ES3062011T3 - Low temperature melting and mid temperature melting lead-free solder paste with mixed solder alloy powders - Google Patents

Low temperature melting and mid temperature melting lead-free solder paste with mixed solder alloy powders

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ES3062011T3
ES3062011T3 ES20729424T ES20729424T ES3062011T3 ES 3062011 T3 ES3062011 T3 ES 3062011T3 ES 20729424 T ES20729424 T ES 20729424T ES 20729424 T ES20729424 T ES 20729424T ES 3062011 T3 ES3062011 T3 ES 3062011T3
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Fen Chen
Francis Mutuku
Jie Geng
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Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0003] Pasta de soldadura sin plomo de fusión a baja temperatura y fusión a temperatura media con polvos mixtos de aleación de soldadura
[0005] Referencia cruzada a solicitudes relacionadas
[0007] Esta solicitud reivindica la prioridad de la solicitud estadounidense n.º 16/518.180, presentada el 22 de julio de 2019, y titulada "PASTA DE SOLDADURA SIN PLOMO DE FUSIÓN A BAJA TEMPERATURA Y FUSIÓN A TEMPERATURA MEDIA CON POLVOS MIXTOS DE ALEACIÓN DE SOLDADURA", que reivindica la prioridad de la solicitud de patente china n.º 2019103830543, presentada el 9 de mayo de 2019, y titulada "Pasta de soldadura sin plomo de punto de fusión medio y punto de fusión bajo producida mediante la mezcla de polvos de soldadura".
[0009] Descripción de la técnica relacionada
[0011] La industria electrónica está evolucionando hacia componentes miniaturizados con un número creciente de diseños de sistemas en un paquete (SIP) integrados. En algunos diseños SIP, puede ser conveniente la soldadura por etapas con múltiples reflujos para interconectar los componentes en un solo conjunto. Para reducir el riesgo de refusión de la soldadura durante un reflujo posterior (por ejemplo, después del primer reflujo), pueden requerirse soldaduras con diferentes temperaturas de fusión. Las soldaduras de SnAgCu con una temperatura de fusión de alrededor de 217 °C se utilizan con frecuencia para una interconexión mediante soldadura de primera etapa. Para una interconexión mediante soldadura de segunda etapa, puede ser necesario que la temperatura de fusión de la soldadura sea significativamente menor que la de la soldadura de SnAgCu. Comúnmente, se espera una diferencia de al menos 30 °C para permitir que el reflujo de la segunda etapa se desarrolle sin provocar la refusión de la unión de soldadura de interconexión anterior, formada con la soldadura de SnAgCu. Para una interconexión mediante soldadura de tercera etapa, la temperatura de fusión de la soldadura debe ser incluso menor que la temperatura de fusión de la soldadura de segundo nivel.
[0012] Las soldaduras de baja temperatura reconocidas actualmente por la industria incluyen la soldadura eutéctica de Sn-In, que tiene una temperatura de solidificación de aproximadamente 118 °C, y la soldadura eutéctica de Bi-Sn y sus aleaciones modificadas, que tienen una temperatura de solidificación de aproximadamente 139 °C. Las aleaciones eutécticas de Sn-In y Sn-In modificadas son mucho más blandas que las aleaciones tradicionales de SnAgCu. Las aleaciones eutécticas de Bi-Sn y las aleaciones modificadas casi eutécticas de Bi-Sn son frágiles debido a su alto contenido en Bi. Además, la temperatura de fusión de estas dos aleaciones puede ser demasiado baja para que ambos sistemas de aleación cumplan el requisito de fiabilidad de 125 °C a nivel de placa.
[0013] La tecnología de unión transitoria en fase líquida (TLPB) busca alcanzar una mayor temperatura de refusión en una unión de soldadura mediante la formación de compuestos intermetálicos (IMC) entre las aleaciones de baja temperatura de fusión y de alta temperatura de fusión. En un diseño de TLPB, la fase de bajo punto de fusión se consume en su mayoría o casi por completo durante el reflujo para alcanzar la temperatura alta de fusión objetivo. La formación de IMC interfaciales en la superficie de las aleaciones de alto punto de fusión y el crecimiento continuo de IMC se producen a expensas tanto de las aleaciones de bajo punto de fusión como de las aleaciones de alto punto de fusión durante el reflujo.
[0014] El documento EP1724050A1 describe una pasta de soldadura formada separando una soldadura sin plomo a base de Sn-Ag-In en un primer y un segundo polvo de aleación de soldadura para los que la diferencia en sus temperaturas máximas medidas mediante análisis térmico diferencial es de al menos 10 °C.
[0015] El documento JP2014527466A describe una composición de soldadura que comprende una mezcla de un primer componente en polvo y un segundo componente en polvo, en donde el primer componente en polvo es una primera aleación de soldadura y el segundo componente en polvo es una segunda aleación de soldadura o metal.
