ES2624621T3

ES2624621T3 - Aleación de soldadura libre de plomo

Info

Publication number: ES2624621T3
Application number: ES12761518.5T
Authority: ES
Inventors: Masato Shimamura; Tsukasa Ohnishi; Mitsuhiro Kosai; Kazuyori TAKAGI; Tomoko NONAKA; Masayuki Suzuki; Toru Hayashida; Seiko Yoshikawa; Shunsaku Yoshikawa; Yoshie Yamanaka
Original assignee: Senju Metal Industry Co Ltd
Current assignee: Senju Metal Industry Co Ltd
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2017-07-17
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: CN103561903B; EP2689885A1; WO2012127642A1; BR112013024398B1; MY162706A; HUE033232T2; KR101551050B1; DK2689885T3; EP2689885A4; WO2012128356A1; EP2689885B1; US9844837B2; JP5660199B2; US20140141273A1; KR20140044801A; JPWO2012128356A1; CN103561903A; TW201706068A; BR112013024398A2

Abstract

Una aleación de soldadura libre de plomo caracterizada porque consiste en 0,2 - 1,2 % en masa de Ag, 0,6 - 0,9 % en masa de Cu, 1,2 - 3,0 % en masa de Bi, 0,02 - 1,0 % en masa de Sb, 0,01 - 2,0 % en masa de In y un resto de Sn e impurezas inevitables.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

DESCRIPCION

Aleacion de soldadura libre de plomo Campo tecnico

La presente invencion se refiere a una aleacion de soldadura que no contiene plomo y, en particular, una aleacion de soldadura libre de plomo que es adecuada para una pasta de soldadura utilizada en sustratos para su montaje en superficies y en la soldadura con nucleo de fundente utilizada en reparaciones.

Antecedentes de la tecnica

Los procedimientos de soldar componentes electronicos incluyen la soldadura con un soldador, soldadura por flujo, soldadura por reflujo, y similares.

La soldadura por reflujo es un procedimiento en el que una pasta de soldadura que comprende un polvo de soldadura y fundente se suministra unicamente en la ubicaciones necesarias de una placa de circuito impreso por impresion o con un distribuidor, los componentes electronicos se colocan en las porciones revestidas, y despues la pasta de soldadura se funde en un aparato de calentamiento tal como un horno de reflujo para soldar los componentes electronicos en la placa de circuito impreso. En el procedimiento de reflujo, no solo es posible soldar un gran numero de ubicaciones en una sola operacion, sino que la conexion de puente no tiene lugar, incluso si los componentes electronicos se sueldan con un paso estrecho y la soldadura no se adhiere a los lugares innecesarios. Por lo tanto, la soldadura se puede realizar con una excelente productividad y fiabilidad.

En el pasado, se utilizo una aleacion de Pb - Sn en la soldadura. Esta aleacion de Pb - Sn tiene un punto de fusion de 183 °C para una composicion eutectica (Pb - 63Sn), por lo que tiene poco efecto termico, incluso en las partes electronicas que tienen poca resistencia al calor. Ademas, tiene una excelente capacidad de soldadura. Por lo tanto, tiene las ventajas de que produce pocos defectos de soldadura tales como porciones sin soldar o deshumectacion.

Sin embargo, debido al problema de la toxicidad de Pb, una fuerte demanda se ha desarrollado en los ultimos anos en la industria de equipos electronicos para la denominada soldadura libre de plomo que no contiene Pb.

Las soldaduras libres de plomo que son ampliamente utilizadas actualmente son las que tienen una composicion de Sn-Ag - Cu como la escrita en el documento JP 5 - 050286 A, que contiene del 3-5 % en masa de Ag y del 0,5 - 3 % en masa de Cu. Debido a que esta soldadura sin plomo tiene propiedades del ciclo termico y propiedades de fluencia superiores en comparacion con una soldadura de Sn - Pb convencional, su uso se esta extendiendo. Particularmente, las propiedades del ciclo termico son un factor importante en la evaluacion de la vida util de los dispositivos electronicos y en los productos que garantizan.

Las aleaciones de soldadura libres de plomo utilizadas en la actualidad que tienen una composicion Sn-Ag - Cu son diffciles de comparar con la soldadura de Sn - Pb utilizada convencionalmente. Por lo tanto, cuando se utilizan en dispositivos pequenos como telefonos moviles y si los dispositivos se dejan caer accidentalmente, las grietas se desarrollan en la interfaz entre los componentes electronicos y las juntas de soldadura, por lo que estas soldaduras tienen el problema de que el denominado pelado interfacial se produce facilmente. El pelado interfacial no se produce facilmente con sustratos soldados con soldadura por flujo en los que se utiliza una cantidad relativamente grande de material de soldadura en las juntas de soldadura. Sin embargo, facilmente se produce con sustratos que se sueldan con soldadura por reflujo y que tienen juntas diminutas que se forman utilizando una pequena cantidad de soldadura.

