PASTA DE SOLDADURA SIN PLOMO.
Pasta de soldadura sin plomo para soldar componentes de chips que consiste en una mezcla de un polvo de aleación de soldadura de dos picos sin plomo a base de Sn mezclada con un fundente,
estando constituida la aleación de soldadura por entre el 0,2 y el 1,0% en masa de Ag, por lo menos uno de entre (i) a (iii) enumerados a continuación y el resto de Sn y presentando un primer pico de absorción de calor en una curva del calorímetro por exploración diferencial al comienzo de la fusión de la aleación de soldadura y un segundo pico cuando la mayor parte de la aleación de soldadura se funde posteriormente:
(i)por lo menos un elemento de entre Sb y Cu en una cantidad total de como máximo el 1,0 por ciento en masa;
(ii)por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo constituido por Ni, Co, Fe, Mn, Cr y Mo en una cantidad total de como máximo el 0,3 por ciento en masa;
(iii)por lo menos un elemento seleccionado de entre el grupo constituido por P, Ga y Ge en una cantidad total de como máximo el 0,2 por ciento en masa
Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E01400534.
Solicitante: SENJU METAL INDUSTRY CO. LTD..
Nacionalidad solicitante: Japón.
Dirección: 23 SENJU-HASHIDO-CHO ADACHI-KU,TOKYO.
Inventor/es: KATOH,RIKIYA, MUNEKATA,OSAMU, TOYODA,YOSHITAKA.
Fecha de Publicación: .
Fecha Solicitud PCT: 1 de Marzo de 2001.
Fecha Concesión Europea: 16 de Junio de 2010.
Clasificación PCT:
- B23K35/26 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B23 MAQUINAS-HERRAMIENTAS; TRABAJO DE METALES NO PREVISTO EN OTRO LUGAR. › B23K SOLDADURA SIN FUSION O DESOLDEO; SOLDADURA; REVESTIMIENTO O CHAPADO POR SOLDADURA O SOLDADURA SIN FUSION; CORTE POR CALENTAMIENTO LOCALIZADO, p. ej. CORTE CON SOPLETE; TRABAJO POR RAYOS LASER (fabricación de productos revestidos de metal por extrusión de metales B21C 23/22; realización de guarniciones o recubrimientos por moldeo B22D 19/08; moldeo por inmersión B22D 23/04; fabricación de capas compuestas por sinterización de polvos metálicos B22F 7/00; disposiciones sobre las máquinas para copiar o controlar B23Q; recubrimiento de metales o recubrimiento de materiales con metales, no previsto en otro lugar C23C; quemadores F23D). › B23K 35/00 Varillas de soldar, electrodos, materiales o medios ambientes utilizado para la soldadura sin fusión, la soldadura o el corte. › en los que el principal constituyente funde a menos de 400°C.
Clasificación antigua:
- B23K35/26 B23K 35/00 […] › en los que el principal constituyente funde a menos de 400°C.
Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.
Fragmento de la descripción:
Pasta de soldadura sin plomo.
Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere a una pasta de soldadura sin plomo que es apta para la soldadura por reflujo de componentes del chip y que puede evitar la aparición de cabeceo durante la soldadura por reflujo.
Entre los procedimientos de soldadura utilizados frecuentemente en la actualidad, el procedimiento de soldadura por reflujo es particularmente adecuado para unir componentes electrónicos sumamente pequeños a paneles de circuito impreso. En la soldadura por reflujo, una pasta de soldadura que contiene polvo de soldadura fino y un fundente se aplica a las áreas seleccionadas de un panel de circuito impreso imprimiendo la retícula a través de una máscara metálica o retícula de seda. Los dispositivos electrónicos se montan a continuación sobre la pasta de soldadura aplicada y mantenida temporalmente en su lugar sobre el panel del circuito impreso por la adherencia de la pasta de soldadura. El panel del circuito impreso y los dispositivos electrónicos se calientan a continuación, habitualmente en un horno, para fundir el polvo de soldadura en la pasta. La pasta fundida se enfría a continuación para solidificar la soldadura fundida, formando de este modo juntas soldadas entre los dispositivos electrónicos y el panel del circuito.
El procedimiento de soldadura por reflujo permite que diminutos dispositivos electrónicos se coloquen exactamente sobre un panel de circuito impreso y no se produce un puenteado no deseado de la soldadura entre dispositivos electrónicos adyacentes, de modo que puede producir paneles de circuito impreso de alta precisión y fiabilidad. Este procedimiento también tiene una excelente productividad.
Sin embargo, un problema que ha surgido cuando se sueldan diminutos componentes electrónicos a los paneles de circuito impreso por soldadura por reflujo es el fenómeno del cabeceo (denominado también como fenómeno de Manhattan). En este fenómeno, un extremo de un dispositivo electrónico se separa de un panel de circuito impreso durante el reflujo mientras que su extremo opuesto queda unido al panel del circuito, como resultado de lo cual un extremo sube y el dispositivo electrónico adopta una orientación más o menos vertical. El cabeceo es producido por una diferencia en el tiempo en el que la pasta de soldadura se funde en los extremos opuestos de un dispositivo electrónico durante el calentamiento en un horno de reflujo. La tensión superficial que la soldadura fundida ejerce sobre un componente electrónico es mayor que la fuerza adhesiva ejercida por la adherencia de la soldadura en estado no fundido. Por consiguiente, si la pasta de soldadura en un primer extremo de un dispositivo electrónico funde mientras que la pasta de soldadura en un segundo extremo del dispositivo está todavía sin fundir, la tensión superficial ejercida por la soldadura fundida en el primer extremo ejerce una fuerza hacia abajo en el primer extremo que puede ser lo bastante fuerte para desprender el segundo extremo del dispositivo electrónico desde el panel del circuito impreso y dar lugar a que el segundo extremo oscile hacia arriba alrededor del primer extremo. Cuando un dispositivo electrónico experimenta cabeceo, el segundo extremo del dispositivo electrónico no está conectado eléctricamente al panel del circuito impreso, de modo que el dispositivo no puede funcionar apropiadamente. El cabeceo es específicamente un problema con los componentes del chip sin plomo, que son sumamente pequeños y frecuentemente tienen unas dimensiones máximas inferiores a un milímetro, haciendo que sean muy sensibles al cabeceo cuando existe un desequilibrio en las fuerzas que actúan en sus extremos durante la soldadura por reflujo.
