Title

OBSERVAÇÃO MICROESTRUTURAL E DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DE LIGAS HIPEREUTÉTICAS Sn-Cu LIGAS LIVRES DE Pb UTILIZADAS EM SOLDAGEM DE COMPONENTES MICROELETRÔNICOS

MICROSTRUCTURAL FEATURES AND MECHANICAL PROPERTIES OF HYPEREUTECTIC Sn-Cu SOLDER ALLOYS LEAD-FREE ALLOY USED FOR SOLDERING MICROELECTRONICS DEVICES

Authorship

Spinola, Thiago Sartorello; Spinelli, José Eduardo

Spinola, Thiago Sartorello

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Spinelli, José Eduardo

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DOI

10.5151/2594-5327-21364

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Abstract

As ligas do sistema metálico eutético Sn-Cu consistem em alternativas promissoras para a substituição das ligas de solda contendo chumbo. As ligas Sn-Cu possuem baixo ponto de fusão e baixo custo de fabricação. Entretanto, pouco se conhece dos efeitos da taxa de resfriamento sobre a microestrutura de solidificação dessas ligas e as relações microestrutura-resistência mecânica. Neste trabalho foi utilizado um sistema de solidificação direcional transitória capaz de propiciar a avaliação de microestruturas geradas a partir de um amplo espetro de velocidades de solidificação (VL). A taxa de resfriamento ( T ) também foi determinada experimentalmente ao longo do comprimento dos lingotes das ligas hipereutéticas Sn-2%Cu e Sn-2,8%Cu. Tais parâmetros de processamento foram correlacionados com parâmetros microestruturais medidos ao longo dos lingotes, traduzidos pelos espaçamentos entre-braços () do intermetálico Cu6Sn5. As microestruturas típicas foram examinadas por meio de microscopia eletrônica de varredura e microscopia ótica. O tamanho e a morfologia das partículas Cu6Sn5 foram investigados para ambas as ligas. Os espaçamentos entre-braços variaram entre 16 m e 37m e entre 2 m e 12,5 m para as posições avaliadas das ligas Sn-2%Cu e Sn-2,8%Cu, respectivamente. Equações do tipo Hall-Petch (HV=a+b(-1/2) foram propostas para traduzir as correlações entre microdureza Vickers e o parâmetro microestrutural . Os valores de microdureza obtidos para a liga Sn- 2%Cu foram superiores àqueles determinados para a liga Sn-2,8%Cu.

The Sn-Cu alloys are considered promising alternatives for the replacement of solder alloys containing lead. The Sn-Cu alloys have low melting point and low manufacturing cost. However, little is known of the effects of cooling rate on the solidification microstructure of these alloys and the microstructure-strength relationships. In this study a transient directional solidification system was used, which is capable of providing assessment to microstructures produced from a wide spectrum of tip growth rates (VL). Tip cooling rates ( T ) were also experimentally determined along the Sn-2 wt% and 2.8 wt%Cu alloys castings lengths. Such processing parameters have been correlated with microstructural parameters measured along the castings, which were translated by the Cu6Sn5 inter-branch spacing (). The microstructural development was examined by scanning electron microscopy (SEM) and optical microscopy. The size and morphology of Cu6Sn5 particles have been investigated for both alloys. The Cu6Sn5 spacing varied from 16 m to 37 m and from 2 m to 12.5 m for the Sn-2 wt%Cu and Sn-2.8 wt%Cu alloys, respectively. Hall-Petch type relationships (HV = a+b (-1/2) have been proposed to represent Vickers microhardness against . The hardness values obtained for the Sn-2 wt%Cu alloy were higher than those found for the Sn- 2.8wt%Cu alloy.

Keywords

Ligas de soldagem livres de Pb; Solidificação unidirecional; Propriedades mecânicas.

Lead-free solder alloy; Directional solidification; Mechanical properties.