La soldadura por reflujo de los sustratos se realiza utilizando pasta de soldadura, bolas de soldadura, preformas de soldadura, y similares. Ademas, la soldadura con nucleo de fundente se utiliza para reparar las juntas de soldadura. Las placas de circuito impreso en la que se utilizan estos materiales de soldadura producen el problema de pelado interfacial particularmente de forma facil.

El presente solicitante desvela una aleacion de soldadura con un contenido de Ag del 0,8 - 2,0 % en masa, un contenido de Cu del 0,05 - 0,3 % en masa, y que contiene ademas In, Ni, Pt, Sb, Bi, Fe, Al, y P como una aleacion de soldadura que tiene una buena resistencia al impacto por cafda (resistencia al impacto debido a la cafda) para su uso en la soldadura a superficies de Cu (WO 2006/129713 A1).

Como una aleacion de soldadura que tiene excelente resistencia a los ciclos termicos, tambien desvelan una soldadura libre de plomo basada en Sn-Ag - Cu - Bi, que es una aleacion de soldadura basada en Sn-Ag - Cu que contiene elementos de la solucion solida y que tiene una estructura de aleacion a temperatura ambiente que comprende o bien una solucion solida sobresaturada o una solucion solida en la que los elementos de la solucion solida se precipitan y que tiene una estructura de la aleacion a una temperatura elevada en un entorno del ciclo que comprende una solucion solida en la que los elementos de la solucion solida precipitados a una temperatura baja se vuelven a disolver en la matriz de Sn (WO 2009/011341 A1).

Tambien se desvela una aleacion de soldadura en el que se anaden Bi y Sb a una composicion de soldadura de Sn-

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Ag - Cu de tal manera que Bi y Sb forman soluciones solidas con Sn; y Ag y Cu forman compuestos intermetalicos con Sn, por lo que la fuerza mecanica se mantiene por la microestructura formada a partir de estas soluciones solidas y los compuestos intermetalicos (JP 9 - 327790 A).

Documentos de la tecnica anterior

Documentos de patentes

Documento de Patente 1: WO 2006/129713 A1

Documento de Patente 2: WO 2009/011341 A1

Documento de Patente 3: JP 9 - 327790 A

El documento EP1254328 desvela una pasta de soldadura libre de plomo adecuada para la soldadura de partes de viruta, incluyendo la pasta de soldadura libre de plomo un polvo de una aleacion de soldadura basada en Sn de doble pico que contiene del 0,2 - 1,0 % en masa de Ag, Sb y Cu en una cantidad total de a lo sumo el 1,0 % en masa de la aleacion de soldadura, Bi, In y Zn en una cantidad total de al menos el 0,5 % en masa y a lo sumo del 3,0 % en masa y el resto de Sn, y un fundente no soluble en agua o un fundente soluble en agua.

Sumario de la invencion

Problemas que la invencion tiene que resolver

No se puede decir que una aleacion de soldadura libre de plomo tiene buena resistencia al impacto por cafda ni, particularmente, buena resistencia al impacto por cafda de las juntas de soldadura que tienen una pequena area soldada. Los dispositivos electronicos recientes son cada vez mejores en cuanto a su rendimiento y de menor tamano. Como resultado, los componentes electronicos empleados en los dispositivos son tambien cada vez mas pequenos y mejores en su rendimiento. A pesar de un aumento en el numero de electrodos en los dispositivos electronicos recientes, el tamano total de los dispositivos se esta haciendo mas pequeno. Las juntas de soldadura formadas en los electrodos de los componentes electronicos que son cada vez mas pequenos se estan haciendo tambien cada vez mas pequena. Sin embargo, si la soldadura de pequenos puntos de soldadura realizados de soldadura libre de plomo tiene una pobre resistencia al impacto por cafda, las juntas de soldadura se pelan facilmente cuando los dispositivos electronicos reciben un impacto debido a la cafda, y los dispositivos electronicos ya no pueden funcionar.

Este problema no se produce facilmente con los dispositivos electronicos portatiles, tales como controles remotos que tienen placas de circuito impreso relativamente grandes que se sueldan por soldadura por flujo en la que se adhiere una gran cantidad de soldadura. Sin embargo, en el caso de productos tales como telefonos moviles u ordenadores moviles que son pequenos y tienen una alta densidad de partes y se sueldan exclusivamente mediante soldadura por reflujo utilizando una pasta de soldadura o bolas de soldadura, la cantidad de soldadura utilizada para las juntas de soldadura es extremadamente pequena.