[0016] El documento KR101630935B1 describe materiales de soldadura sin plomo para montar componentes electrónicos. El documento JPH11138292A describe pastas de soldadura que comprenden un 80-95% en peso de polvo mixto de aleación, en donde al menos dos tipos o más de aleaciones se mezclan en un polvo binario de aleación que consiste en un polvo de Ag-ln, Ag-Sn, Bi-In, Bi-Sn, Cu-Sn, In-Sn, In-Zn, Li-Sn, Mg-Sn, Sn-Zn e In.
[0017] El documento JP2000511466A describe una composición de soldadura formada como una pasta mediante el uso de un medio portador fugitivo que incluye hasta un 5-15% (en peso) de fundente.
[0018] El documento US5229070A describe una pasta de soldadura humectante a baja temperatura para formar una conexión de soldadura a base de estaño que comprende una mezcla de un primer y un segundo polvo de soldadura de composición distinta. El primer polvo de soldadura está compuesto principalmente de estaño, preferiblemente al menos en un 90% en peso.
[0019] El documento WO2016/144945A1 describe una pasta de soldadura que consiste en una cantidad de un primer polvo de aleación de soldadura entre un 44% en peso y menos de un 60% en peso; una cantidad de un segundo polvo de aleación de soldadura entre más de un 0% en peso y un 48% en peso; y un fundente.
[0020] Breve resumen de las realizaciones
[0022] Según un aspecto de la presente invención, se proporciona una pasta de soldadura sin plomo según la reivindicación 1. Según otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método según la reivindicación 8. Se proporcionan algunas características opcionales y/o preferibles en las reivindicaciones dependientes.
[0023] Las implementaciones de la presente descripción se refieren a una pasta de polvo mixto de soldadura sin plomo, adecuada para aplicaciones de soldadura de baja a media temperatura. La pasta de soldadura puede incluir al menos dos aleaciones de polvo de soldadura que tienen temperaturas de solidificación significativamente diferentes. La pasta de soldadura está diseñada para el reflujo a una temperatura máxima inferior a la temperatura de solidificación del polvo de soldadura que tiene la temperatura de solidificación más alta, pero superior a la temperatura de fusión del más bajo.
[0024] La pasta de polvo mixto de soldadura sin plomo descrita en la presente memoria puede satisfacer la necesidad de soldaduras fiables de baja y media temperatura de fusión, que incluyen aquellas que son fuertes y dúctiles. Por ejemplo, las soldaduras de baja temperatura de fusión de Sn-In eutéctico y sus modificaciones, Bi-Sn y sus modificaciones, Sn-In-Ag y Bi- Sn-Ag, pueden mezclarse con aleaciones de soldadura ricas en Sn (p. ej., SnAg, SnCu, SnAgCu, SnSb, etc.) y sus modificaciones, para formar la pasta de soldadura. Durante el reflujo, la aleación de soldadura de baja temperatura de fusión se funde primero y puede extenderse sobre la superficie para humedecerla y reaccionar con la metalización superficial para formar IMC interfaciales. La aleación de soldadura con la temperatura de fusión más alta (por ejemplo, SnAg, SnCu, SnAgCu, SnSb, SnAgSb, SnAgCuSb, SnAgCuBi, SnAgCuBiSb, etc.) puede disolverse continuamente en la soldadura fundida, ya que tanto las aleaciones de soldadura con temperatura de fusión más baja como las de temperatura de fusión más alta están compuestas de cantidades significativas de Sn. La disolución continua de Sn de una soldadura rica en Sn en una soldadura fundida puede modificar significativamente su composición. Como resultado, la temperatura deliquiduspuede aumentar al aumentar el contenido de Sn, tanto en sistemas de soldadura de Sn-In como de Bi-Sn. Con suficiente disolución de Sn durante el reflujo, la composición puede pasar de la zona eutéctica a la zona de disolución sólida rica en Sn. Posteriormente, la temperatura de refusión de la matriz de unión puede coincidir con la temperatura desolidusde la disolución sólida, que aumenta al aumentar el contenido de Sn.
[0025] El polvo de soldadura con temperatura de fusión más alta restante puede quedar atrapado en la matriz de la disolución sólida si no se disuelve completamente durante el reflujo. Este polvo de soldadura con temperatura de fusión más alta restante atrapado puede permanecer en forma de colonias incrustadas en la matriz. La presencia de estas colonias puede mejorar el comportamiento mecánico de la matriz. Dependiendo de las aleaciones seleccionadas, la unión por reflujo puede presentar la combinación de ventajas de ambos polvos constituyentes.
