Título

AVALIAÇÃO MICROESTRUTURAL DA LIGA SAC (Sn- 0,7%Cu-1,0%Ag) SOLIDIFICADA UNIDIRECIONALMENTE1 LIGAS LIVRES DE PB UTILIZADAS EM SOLDAGEM DE COMPONENTES MICROELETRÔNICOS

MICROSTRUCTURE EVOLUTION DURING DIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF A Sn- 0.7wt%Cu-1.0wt%Ag SOLDER ALLOY THE MICROSTRUCTURE OF SOLDER ALLOYS DEPENDS ON COOLING RATE, SOLUTE TYPE AND CONTENT

Autoria

Pereira, Pedro Deghaid; Spinelli, José Eduardo

DOI

10.5151/2594-5327-21476

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Resumo

As ligas tipo SAC (Sn-Ag-Cu) são importantes alternativas para o uso de ligas de soldagem Sn-Pb, que devem ser substituídas em função da toxidade do chumbo. Este trabalho tem como objetivo a avaliação dos parâmetros térmicos (VL – velocidade de isoterma liquidus e T – taxa de resfriamento) e da microestrutura da liga Sn-0,7%Cu-1,0%Ag obtida a partir de uma solidificação direcional ascendente em condições transitórias de extração de calor. Foram obtidas amostras com diferentes taxas de resfriamento ao longo dos lingotes, as quais foram analisadas por microscopia ótica, microscopia eletrônica e difratometria de raios-X. A variação dos espaçamentos dendríticos primários foi determinada. A microestrutura resultante é composta de uma matriz dendrítica Sn-Cu rica em Sn, havendo a coexistência de intermetálicos do tipo Cu6Sn5 e Ag3Sn localizados nas regiões interdendríticas. As posições com maiores taxas de resfriamento (em torno de 32°C/s), mais próximas da superfície refrigerada, apresentaram menores espaçamentos dendríticos primários λ1 (~11,5μm) e consequentemente, maior dureza. Os intermetálicos Cu6Sn5 apresentaram uma mesma morfologia ao longo do lingote, ao passo que as partículas Ag3Sn foram encontradas nas formas de partículas, fibras e placas a depender da taxa de resfriamento obtida.

 

Nowadays SAC (Sn-Ag-Cu) alloys can be considered as important alternatives to the use Sn-Pb solder alloys, which must be replaced due to the toxicity of lead. This study aims to evaluate both the solidification thermal parameters (VL - liquidus isotherm velocity and  T - cooling rate) and the final as-cast structure of the Sn-0.7wt%Cu-1.0wt%Ag alloy obtained by upward directional solidification under transient conditions of heat extraction. The large spectrum of cooling rates obtained during solidification permitted also a large spectrum of microstructures to be examined. The as-cast structures along the directionally solidified casting were analyzed by optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD). The development of dendritic primary growth was also determined. The resulting microstructure was composed of a Sn-rich dendritic matrix surrounded by an interdendritic mixture with a coexistence of both Cu6Sn5 and Ag3Sn intermetallics. The regions closer to the casting cooled surface showed higher cooling rates (about 32 K/s) and smaller primary dendrite arm spacings, λ1, (about 11.5m). As a consequence, slightly higher microhardness values were observed in such regions. It was shown that Ag3Sn morphology changed from globules to fibers and from fibers to plates with decreasing cooling rate while Cu6Sn5 particles conserved their H-shape morphology along the entire casting length.

Palavras-chave

Ligas de soldagem livres de Pb; Ligas SAC; Solidificação direcional.

Lead-free solder alloy; SAC alloy; Directional solidification.