Las propiedades del ciclo termico de los dispositivos electronicos son un factor importante en la determinacion de la vida util de los dispositivos electronicos. Los telefonos moviles y los ordenadores portatiles no siempre se utilizan en habitaciones bien acondicionadas, y no es inusual utilizarlos en entornos de alta temperatura, tales como el interior de un automovil o en ambientes de baja temperatura, como al aire libre en tiempo de nieve. Por lo tanto, excelentes propiedades del ciclo termico son esenciales, y la soldadura utilizada para los dispositivos portatiles debe tener excelentes propiedades del ciclo termico.

En concreto, dependiendo del entorno de uso de los dispositivos electronicos, las juntas de soldadura utilizadas en dispositivos electronicos se expanden y contraen en repetidas ocasiones, las grietas entran en las juntas de soldadura, y en ultima instancia las juntas de soldadura se destruyen. Este fenomeno se conoce por lo general como fatiga termica. Hay una demanda de una aleacion de soldadura para su uso en telefonos moviles y ordenadores portatiles que no muestre fatiga termica y que tenga buenas propiedades del ciclo termico.

Sin embargo, no se puede decir que la soldadura que tiene una excelente resistencia al impacto por cafda tiene tambien excelentes propiedades del ciclo termico. Por ejemplo, una aleacion de soldadura convencional que toma en consideracion la resistencia al impacto por cafda tal como la descrito en el Documento de Patente 1 reduce el contenido de Ag y Cu en una soldadura de Sn-Ag - Cu con el fin de evitar el engrosamiento de compuestos intermetalicos tales como Cu6Sn5 y Ag3Sn que se desarrollan en la interfaz entre los electrodos y las juntas de soldadura, evitando asf que se produzcan el pelado en la interfaz entre los electrodos y las juntas de soldadura y garantizar la resistencia al impacto por cafda. Sin embargo, si el contenido de Ag y Cu en una aleacion de soldadura basada en Sn-Ag - Cu convencional se reduce, aunque la resistencia al impacto por cafda aumenta, se desarrolla el problema de que las propiedades del ciclo termico, que son superiores para una aleacion de soldadura Sn-Ag - Cu, terminan empeorando. De esta manera, una aleacion de soldadura que es buena en ambas propiedades del ciclo termico y resistencia al impacto por cafda no se ha desarrollado.

El problema a resolver por la presente invencion es proporcionar una aleacion de soldadura que tenga excelente resistencia al impacto por cafda, manteniendo las propiedades del ciclo termico que son caractensticas de una

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

aleacion de soldadura basada en Sn-Ag - Cu.

Medios para resolver los problemas

Los presentes inventores han encontrado que si una aleacion de soldadura basada en Sn-Ag - Cu tiene una composicion con un contenido de Cu eliminado de las proximidades de la mezcla eutectica, las propiedades del ciclo termico empeoran, mientras que una composicion en la que Ag se elimina de las proximidades de la mezcla eutectica tiene menos empeoramiento de las propiedades del ciclo termico en comparacion a cuando se elimina el de la mezcla eutectica. Ademas, las propiedades del ciclo termico se mejoran mediante la adicion de In, junto con Bi y Sb en lugar de disminuir el contenido de Ag. Como resultado, completan la presente invencion.

La presente invencion es una aleacion de soldadura libre de plomo que se caracteriza porque consiste en 0,2 - 1,2 % en masa de Ag, 0,6 - 0,9 % en masa de Cu, 1,2 - 3,0 % en masa de Bi, 0,02 -1,0 % en masa de Sb, 0,01 - 2,0 % en masa de In, y el resto de Sn e impurezas inevitables.

Cuando una junta de soldadura de un dispositivo electronico se somete a ciclos termicos, la estructura de soldadura de la junta de soldadura se engrosa. Por lo tanto, una estructura fina de soldadura tiene, por lo general, excelentes propiedades del ciclo termico. En el Documento de Patente 3, el contenido de Ag de la aleacion de soldadura utilizada en los ejemplos es el 3,0 % en masa o el 3,4 % en masa, por lo que la aleacion de soldadura tiene un contenido de Ag cerca de la composicion eutectica. En la presente invencion, el contenido de Ag se hace del 0,2 - 1,2 % en masa con el fin de impartir resistencia al impacto por cafda. Si la composicion de la aleacion de soldadura consistfa esencialmente en Sn, Ag, Cu, Bi, y Sb, las propiedades del ciclo termico no senan buenas. Por lo tanto, en la presente invencion, mediante la adicion de In, junto con Bi y Sb a una composicion de aleacion de soldadura de Sn-Ag - Cu, incluso si el contenido de Ag se hace con un valor bajo del 0,2 -1,2 % en masa, no solo hay poca fatiga termica de la misma manera como con una composicion de Sn-Ag - Cu - Bi - Sb convencional, sino que una aleacion de soldadura con buenas propiedades del ciclo termico se obtiene de forma inesperada.