[0026] A diferencia de la tecnología TLPB, las implementaciones descritas en la presente memoria no requieren la formación de IMC para aumentar la temperatura de fusión. No se prevé la formación de fases de IMC interfaciales en la superficie de las aleaciones de soldadura con mayor temperatura de fusión. En su lugar, la pasta de soldadura puede refluirse a una temperatura máxima relativamente más baja, mientras que los polvos de la aleación de soldadura con mayor temperatura de fusión se disuelven continuamente en la aleación de soldadura con menor temperatura de fusión fundida para formar una disolución líquida homogénea. La disolución del polvo de soldadura con mayor temperatura de fusión en la aleación de soldadura con menor temperatura de fusión fundida puede continuar durante todo el proceso de reflujo. En el diseño, la proporción de los polvos constituyentes y el tamaño de los polvos pueden controlarse para permitir la existencia de las colonias restantes de la fase de alto punto de fusión después del reflujo y la solidificación, lo que mejoraría el comportamiento mecánico.
[0027] Otras características y aspectos de la invención se pondrán de manifiesto en la siguiente descripción detallada, junto con los dibujos adjuntos, que ilustran, a modo de ejemplo, las características según las realizaciones de la invención. El resumen no pretende limitar el alcance de la invención, que se define únicamente por las reivindicaciones adjuntas.
[0029] Breve descripción de las figuras
[0031] La tecnología descrita en la presente memoria, según una o más realizaciones, se describe en detalle con referencia a las figuras adjuntas. Las figuras se proporcionan únicamente con fines ilustrativos y representan solamente ejemplos e implementaciones de referencia. Además, cabe señalar que, para mayor claridad y facilidad de ilustración, los elementos de las figuras no están necesariamente dibujados a escala.
[0032] La FIG.1 ilustra un proceso de soldadura por reflujo mediante el uso de una pasta de soldadura, de acuerdo con las implementaciones de la descripción.
[0033] La FIG.2 ilustra una morfología de una unión de soldadura formada mediante soldadura por reflujo de una pasta de soldadura que incluye un polvo de 77,2Sn20In2,8Ag y un polvo de Sn3,0Ag0,5Cu, de acuerdo con las implementaciones de la descripción.
[0034] La FIG. 3 es un gráfico que muestra curvas de calorimetría diferencial de barrido (DSC) de esferas de soldadura refluidas a una temperatura máxima de 200 °C mediante el uso de: (i) una pasta de soldadura de 77,2Sn20In2,8Ag; y (ii) una pasta mixta de soldadura que incluye una soldadura de 77,2Sn20In2,8Ag y una soldadura de Sn3,0Ag0,5Cu. La FIG.4A es una micrografía que muestra una microestructura de una unión de soldadura entre dos almohadillas de Cu formada mediante soldadura por reflujo de una pasta de soldadura que incluye un polvo de 57Bi42Sn1Ag y un polvo de Sn3,0Ag0,5Cu, de acuerdo con las implementaciones de la descripción.
[0035] La FIG.4B es una micrografía que muestra una microestructura de una unión de soldadura entre dos almohadillas de Cu formada mediante soldadura por reflujo de una pasta de soldadura 57Bi42Sn1Ag.
[0036] La FIG.5 es un gráfico que muestra curvas de DSC de esferas de soldadura refluidas a una temperatura máxima de 170 °C mediante el uso de: (i) una pasta de soldadura de 57Bi42Sn1Ag; y (ii) una pasta mixta de soldadura que incluye una soldadura de 57Bi42Sn1Ag y una soldadura de Sn3,0Ag0,5Cu.
[0037] Las figuras no pretenden ser exhaustivas ni limitar la invención a la forma precisa descrita. Debe entenderse que la invención puede implementarse con modificaciones y alteraciones, y que la tecnología descrita está limitada únicamente por las reivindicaciones y sus equivalentes.
[0039] Descripción detallada de las realizaciones
[0041] La tecnología descrita en la presente memoria se dirige a pastas de polvo mixto de soldadura para aplicaciones de soldadura. Las pastas de polvo mixto de soldadura pueden ser especialmente adecuadas para aplicaciones de soldadura de baja a media temperatura (por ejemplo, aplicaciones de soldadura que tienen una temperatura máxima de soldadura significativamente inferior a la temperatura de fusión de una soldadura de SnAgCu tradicional, es decir, 200 °C o inferior). Según las implementaciones descritas en la presente memoria, la pasta de soldadura puede incluir al menos dos aleaciones de polvo de soldadura con temperaturas desolidussignificativamente diferentes. La pasta de soldadura puede estar diseñada para el reflujo a una temperatura máxima inferior a la temperatura desolidusdel polvo de soldadura de mayor temperatura desolidus, pero superior a la temperatura de fusión del polvo de soldadura con menor temperatura desolidus.
[0042] Durante el reflujo, el polvo de soldadura de menor temperatura desoliduspuede fundirse por completo. Al mismo tiempo, el polvo de soldadura de mayor temperatura desoliduspuede disolverse parcialmente en la soldadura fundida durante el reflujo. Tras la solidificación, la unión de la soldadura puede presentar una interfase continua entre una matriz y el polvo de soldadura de mayor temperatura desolidusrestante. La cantidad restante de polvo de soldadura de mayor temperatura desolidusincrustado en la matriz de soldadura con la interfase continua puede mejorar el comportamiento mecánico al actuar como fases de refuerzoin situsin singularidad interfacial.
