spessore degli IMC cresce come X=(kt)0,5, e haaggiunto nuovi dati per supportare la modellazione utilizzando questa equazione. In questa equazione, X è la distanza di crescita degli IMC, k è una costante dipendente dalla temperatura e t è il tempo. Ci si potrebbe aspettare che X dipenda fortemente dalla temperatura (T) e in effetti è così. Utilizzando i dati dell'articolo di Siewert, sono stato in grado di generare valori di k in funzione di T e di tracciarli in un diagramma di Arrhenius. Arrhenius. Si veda la Figura 2.
Figura 2. Grafico di Arrhenius per k.
Ho poi utilizzato la Figura 2 per ottenere un valore di k a 70°C e ho tracciato la crescita IMC X in micron in funzione del tempo in ore. Il risultato è riportato nella Figura 3.
Figura 3. Crescita dell'IMC in funzione del tempo a 70°C.
Si noti che sono necessari circa 40 anni per ottenere una crescita di poco più di 10 micron. La Figura 4 mostra i risultati per la crescita IMC a 200°C. In questo caso, sono necessarie solo 100 ore per ottenere una crescita di circa 10 micron. Quindi, passando da 70 a 200°C si ottiene un fattore di accelerazione di oltre 30.000 nel tasso di crescita IMC effettivo fino a 10 micron.
Figura 4. Crescita IMC in funzione del tempo a 200°C.
Si tratta di calcoli teorici basati su dati raccolti a diverse temperature. Vediamo se le formule funzionano nella vita reale. In un altro documento [ii]di Ma, et al. il suo team ha invecchiato alcuni giunti di saldatura a 125°C per 120 ore. Le equazioni utilizzate sopra prevedono una crescita IMC di 2,2 micron in queste condizioni. Dalla Figura 5, si nota una crescita di circa 2 micron, coerente con la stima di calcolo.
Figura 5. Immagini tratte dall'articolo di Ma sulla crescita dell'IMC a 125°C per 120 ore.
Quindi, sebbene le IMC non siano così fragili, è saggio limitarne la crescita. Pertanto, è saggio limitare l'esposizione all'invecchiamento a temperature molto elevate, ma è certamente consigliabile ridurre al minimo la rilavorazione delle saldature, poiché la saldatura fusa consente una crescita molto rapida delle IMC.
Salute,
Dr. Ron