In (indio) que se anade a una aleacion de soldadura de acuerdo con la presente invencion es un metal que forma una solucion solida con Sn de la misma manera que lo hacen Bi y Sb. El Indio que se anade a una aleacion de soldadura de acuerdo con la presente invencion tiene un peso atomico mas pequeno que Bi o Sb, que tambien forman una solucion solida con Sn. Por lo tanto, debido al que In entra entre los atomos de Bi o Sb, es posible formar una aleacion de soldadura de un tipo de fortalecimiento de la solucion solida que tiene una excelente resistencia a los ciclos termicos. En particular, si el contenido de Bi que tiene el mayor peso atomico entre Bi, Sb, y In es al menos dos veces el contenido de In en porcentaje atomico, es decir, si el contenido de Bi en % en masa es al menos aproximadamente cuatro veces grande que para In, las propiedades del ciclo termico se mejoran aun mas debido a que In entra en los huecos entre atomos de Bi. Mas preferentemente, el contenido de Bi es al menos 3 veces el contenido de In en porcentaje atomico.

Sin embargo, como Zn y elementos similares, In tiene una reactividad violenta. Si In se utiliza en una pasta de soldadura, la pasta de soldadura se considera diffcil de tratar debido a que es susceptible a los cambios en la viscosidad de la pasta de soldadura en el tiempo. En la presente invencion, al limitar el contenido de In que se anade a una aleacion de soldadura y limitar el acido organico utilizado en un fundente de una pasta de soldadura, es posible utilizar la aleacion de soldadura en una pasta de soldadura.

Efectos de la invencion

Una aleacion de soldadura de acuerdo con la presente invencion hace posible la obtencion de un dispositivo portatil que tiene una excelente resistencia al impacto por cafda de tal manera que las juntas de soldadura no se danan incluso cuando se deja caer un dispositivo portatil que tiene un patron finamente soldado. Ademas, una aleacion de soldadura de acuerdo con la presente invencion hace posible la obtencion de un dispositivo portatil que tiene excelentes propiedades del ciclo termico y que no desarrolla la fatiga termica, incluso cuando se utiliza en un entorno de alta temperatura, tal como dentro de un vetnculo calentado por el sol o en un entorno de baja temperatura, tal como al aire libre en tiempo de nieve.

A pesar de que una aleacion de soldadura de acuerdo con la presente invencion contiene In, incluso si una aleacion de soldadura de acuerdo con la presente invencion se forma en un polvo y se convierte en una pasta de soldadura, es posible obtener una pasta de soldadura excelente que experimenta pocos cambios en la viscosidad a lo largo del tiempo.

Modos de realizar la invencion

Por lo general, en una soldadura libre de plomo basada en Sn, Ag es eficaz en proporcionar resistencia a los ciclos termicos, pero si se anade una gran cantidad de Ag, la resistencia al impacto por cafda disminuye. En una soldadura libre de plomo de acuerdo con la presente invencion, si la cantidad anadida de Ag es inferior al 0,2 % en masa, la cantidad de compuestos intermetalicos de Sn-Ag formados en la aleacion de soldadura es insuficiente, y el efecto de refinar la estructura de soldadura y, por lo tanto, el efecto de mejorar la resistencia a los ciclos termicos no se realizan. Si la cantidad anadida de Ag supera el 1,2 % en masa, una gran cantidad de compuestos intermetalicos Ag3Sn se forma dentro de la soldadura y se obtiene una estructura similar a una malla, por lo que la fuerza del

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

material aumenta y la resistencia al impacto empeora. Por lo tanto, la cantidad anadida de Ag es a lo sumo del 1,2 % en masa. La cantidad anadida de Ag en una aleacion de soldadura de acuerdo con la presente invencion es del 0,21,2 % en masa, y mas preferentemente la cantidad anadida de Ag en una aleacion de soldadura de acuerdo con la presente invencion es del 0,5-1,0 % en masa.