[0043] Según las implementaciones, el polvo de soldadura de mayor temperatura desoliduspuede tener al menos un componente principal que también es un componente principal del polvo de soldadura de menor temperatura desolidus. Esto puede permitir la disolución continua del polvo de soldadura de mayor temperatura desolidusen la disolución líquida y elimina la necesidad de formar un IMC interfacial entre la superficie del polvo de soldadura de mayor temperatura desolidusy la disolución líquida.
[0044] La temperatura deliquidusde la unión de soldadura formada por las pastas de polvo mixto de soldadura, según la descripción, puede ser mucho mayor que la del polvo de soldadura de menor temperatura desolidusdebido a la disolución parcial del polvo de soldadura de mayor temperatura desolidus. En algunas implementaciones, la unión de soldadura puede incluso presentar una temperatura desolidusmayor que la del polvo de soldadura de menor temperatura desolidus. Gracias a las implementaciones descritas en la presente memoria, la pasta de soldadura puede refluir a una temperatura máxima relativamente baja, mientras que la unión refluida puede alcanzar una temperatura deliquiduso incluso una temperatura desoliduscercana o superior a la temperatura máxima de reflujo. La figura 1 ilustra un proceso de soldadura por reflujo con una pasta de soldadura 100, según las implementaciones de la descripción. La pasta de soldadura 100 incluye un fundente (no ilustrado), un polvo de soldadura 110 que tiene una temperatura desolidusTm(A) y un polvo de soldadura 120 que tiene una temperatura desolidusTm(B), donde Tm(B) es mayor que Tm(A). Como se muestra en la figura 1, la temperatura máxima de reflujo supera la temperatura desolidusdel polvo de soldadura 110, pero es inferior a la temperatura desolidusdel polvo de soldadura 120. Antes del reflujo, la pasta de soldadura 100 puede colocarse entre los componentes 200 y 300 para formar un conjunto. Por ejemplo, la pasta de soldadura 100 puede colocarse entre dos almohadillas (p. ej., almohadillas de Cu). En otro ejemplo, la pasta de soldadura 100 puede colocarse en un componente 200 que es un sustrato (p. ej., un sustrato de Cu o Ni), y un componente 300 que es un dispositivo (p. ej., un molde) puede colocarse sobre la pasta de soldadura 100 para formar un conjunto. Cuando la temperatura de reflujo aumenta por encima de Tm(A), el polvo de soldadura 110 que tiene la temperatura desolidusTm(A) comenzará a fundirse, convirtiéndose en una soldadura fundida 111. La soldadura fundida 111 comenzará a extenderse y humedecerse sobre la superficie de unión de los componentes 200 y 300. Por ejemplo, la soldadura fundida puede humedecerse sobre una superficie de unión y reaccionar con la metalización de la superficie para formar compuestos intermetálicos interfaciales (IMC). Al mismo tiempo, el polvo 120 con mayor temperatura desoliduscomienza a disolverse en la soldadura fundida. A medida que continúa el reflujo, la soldadura fundida 111 se fundirá completamente y se convertirá en una estructura líquida 112, mientras que el polvo 120 con mayor temperatura desoliduscontinúa disolviéndose en la soldadura fundida, formando una disolución líquida homogénea. La disolución continua del polvo de soldadura 120 puede modificar significativamente la composición de la disolución líquida.
[0045] A medida que el conjunto se enfría, el líquido fundido se solidifica y se forma una unión de soldadura 150 entre los componentes 200 y 300. Una cantidad suficiente del polvo 120 puede quedar incrustada tras la soldadura por reflujo en forma de colonias de refuerzo 202. Tras la solidificación, puede formarse la unión 150 con la morfología de las colonias incrustadas 202 dentro de la matriz de soldadura, lo que proporciona un refuerzo hacia esta matriz.
[0046] Debido a la disolución del polvo 120, la unión 150 puede presentar una temperatura deliquidussimilar o incluso superior a la temperatura máxima de reflujo, según la presente invención. En algunas implementaciones, la unión 150 también puede tener una temperatura desolidussuperior a la del polvo 110 (es decir, superior a Tm(A)).
[0047] A diferencia de la tecnología TLPB, que permite alcanzar una mayor temperatura de refusión de una unión de soldadura mediante la formación de IMC, el presente diseño no requiere la formación de IMC entre el polvo de soldadura 110 fundido y el polvo de soldadura 120 sólido. En su lugar, la pasta de soldadura puede refluirse a una temperatura máxima de reflujo, de modo que el polvo de mayor punto de fusión se disuelva continua y parcialmente en el polvo fundido de menor punto de fusión, para formar una disolución líquida homogénea durante el proceso de reflujo. No se crean interfases discontinuas. En cambio, el polvo de soldadura 120 restante puede formar colonias 202 con la matriz de la unión que refuerzan la unión de soldadura 150. La zona de transición entre estas colonias y la matriz puede tener el mismo gradiente de composición debido a la diferencia en la composición de los polvos 110 y 120. La existencia de esta zona de transición puede minimizar los efectos interfaciales y reducir el riesgo de una interfase débil debido al crecimiento de los IMC. La relación de los polvos constituyentes y los tamaños de los polvos se pueden controlar para permitir la existencia de colonias de fase de alto punto de fusión restantes después del reflujo y la solidificación, lo que mejoraría el comportamiento mecánico.
