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.
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.
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.
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.
Na próxima publicação, partilharei algumas das informações resumidas a ter em conta ao utilizar a liga BiSnAg no processo SMT