Si el contenido de Cu en una soldadura libre de plomo de acuerdo con la presente invencion es inferior al 0,6 % en masa, la cantidad de compuestos intermetalicos de Sn-Cu formados en la aleacion de soldadura es insuficiente, y el efecto de refinar la estructura de soldadura y, por lo tanto, el efecto de mejorar la resistencia a los ciclos termicos no se realizan. Si el contenido de Cu es superior al 0,9 % en masa, al momento de la solidificacion de la soldadura, una capa de compuesto intermetalico de Cu6Sn5 se convierte en cristales primarios y las propiedades de fusion de la soldadura se deterioran. Por lo tanto, la cantidad anadida de Cu en una aleacion de soldadura de acuerdo con la presente invencion es del 0,6 - 0,9 % en masa y, preferentemente, del 0,7 - 0,8 % en masa.

Si el contenido de Bi en una soldadura de acuerdo con la presente invencion es inferior al 1,2 % en masa, la cantidad de solucion solida de Bi formada con Sn en la aleacion de soldadura es pequena, por lo que no se obtiene el efecto de mejorar las propiedades del ciclo termico. Sin embargo, si el contenido de Bi es mayor que el 3,0 % en masa, la dureza de la soldadura aumenta bruscamente y la ductilidad desaparece, haciendo que la resistencia al impacto por cafda se deteriore. Por lo tanto, la cantidad anadida de Bi es a lo sumo del 3,0 % en masa. La cantidad anadida de Bi en una aleacion de soldadura de acuerdo con la presente invencion es del 1,2 - 3,0 % en masa, y preferentemente la cantidad anadida de Bi en una aleacion de soldadura de acuerdo con la presente invencion es del 1,5 - 2,0 % en masa. Mas preferentemente, el lfmite inferior de Bi es del 1,6 % en masa.

Si el contenido de Sb en la presente invencion es inferior al 0,02 % en masa, la cantidad de solucion solida de Sb formada con Sn en la aleacion de soldadura se vuelve demasiado pequena para proporcionar el efecto de mejorar las propiedades del ciclo termico. Por otra parte, si el contenido de Sb es superior al 1,0 % en masa, el compuesto intermetalico de AgSb se forma en la soldadura, haciendo que la resistencia al impacto por cafda empeore.

Ademas, si el contenido de Sb es superior al 1,0 % en masa, la humectabilidad de la soldadura empeora y la formacion de huecos aumenta. Por lo tanto, la cantidad anadida de Sb es a lo sumo del 1,0 % en masa. La cantidad anadida de Sb en una aleacion de soldadura de acuerdo con la presente invencion es del 0,02 -1,0 % en masa, y la cantidad anadida de Sb en una aleacion de soldadura preferida de acuerdo con la presente invencion es del 0,15 - 0,5 % en masa.

La adicion de In para una aleacion de soldadura tiene el efecto de mejorar las propiedades del ciclo termico. Sin embargo, debido a que In es un metal facilmente oxidable, una aleacion de soldadura que lo contiene se oxida facilmente. Como resultado de la oxidacion de In, la coloracion amarillenta de una aleacion soldada se produce y se terminan desarrollando huecos en las juntas de soldadura. Por lo tanto, es necesario limitar la cantidad anadida de In. Ademas, si se forma una aleacion de soldadura que contiene In en un polvo y se mezcla con un fundente para formar una pasta de soldadura, In y el fundente reaccionan y hacen que la viscosidad de la pasta de soldadura vane facilmente con el paso del tiempo.

Si el contenido de In en la presente invencion es menor que el 0,01 % en masa, la cantidad de solucion solida de Sn e In formada en la aleacion de soldadura es pequena, y el efecto de mejorar las propiedades del ciclo termico no se realiza. Por otra parte, si el contenido de In es superior al 2,0 % en masa, la coloracion amarillenta de la superficie de las perlas de soldadura se desarrolla despues del calentamiento por reflujo y la aparicion de huecos tambien aumenta, lo que es indeseable. La cantidad anadida de In en una aleacion de soldadura de acuerdo con la presente invencion es del 0,1 - 2,0 % en masa. Preferentemente, la cantidad anadida de In en una aleacion de soldadura de acuerdo con la presente invencion es del 0,2 - 0,5 % en masa.

Una pasta de soldadura de una aleacion de soldadura que contiene In experimenta facilmente cambios en la viscosidad con el tiempo debido a que In es un metal altamente reactivo. Al limitar el contenido de In, una aleacion de soldadura de acuerdo con la presente invencion evita los cambios en una pasta de soldadura con el tiempo, y una reaccion entre el fundente y el polvo de soldadura que contiene In se puede evitar mediante el uso de un fundente especial para In.