[0048] De acuerdo con las diversas implementaciones de la descripción, y según la presente invención, la pasta mixta de soldadura sin plomo tiene una composición como se define en la reivindicación 1.
[0049] Como se señaló anteriormente, el polvo de soldadura de temperatura desolidusmás alta puede tener al menos un elemento constituyente principal igual que el del polvo de soldadura de temperatura desolidusmás baja, lo que permite la disolución continua del polvo de soldadura de temperatura desolidusmás alta en la disolución líquida durante la soldadura por reflujo.
[0050] Según la invención, la aleación de soldadura de temperatura desolidusmás baja es 77,2Sn20In2,8Ag.
[0051] Según algunas implementaciones, la aleación de soldadura con mayor temperatura desoliduspuede ser de Sn-Ag, Sn-Cu, Sn-Ag-Cu, una aleación de Sn-Ag, una aleación de Sn-Cu o una aleación de Sn-Ag-Cu. En algunas implementaciones, la aleación de soldadura con la temperatura desolidusmás alta puede ser la aleación eutéctica de Sn-Ag (96,5Sn3,5Ag), aleación eutéctica de Sn-Cu (99,3Sn0,7Cu), aleación eutéctica de Sn-Ag-Cu (95,5Sn3,8Ag0,7Cu) o aleación casi eutéctica de Sn-Ag-Cu (96,5Sn3,0Ag0,5Cu).
[0052] En algunas implementaciones, la aleación de soldadura de mayor temperatura desoliduspuede ser una aleación de Sn-Ag, Sn-Cu o Sn-Ag-Cu con uno o más dopantes. Los dopantes pueden incluir uno o más de Sb, Bi, In, Ni, Co, Mn, P y Zn. En algunas implementaciones, la aleación de soldadura de mayor temperatura desoliduses Sn-Ag-X (X = Sb, Bi, In, Ni, Co, Mn, P y Zn), compuesta del 0,1% en peso al 3,8% en peso de Ag, del 0,001% en peso al 10% en peso de X, y el resto es Sn. En algunas implementaciones, la aleación de soldadura con mayor temperatura desoliduses Sn-Cu-X (X = Sb, Bi, In, Ni, Co, Mn, P y Zn), compuesta del 0,1% en peso al 1,2% en peso de Cu, del 0,001% en peso al 10% en peso de X, y el resto es Sn. En algunas implementaciones, la aleación de soldadura con mayor temperatura desoliduses Sn-Ag-Cu-X (X = Sb, Bi, In, Ni, Co, Mn, P y Zn), compuesta del 0,1% en peso al 3,8% en peso de Ag, del 0,1% en peso al 1,2% en peso de Cu, del 0,001% en peso al 10% en peso de X, y el resto es Sn.
[0053] Según algunas implementaciones, la aleación de soldadura con mayor temperatura desoliduspuede ser Sn-Sb o Sn-Sb-Y (Y = Ag, Cu, Bi, In, Ni, Co, Mn, P y Zn). En implementaciones de Sn-Sb, la aleación puede estar compuesta del 0,5% en peso al 10% en peso de Sb, y el resto es Sn. En las implementaciones de Sn-Sb-Y (Y = Ag, Cu, Bi, In, Ni, Co, Mn, P y Zn), la aleación puede estar compuesta del 0,5% en peso al 10% en peso de Sb, del 0,001% en peso al 5% en peso de Y, y el resto es Sn.
[0054] Según las implementaciones de una pasta mixta de soldadura con una soldadura rica en Sn y aleaciones de Sn-In, la soldadura rica en Sn puede ser más dura que las aleaciones de Sn-In. La presencia de colonias de soldadura ricas en Sn dentro de una matriz de Sn-In puede endurecer la unión de soldadura.
[0055] Según las implementaciones fuera del alcance de la presente invención de una pasta mixta de soldadura que tiene una soldadura rica en Sn y aleaciones de Bi-Sn, la soldadura rica en Sn puede tener una resistencia comparable, pero ser más dúctil que la aleación de Bi-Sn. La presencia de colonias de soldadura ricas en Sn dentro de una matriz de Bi-Sn puede mantener la resistencia de la unión de soldadura, pero mejorar la ductilidad. Además, la presencia de colonias ricas en Sn puede interferir con la distribución de Bi, ya que la difusión de Bi en la soldadura rica en Sn de alto punto de fusión es mucho más lenta, como se muestra en la figura 4A.
