El estaño-plata-cobre ( Sn - Ag - Cu , también conocido como SAC ), es una aleación sin plomo ( sin Pb ) que se utiliza habitualmente para la soldadura electrónica . Es la principal opción para el ensamblaje de tecnología de montaje superficial (SMT) sin plomo en la industria, [1] ya que es casi eutéctica , con propiedades de fatiga térmica , resistencia y humectabilidad adecuadas. [2] La soldadura sin plomo está ganando mucha atención a medida que se reconocen los efectos ambientales del plomo en los productos industriales y como resultado de la legislación RoHS de Europa para eliminar el plomo y otros materiales peligrosos de la electrónica. Las empresas de electrónica japonesas también han analizado la soldadura sin Pb por sus ventajas industriales.
Las aleaciones típicas son 3-4% de plata , 0,5-0,7% de cobre y el resto (95%+) de estaño . [3] Por ejemplo, la soldadura común "SAC305" tiene 3,0% de plata y 0,5% de cobre. En algunas aplicaciones se utilizan alternativas más económicas con menos plata, como SAC105 y SAC0307 (0,3% de plata, 0,7% de cobre), a expensas de un punto de fusión algo más alto.
En el año 2000, la Asociación Japonesa para el Desarrollo de Industrias Electrónicas (JEIDA) y la Directiva sobre Residuos de Aparatos Eléctricos y Electrónicos (RAEE) impulsaron varias iniciativas de ensamblajes y productos de chips sin plomo . Estas iniciativas dieron como resultado que se consideraran y probaran aleaciones de estaño, plata y cobre como alternativas a las bolas de soldadura sin plomo para ensamblajes de productos de matriz. [4]
En 2003, se empezó a utilizar estaño-plata-cobre como soldadura sin plomo. Sin embargo, su rendimiento fue criticado porque dejaba un acabado opaco e irregular y era difícil mantener el contenido de cobre bajo control. [5] En 2005, las aleaciones de estaño-plata-cobre constituían aproximadamente el 65% de las aleaciones sin plomo utilizadas en la industria y este porcentaje ha ido aumentando. [1] Grandes empresas como Sony e Intel dejaron de utilizar soldaduras con plomo para utilizar una aleación de estaño-plata-cobre. [6]
Los requisitos de proceso para las soldaduras SAC (sin plomo) y las soldaduras Sn-Pb son diferentes tanto en términos materiales como logísticos para el ensamblaje electrónico. Además, la confiabilidad de las soldaduras Sn-Pb está bien establecida, mientras que las soldaduras SAC aún están en estudio (aunque se ha realizado mucho trabajo para justificar el uso de soldaduras SAC, como el Proyecto de soldadura sin plomo iNEMI).
Una diferencia importante es que la soldadura sin plomo requiere temperaturas más altas y un mayor control del proceso para lograr los mismos resultados que el método de estaño-plomo. El punto de fusión de las aleaciones SAC es de 217 a 220 °C, o aproximadamente 34 °C más alto que el punto de fusión de la aleación eutéctica de estaño-plomo (63/37). Esto requiere temperaturas máximas en el rango de 235 a 245 °C para lograr la humectación y la absorción . [1]
Algunos de los componentes susceptibles a las temperaturas de ensamblaje de SAC son los condensadores electrolíticos , los conectores , la optoelectrónica y los componentes plásticos de estilo más antiguo. Sin embargo, varias empresas han comenzado a ofrecer componentes compatibles con 260 °C para cumplir con los requisitos de las soldaduras sin plomo. iNEMI ha propuesto que un buen objetivo para fines de desarrollo sería alrededor de 260 °C. [7]
Además, las soldaduras SAC están aleadas con una mayor cantidad de metales, por lo que existe la posibilidad de que haya una variedad mucho más amplia de intermetálicos presentes en una unión de soldadura. Estas composiciones más complejas pueden dar como resultado microestructuras de unión de soldadura que no se han estudiado tan exhaustivamente como las microestructuras de soldadura de estaño-plomo actuales. [8] Estas preocupaciones se magnifican por el uso involuntario de soldaduras sin plomo en procesos diseñados exclusivamente para soldaduras de estaño-plomo o entornos donde las interacciones de los materiales se comprenden mal. Por ejemplo, la reelaboración de una unión de soldadura de estaño-plomo con soldadura sin Pb. Estas posibilidades de acabado mixto podrían afectar negativamente la confiabilidad de la soldadura. [8]
Las soldaduras SAC han superado a las uniones C4 de soldaduras con alto contenido de Pb en sistemas de matriz de rejilla de bolas de cerámica (CBGA), que son matrices de rejilla de bolas con un sustrato cerámico. [9] La CBGA mostró consistentemente mejores resultados en ciclos térmicos para aleaciones sin Pb. Los hallazgos también muestran que las aleaciones SAC son proporcionalmente mejores en fatiga térmica a medida que disminuye el rango de ciclos térmicos . El SAC tiene un mejor rendimiento que el Sn-Pb en las condiciones de ciclo menos extremas. Otra ventaja del SAC es que parece ser más resistente a la fragilización por oro que el Sn-Pb. En los resultados de las pruebas, la resistencia de las uniones es sustancialmente mayor para las aleaciones SAC que para la aleación Sn-Pb. Además, el modo de falla cambia de una separación de unión parcialmente frágil a un desgarro dúctil con el SAC. [7]