Un fundente de acuerdo con la presente invencion es un fundente que contiene una resina, un disolvente, un agente tixotropico, un activador, y un acido organico como un activador auxiliar. El acido organico utilizado como un activador auxiliar se selecciona a partir de acidos organicos que tienen baja reactividad con In, tales como acido succmico, acido adfpico y acido azelaico. Como resultado, un cambio en la viscosidad de una pasta de soldadura con el tiempo debido a una reaccion entre un fundente y polvo de soldadura se puede evitar. El activador auxiliar se anade a un fundente a fin de aumentar su humectabilidad cuando la cantidad de haluros y similares utilizados como activador principal se limita con el fin de aumentar la resistencia a la corrosion. El activador auxiliar se anade como un activador que no contiene un elemento halogeno.

Si la cantidad total de acido succmico, acido adfpico, y acido azelaico que se utiliza en un fundente de acuerdo con la presente invencion es inferior al 0,5 % en masa, el efecto del activador auxiliar no se obtiene, por lo que la humectabilidad es pobre y hay muchos defectos, tales como bolas de soldadura. Si se anade en una cantidad del 5

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

% en masa o mas, incluso con un acido organico que tiene una baja reactividad con In, tal como acido succmico, acido ad^pico o acido azelaico, el acido reacciona con In y cambios se producen con el tiempo. En consecuencia, la cantidad total de acido succmico, acido ad^pico, y acido azelaico anadida a un fundente en la presente invencion es al menos el 0,5 % en masa e inferior al 5,0 % en masa.

Una aleacion de soldadura de acuerdo con la presente invencion se puede utilizar no solo como una pasta de soldadura como se ha descrito anteriormente, sino que se puede utilizar en forma de bolas de soldadura, soldadura con nucleo de fundente, o una preforma de soldadura.

Ejemplos

Los polvos de soldadura con las composiciones de soldadura (% en masa) de los ejemplos y ejemplos comparativos de la Tabla 1 y un fundente que tiene la composicion de fundente del Ejemplo 13 de la Tabla 2 se mezclaron para preparar una pasta de soldadura, y se realizo una prueba de ciclo termico cuando resistencias con un tamano de 3216 con electrodos de Sn enchapados se montaron en una placa de circuito impreso. Ademas, una prueba de impacto por cafda se realizo utilizando un CSP que tema bolas de soldadura con un diametro de 0,3 mm para el montaje que se montaron de manera similar en una placa de circuito impreso.

Los resultados de la prueba de ciclo termico y de la prueba de impacto por cafda se muestran en la Tabla 1 a continuacion.

En la Tabla 1, el Ejemplo Comparativo 2 es una composicion de la aleacion de soldadura como se ha desvelado en el Documento de Patente 1, los Ejemplos Comparativos 3 y 4 son composiciones de la aleacion de soldadura como se ha desvelado en el Documento de Patente 2, y el Ejemplo Comparativo 5 es una composicion de aleacion de soldadura como se ha desvelado en el Documento de Patente 3.

rPrueba de impacto por caidal

1. Un impacto por cafda se realizo entre un CSP que tema perlas de soldadura formadas en su interior y una placa de circuito impreso, y se midio el numero de cafdas hasta que se desarrollaron grietas en las juntas de soldadura. La placa de circuito se dejo durante 5 dfas a temperatura ambiente despues de soldarse. El numero de cafdas cuando la resistencia electrica aumento en un 50 % del valor inicial se registro como una indicacion del progreso de grietas.

2. Las etapas en la prueba de impacto por cafda fueron las siguientes.

1) Un fundente fue impreso en un CSP con dimensiones exteriores de 12 x 12 (mm) y 196 electrodos con perlas chapados de Ni/Au electrolftico, y bolas de soldadura con las composiciones mostradas en la Tabla 1 y un diametro de 0,3 mm se colocaron sobre la misma.

2) El CSP con bolas de soldadura al respecto se calento en horno de reflujo para formar perlas de soldadura en los electrodos.

3) El CSP en el que se formaron los resaltes de soldadura se monto en el centro de una placa de circuito impreso de epoxi de vidrio que media 30 x 120 (mm) y a la que se aplico una pasta de soldadura, y se calento en un horno de reflujo para soldar el CSP a la placa de circuito impreso.

4) Los dos extremos de la placa de circuito impreso a la que se suelda el CSP fueron asegurados encima de una plantilla de cafda con una separacion de 1 centfmetro de la plantilla de cafda.