[0056] La figura 2 ilustra la morfología de una unión de soldadura formada mediante soldadura por reflujo de una pasta de soldadura que incluye un polvo de 77,2Sn20In2,8Ag y un polvo de Sn3,0Ag0,5Cu, según las implementaciones de la descripción. En este ejemplo, la unión se encuentra entre dos almohadillas de Cu. La unión se sometió a reflujo a una temperatura máxima de 200 °C, superior a la temperatura desolidusde 77,2Sn20In2,8Ag (114 °C), pero inferior a la temperatura desolidusde Sn3,0Ag0,5Cu (217 °C). En este ejemplo, las colonias ricas en Sn rodeadas por una matriz de InSn se identifican claramente por cartografía mediante EDX.
[0057] La figura 3 muestra las curvas de calorimetría diferencial de barrido (DSC) de esferas de soldadura refluidas a una temperatura máxima de 200 °C mediante el uso de: (i) una pasta de soldadura de 77,2Sn20In2,8Ag; y (ii) una pasta mixta de soldadura que incluye una soldadura 77,2Sn20In2,8Ag y una soldadura de Sn3,0Ag0,5Cu. Como se muestra, el pico de fusión bajo, de alrededor de 114 °C, está presente para la pasta de soldadura de 77,2Sn20In2,8Ag, mientras que está ausente para la pasta mixta de soldadura. La temperatura desolidusde la esfera de soldadura refluida a partir de la pasta mixta de soldadura es mayor, de aproximadamente 190 °C. La temperatura deliquidusde la pasta de soldadura de 77,2Sn20In2,8Ag es de aproximadamente 194 °C, mientras que la temperatura delliquidusde la pasta de soldadura mixta es de aproximadamente 205 °C, incluso más alta que la temperatura máxima de reflujo. La figura 4A es una micrografía que muestra la microestructura de una unión de soldadura entre dos almohadillas de Cu, formada mediante soldadura por reflujo con una pasta de soldadura que incluye un polvo de 57Bi42Sn1Ag y un polvo de Sn3,0Ag0,5Cu, según las implementaciones de la descripción. En este ejemplo, la unión de soldadura se refluyó a una temperatura máxima de 170 °C, superior a la temperatura desolidusde 57Bi42Sn1Ag (139 °C), pero inferior a la temperatura desolidusde Sn3,0Ag0,5Cu (217 °C). La mayor parte de la fase rica en Bi (área brillante) de la unión está enriquecida entre colonias ricas en Sn para formar límites ricos en Bi, aunque el Bi aún se difunde a las colonias ricas en Sn durante el reflujo y precipita en forma de partículas dentro de las colonias.
[0058] La figura 4B es una micrografía que muestra la microestructura de una unión de soldadura entre dos almohadillas de Cu, formada mediante soldadura por reflujo con pasta de soldadura de 57Bi42Sn1Ag. En comparación, la unión de soldadura formada con la pasta de soldadura de 57Bi42Sn1Ag presenta una microestructura homogénea en lugar del límite claro entre las zonas ricas en Sn y las zonas ricas en Bi que se muestra en la figura 4A. Además, la morfología de los IMC interfaciales de la unión de soldadura formada con la pasta de polvo mixto de soldadura es diferente a la de la unión de soldadura formada con la pasta de soldadura de 57Bi42Sn1Ag. En lugar de formar los IMC interfaciales continuos para 57Bi42Sn1Ag, como se muestra en la figura 4B, la unión de la figura 4A muestra festones de IMC separados a lo largo de la interfase de unión. Incluso los IMC penetran en la superficie de la almohadilla de Cu. Además, rara vez se ve Bi en la interfase de unión de la unión de la pasta de polvo mixto de soldadura, mientras que las fases de Bi se enriquecen a lo largo de la interfase de unión de la unión de la pasta de soldadura de 57Bi42Sn1Ag. La figura 5 muestra las curvas de DSC de esferas de soldadura refluidas a una temperatura máxima de 170 °C mediante el uso de: (i) una pasta de soldadura de 57Bi42Sn1Ag; y (ii) una pasta mixta de soldadura que incluye una soldadura de 57Bi42Sn1Ag y una soldadura de Sn3,0Ag0,5Cu. Tras el reflujo, la temperatura desolidusde ambas esferas es similar, de alrededor de 137 °C. En cambio, la esfera de soldadura de la pasta mixta de soldadura muestra una temperatura deliquidusde alrededor de 192 °C, mucho mayor que la temperatura máxima de reflujo de 170 °C. La Tabla 1, a continuación, ilustra composiciones de ejemplo de una pasta de polvo mixto de soldadura sin plomo según la presente invención, donde la aleación de soldadura de temperatura desolidusmás baja es 77,2Sn-20In-2,8Ag y la aleación de soldadura de temperatura desolidusmás alta es una aleación de soldadura rica en Sn, según las implementaciones de la descripción.