5) La plantilla de cafda e dejo caer desde una altura para impartir una aceleracion de 1.500 G a la plantilla de cafda con el fin de impartir un impacto a la placa de circuito impreso. En este momento, la placa de circuito impreso fijada a la plantilla de cafda en ambos de sus extremos vibro en su centro, y como consecuencia de esta vibracion, un impacto se impartio a las juntas de soldadura entre la placa de circuito impreso y el CSP. Se midio el numero de cafdas en esta prueba de cafda hasta que se desarrollaron grietas en las juntas de soldadura del CSP. Los resultados de la prueba se registraron en seis puntos y se registro el valor mas bajo.

fPrueba de ciclo termicol

1. El procedimiento de prueba fue prescrito por la normativa JIS C 0025. El efecto de la aplicacion repetida de variaciones de temperatura en forma de una temperatura alta y una temperatura baja para soldar juntas se investigo. El resultado de esta prueba se utiliza como un mdice de la vida util de los equipos electronicos.

2. Las etapas en la prueba de ciclo termico fueron las siguientes.

1) Las resistencias con dimensiones exteriores de 3,2 x 1,6 (mm) y electrodos enchapados con Sn se colocaron en una placa de circuito impreso de epoxi de vidrio que se revistio con una pasta de soldadura y se calento en un horno de reflujo para realizar la soldadura.

2) La placa de circuito impreso soldada se coloco en un aparato de prueba automatica de 2 camaras que se establecio durante 30 minutos en cada una de condicion de baja temperatura de -40 °C y una condicion de alta temperatura de +85 °C. Una prueba de fuerza de cizallamiento se realizo en 150 juntas de soldadura inicialmente y mediante la eliminacion de la placa de circuito impreso en el ciclo 800°, el ciclo 1200°, el ciclo

5

10

15

20

25

30

1600°, y el ciclo 2000°, y el cambio en la resistencia con respecto a la resistencia inicial se comprobo.

3) A la resistencia mas baja en cada ciclo, un porcentaje marcado disminuyo en fuerza (50 % o menos del valor inicial) o en el estado en el que la fuerza se convirtio en 10 N o menos se considero deterioro, y el numero de ciclos en este punto se registro.

Como se puede ver en la Tabla 1, una aleacion de soldadura libre de plomo de acuerdo con la presente invencion fue extraordinariamente superior en comparacion las soldaduras libres plomo de los ejemplos comparativos en la prueba de impacto por cafda, y sus propiedades de ciclo termico no mostraron deterioro marcado en fuerza, incluso despues de un largo penodo de ciclos termicos.

rPrueba de cambios en la viscosidad con respecto al tiempol

A continuacion, se preparo polvo de soldadura utilizando la composicion de soldadura del Ejemplo 4 de la Tabla 1, y se mezclo con un fundente con la composicion de fundente (% en masa) que se muestra en la Tabla 2 para preparar una pasta de soldadura. La pasta de soldadura se sometio a una prueba de formacion de bolas de soldadura, y se probo tambien para determinar los cambios en la viscosidad de la pasta de soldadura con el paso del tiempo.

Se realizo la prueba de bolas de soldadura de acuerdo con la normativa JIS Z 3284 Apendice 11. La Categona 1 y 2 de la Figura 1 de la norma de la normativa JIS Z 3284 Apendice 11 se evaluaron como excelentes, la Categona 3 se evaluo como buena, y la Categona 4 se evaluo como pobre.

Los cambios en la viscosidad de la pasta de soldadura con el paso del tiempo se midieron de acuerdo con la normativa JIS Z 3284 Apendice 6 utilizando un viscosfmetro modelo PCU - 205 fabricado por Malcom Co., Ltd. Se midio la viscosidad a 25 °C a una velocidad de giro de 10 rpm durante 10 horas. Las muestras para las que la viscosidad aumento en al menos un 20 % de la viscosidad inicial se evaluaron como pobres, aquellas para las que el aumento de la viscosidad fue de al menos el 10 % a menos del 20 % se evaluaron como buenas, y aquellas para las que el aumento de la viscosidad fue menos del 10 % se evaluaron como excelentes. Los resultados de la prueba de soldadura de formacion de bolas y la prueba del cambio en la viscosidad de la pasta de soldadura con el paso del tiempo se muestran en la Tabla 2.

Como se puede observar en la Tabla 2, a pesar de una soldadura de acuerdo con la presente invencion que contema In que produce cambios facilmente en una pasta de soldadura, una pasta de soldadura con una viscosidad estable se pudo obtener. Ademas, hubo poca formacion de bolas de soldadura despues del reflujo, y fue posible obtener juntas de soldadura sin defectos.

Tabla 1

: Composicion de soldadura Prueba de impacto por cafda (numero de cafdas) Propiedades del ciclo termico Otras

Sn: Ag Cu Bi Sb In

EJEMPLO: 1 resto 0,2 0,6 1,2 0,02 0,01 37 1600

: 2 resto 0,3 0,7 1,6 0,02 0,20 45 2000

: 3 resto 0,5 0,7 1,6 0,20 0,20 32 2000

: 4 resto 1,0 0,7 1,6 0,02 0,20 26 2000

: 5 resto 1,0 0,9 2,5 0,10 0,50 25 2000

: 6 resto 1,2 0,9 2,5 1,00 1,00 21 2000

: 7 resto 0,5 0,8 1,6 0,20 0,50 33 2000

: 8 resto 1,0 0,8 1,6 0,02 0,01 23 2000

: 9 resto 0,5 0,9 2,0 0,20 0,20 34 2000

: 10 resto 0,5 0,6 2,0 0,02 0,20 35 2000

: 11 resto 0,5 0,9 2,5 0,20 0,20 41 2000

: 12 resto 0,5 0,9 2,5 0,02 0,20 40 2000

(continuacion)

Sn: Ag Cu Bi Sb In

COMPARATIVO: 1 resto 0,1 0,5 10,0 0,01 0,01 1 2000

2: resto 1,0 0,1 — — 0,02 19 1600 PD 1

3: resto 1,0 0,5 2,5 — — 15 1200 PD 2

4: resto 3,0 1,0 3,0 — 0,80 1 2000 PD 2

5: resto 3,0 0,6 3,0 0,60 — 2 2000 PD 3

6: resto 1,5 1,0 5,0 2,00 5,00 13 —

7: resto 0,5 1,0 1,0 0,20 0,20 36 1400

8: resto 0,5 0,5 1,0 0,02 0,20 34 1400

9: resto 1,0 1,0 3,2 0,20 0,20 14 1600

10: resto 1,5 0,8 3,2 0,02 0,20 11 2000

11: resto 1,5 0,7 1,6 0,02 0,20 18 2000

PD: Documento de Patente

Claims

5

10

15

20

25

30

REIVINDICACIONES

1. Una aleacion de soldadura libre de plomo caracterizada porque consiste en 0,2 -1,2 % en masa de Ag, 0,6 - 0,9 % en masa de Cu, 1,2 - 3,0 % en masa de Bi, 0,02 -1,0 % en masa de Sb, 0,01 - 2,0 % en masa de In y un resto de Sn e impurezas inevitables.
2. La aleacion de soldadura libre de plomo de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que el contenido de Bi es al menos dos veces el contenido de In en porcentaje atomico, y preferentemente es al menos 3 veces el contenido de In en porcentaje atomico.
3. La aleacion de soldadura libre de plomo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la cantidad de Ag en la aleacion de soldadura es 0,5 -1,0 % en masa.
4. La aleacion de soldadura libre de plomo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la cantidad de Cu en la aleacion de soldadura es 0,7 - 0,8 % en masa.
5. La aleacion de soldadura libre de plomo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la cantidad de Bi en la aleacion de soldadura es 1,5 - 2,0 % en masa.
6. La aleacion de soldadura libre de plomo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la cantidad de Sb en la aleacion de soldadura es 0,15 - 0,5 % en masa.
7. La aleacion de soldadura libre de plomo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la cantidad de In en la aleacion de soldadura es 0,2 - 0,5 % en masa.
8. La aleacion de soldadura libre de plomo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada porque consiste en 0,2 -1,0 % en masa de Ag, 0,6 - 0,9 % en masa de Cu, 1,2 - 2,0 % en masa de Bi, 0,1 - 0,5 % en masa de Sb, 0,01 - 0,3 % en masa de In y un resto de Sn e impurezas inevitables.
9. Una pasta de soldadura libre de plomo en la que un polvo de soldadura de una aleacion de soldadura libre de plomo de acuerdo con la reivindicacion 1 se mezcla con un fundente, en la que el fundente contiene un total de al menos 0,5 % en masa y menos del 5,0 % en masa de al menos un acido organico seleccionado entre acido succmico, acido adfpico y acido azelaico.
10. Una soldadura con nucleo de fundente que comprende un alambre de soldadura de una aleacion de soldadura libre de plomo de acuerdo con la reivindicacion 1 que tiene su centro lleno de un fundente, en la que el fundente contiene al menos un acido organico seleccionado entre acido succmico, acido adfpico y acido azelaico.
11. Una bola de soldadura realizada a partir de una aleacion de soldadura libre de plomo de la reivindicacion 1.
12. Una preforma de soldadura realizada de una aleacion de soldadura libre de plomo de acuerdo con la reivindicacion 1.
13. Uso de la aleacion de soldadura libre de plomo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-8 para una cualquiera de una pasta de soldadura, una bola de soldadura, una soldadura con nucleo de fundente y una preforma de soldadura.