[0059] Tabla 1
[0061]
[0064] La Tabla 2, a continuación, ilustra composiciones de ejemplo comparativas de una pasta de polvo mixto de soldadura sin plomo donde la aleación de soldadura con la temperatura desolidusmás baja es 57Bi-42Sn-1Ag y la aleación de soldadura con la temperatura desolidusmás alta es una aleación de soldadura rica en Sn.
[0065] Tabla 2
[0067]
[0068]
[0071] La Tabla 3, a continuación, ilustra composiciones de ejemplo comparativas de una pasta de polvo mixto de soldadura sin plomo donde la aleación de soldadura con la temperatura desolidusmás baja es 48In-52Sn y la aleación de soldadura con la temperatura desolidusmás alta es una aleación de soldadura rica en Sn.
[0072] Tabla 3
[0074]
[0075] Si bien se han descrito anteriormente diversas realizaciones de la tecnología descrita, debe entenderse que se presentan solo a modo de ejemplo y no como limitación. Asimismo, los diversos diagramas pueden representar un ejemplo de configuración arquitectónica o de otro tipo para la tecnología descrita, lo cual facilita la comprensión de las características y funcionalidades que pueden incluirse en la tecnología descrita. La tecnología descrita no se limita a las arquitecturas o configuraciones ilustradas, sino que las características deseadas pueden implementarse mediante el uso de diversas arquitecturas y configuraciones alternativas dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas. De hecho, será evidente para un experto en la técnica cómo se pueden implementar particiones y configuraciones funcionales, lógicas o físicas alternativas para implementar las características deseadas de la tecnología descrita en la presente memoria. Asimismo, se pueden aplicar a las diversas particiones una multitud de nombres de módulos constituyentes diferentes distintos de los descritos en la presente memoria. Asimismo, en lo que respecta a los diagramas de flujo, las descripciones operativas y las reivindicaciones de métodos, el orden en que se presentan las etapas no obliga a que se implementen varias realizaciones para realizar la funcionalidad descrita en el mismo orden, a menos que el contexto indique lo contrario.
[0076] Aunque la tecnología descrita se describe anteriormente en términos de diversas realizaciones e implementaciones ejemplares, debe entenderse que las diversas características, aspectos y funcionalidades descritas en una o más de las realizaciones individuales no limitan su aplicabilidad a la realización particular con la que se describen, sino que pueden aplicarse, individualmente o en diversas combinaciones, a una o más de las demás realizaciones de la tecnología descrita, independientemente de que dichas realizaciones se describan o no, y de que dichas características se presenten o no como parte de una realización descrita. Por lo tanto, el alcance de la tecnología descrita en la presente memoria no debe limitarse por ninguna de las realizaciones ejemplares descritas anteriormente, sino únicamente por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.
[0077] Los términos y frases utilizados en este documento, y sus variaciones, a menos que se indique expresamente lo contrario, deben interpretarse como indefinidos, en lugar de limitantes. Como ejemplo de lo anterior, la expresión "que incluye" debe interpretarse como "que incluye, sin limitación" o similar; el término "ejemplo" se utiliza para proporcionar ejemplos del objeto en cuestión, no como una lista exhaustiva ni limitante del mismo; los términos "un" o "una" deben interpretarse como "al menos uno", "uno o más" o similares; y adjetivos como "convencional", "tradicional", "normal", "estándar", "conocido" y términos de significado similar no deben interpretarse como limitantes del objeto descrito a un período determinado ni a un objeto disponible en un momento dado, sino que debe interpretarse que abarcan tecnologías convencionales, tradicionales, normales o estándar que pueden estar disponibles o conocerse ahora o en cualquier momento futuro. Asimismo, cuando este documento se refiere a tecnologías que serían evidentes o conocidas para una persona de experiencia habitual en la técnica, dichas tecnologías abarcan aquellas evidentes o conocidas para el técnico experto ahora o en cualquier momento en el futuro.
[0078] La presencia de términos y frases ampliadoras como "uno o más", "al menos", "sin limitarse a" u otras similares en algunos casos no implica que se pretenda o requiera el uso del caso más específico en los casos en que dichas frases ampliadoras puedan estar ausentes. El uso del término "módulo" no implica que los componentes o la funcionalidad descrita o reivindicada como parte del módulo estén configurados en un paquete común. De hecho, cualquiera o todos los componentes de un módulo, ya sea lógica de control u otros componentes, pueden combinarse en un solo paquete o mantenerse por separado, y pueden distribuirse en múltiples grupos o paquetes o en múltiples ubicaciones.
[0079] Además, las diversas realizaciones descritas en la presente memoria se describen mediante diagramas de bloques, diagramas de flujo y otras ilustraciones a modo de ejemplo. Como resultará evidente para un experto en la técnica tras la lectura de este documento, las realizaciones ilustradas y sus diversas alternativas pueden implementarse sin limitarse a los ejemplos ilustrados. Por ejemplo, los diagramas de bloques y su descripción no deben interpretarse como la imposición de una arquitectura o configuración concreta.

Claims (9)

1. REIVINDICACIONES
1. Una pasta de soldadura sin plomo (100), que consiste en:
una cantidad de un primer polvo de aleación de soldadura (110) de entre un 44% en peso y un 83% en peso, donde el primer polvo de aleación de soldadura es 77,2Sn20In2,8Ag;
una cantidad de un segundo polvo de aleación de soldadura (120) de entre un 5% en peso y un 44% en peso, y el segundo polvo de aleación se selecciona del grupo que consiste en Sn-Ag, Sn-Cu, Sn-Ag-Cu, Sn-Sb, una aleación de Sn-Ag, una aleación de Sn-Cu, una aleación de Sn-Ag-Cu y una aleación de Sn-Sb, en donde el primer polvo de aleación de soldadura tiene una temperatura deliquidusinferior a la temperatura desolidusdel segundo polvo de aleación de soldadura; y el resto de fundente.
2. La pasta de soldadura de la reivindicación 1, en donde el segundo polvo de aleación de soldadura es de Sn-Ag, Sn-Cu, Sn-Ag-Cu, una aleación de Sn-Ag, una aleación de Sn-Cu o una aleación de Sn-Ag-Cu.
3. La pasta de soldadura de la reivindicación 2, en donde el segundo polvo de aleación de soldadura es uno de los siguientes:
Sn-Ag-X con X = Sb, Bi, In, Ni, Co, Mn, P y Zn, que consiste en un 0,1% en peso a un 3,8% en peso de Ag, un 0,001% en peso a un 10% en peso de X y el resto de Sn;
Sn-Cu-X con X = Sb, Bi, In, Ni, Co, Mn, P y Zn, que consiste en un 0,1% en peso a un 1,2% en peso de Cu, un 0,001% en peso a un 10% en peso de X y el resto de Sn; y
Sn-Ag-Cu-X con X = Sb, Bi, In, Ni, Co, Mn, P y Zn, que consiste en un 0,1% en peso a un 3,8% en peso de Ag, un 0,1% en peso a un 1,2% en peso de Cu, un 0,001% en peso a un 10% en peso de X y el resto de Sn.
4. La pasta de soldadura de la reivindicación 2, en donde el segundo polvo de aleación de soldadura es de 96,5Sn3,5Ag, 99,3Sn0,7Cu, 95,5Sn3,8Ag0,7Cu o 96,5Sn3,0Ag0,5Cu.
5. La pasta de soldadura de la reivindicación 1, en donde el segundo polvo de aleación de soldadura es de Sn-Sb o Sn-Sb-Y con Y = Ag, Cu, Bi, In, Ni, Co, Mn, P y Zn.
6. La pasta de soldadura de la reivindicación 5, en donde el segundo polvo de aleación de soldadura consiste en entre un 0,5% en peso y un 10% en peso de Sb y el resto de Sn.
7. La pasta de soldadura de la reivindicación 5, en donde el segundo polvo de aleación de soldadura es de Sn-Sb-Y con Y = Ag, Cu, Bi, In, Ni, Co, Mn, P y Zn, que consiste en un 0,5% en peso a un 10% en peso de Sb, un 0,001% en peso a un 5% en peso de Y y el resto de Sn.
8. Un método que comprende:
colocar una pasta de soldadura sin plomo (100) entre los componentes para formar un conjunto, y la pasta de soldadura consiste en:
una cantidad de un primer polvo de aleación de soldadura (110) de entre un 44% en peso y un 83% en peso, donde el primer polvo de aleación de soldadura es 77,2Sn20In2,8Ag;
una cantidad de un segundo polvo de aleación de soldadura (120) de entre un 5% en peso y un 44% en peso, y el segundo polvo de aleación de soldadura se selecciona del grupo que consiste en Sn-Ag, Sn-Cu, Sn-Ag-Cu, Sn-Sb, una aleación de Sn-Ag, una aleación de Sn-Cu, una aleación de Sn-Ag-Cu y una aleación de Sn-Sb, en donde el primer polvo de aleación de soldadura tiene una temperatura deliquidusinferior a la temperatura desolidusdel segundo polvo de aleación de soldadura; y
el resto de fundente; y
soldar por reflujo el conjunto a una temperatura máxima de soldadura por reflujo inferior a la temperatura desolidusdel segundo polvo de aleación de soldadura y superior a la temperatura deliquidusdel primer polvo de aleación de soldadura para formar una unión de soldadura (150), en donde durante la soldadura por reflujo, el segundo polvo de aleación de soldadura se disuelve parcialmente en una forma fundida (112) del primer polvo de aleación de soldadura, y en donde la unión de soldadura formada tiene una temperatura deliquidussuperior a la temperatura máxima de soldadura por reflujo utilizada durante la soldadura por reflujo.
9. El método de la reivindicación 8, en donde: la unión de soldadura formada tiene una temperatura desolidusmayor que la temperatura desolidusdel primer polvo de aleación de soldadura.
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