Se ha descubierto que el cabeceo puede evitarse mediante la utilización de una aleación de soldadura de dos picos, que es una soldadura que tiene dos picos en una curva DSC (calorímetro de exploración diferencial) entre sus temperaturas de sólido y líquido, ocurriendo alguna transformación de fases a la temperatura de cada pico. Por contraste, una aleación para soldadura eutéctica tiene solamente un solo pico en la curva DSC entre sus temperaturas de sólido y líquido.
Sin embargo, las aleaciones de soldadura de dos picos que han sido propuestas de este modo en gran medida para su utilización en pastas de soldadura son soldaduras que contienen plomo. Por ejemplo, la patente US nº 6.050.480 da a conocer aleaciones con soldadura de dos picos que contienen hasta aproximadamente 40% en masa de plomo.
En los últimos años, ha aparecido un movimiento en la industria electrónica contrario a la utilización de soldaduras que contienen plomo debido al daño medioambiental que puede producirse cuando el equipo electrónico que emplea soldaduras que contiene plomo se descarga en vertederos y el plomo en los lixiviados de la soldadura se introduce en los suministros de agua.
El documento WO 0048784 da a conocer un procedimiento para reducir la sensibilidad al cabeceo mezclando dos tipos de polvos de aleación de soldadura para obtener la aleación final.
Por consiguiente, existe una gran necesidad en la industria electrónica de proporcionar una pasta de soldadura sin plomo que sea adecuada para la soldadura por reflujo de dispositivos electrónicos sin la aparición de cabeceo.
Sumario de la invención
La presente invención proporciona una pasta de soldadura sin plomo que puede utilizarse para soldadura por reflujo sin producir cabeceo.
La presente invención proporciona además un procedimiento de soldadura por reflujo que utiliza una pasta de soldadura sin plomo.
Según una forma de la presente invención, una pasta de soldadura comprende una mezcla de un polvo de aleación de soldadura sin plomo a base de Sn y un fundente mezclado con el polvo. La aleación de soldadura es una soldadura que tiene dos picos en una curva DSC entre sus temperaturas de sólido y líquido y contiene de 0,2 a 1,0% en masa de Ag. El primer pico se produce al comienzo de la fusión de la aleación, y el segundo pico se produce a una temperatura superior a la del primer pico cuando la mayor parte de la aleación de soldadura se funde posteriormente. Preferentemente, la magnitud del primer pico es menor o igual a la magnitud del segundo pico.
La aleación de la soldadura puede incluir varios componentes adicionales, tal como un elemento que mejora la resistencia o un elemento que impide la oxidación.
Según otra forma de la presente invención, un procedimiento de soldadura comprende la realización de la soldadura por reflujo de dispositivos electrónicos para un panel de circuito impreso utilizando una pasta de soldadura según la presente invención.
La presente invención no se limita a la utilización de cualquier tipo de dispositivo electrónico, sino que es específicamente adecuada para la soldadura por reflujo de componentes de chips sin plomo.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una curva DSC (calorímetro de exploración diferencial) de una aleación de soldadura con Sn-0,5Ag.
La figura 2 es una curva DSC de una aleación de soldadura con Sn-1Ag.
La figura 3 es una curva DSC de una aleación de soldadura con Sn-0,5Ag-0,1Ni.
La figura 4 es una curva DSC de una aleación de soldadura con Sn-1Ag-0,1P.
La figura 5 es una curva DSC de una aleación de soldadura con Sn-3,5Ag.
La figura 6 es una curva DSC de una aleación de soldadura con Sn-2Ag-0,5Cu.
Descripción de las formas de realización preferidas
Una aleación de soldadura de dos picos tal como la que se utiliza en una pasta de soldadura según la presente invención está pensada para evitar el cabeceo experimentando la fusión gradual a lo largo de un intervalo de temperaturas y de este modo prolongando el tiempo durante el que tiene lugar la fusión. Con una aleación de soldadura eutéctica, si la soldadura comienza a fundir en diferentes momentos en los extremos opuestos de un dispositivo electrónico, la soldadura en un extremo del dispositivo electrónico puede alcanzar un estado completamente fundido aunque la soldadura en el extremo opuesto del dispositivo electrónico esté todavía en un estado no fundido. En este caso, la soldadura en un estado completamente fundido ejercerá una fuerza de tensión mucho mayor en el dispositivo electrónico que la soldadura no fundida, y el desequilibrio en las fuerzas de tensión puede...
Reivindicaciones:
1. Pasta de soldadura sin plomo para soldar componentes de chips que consiste en una mezcla de un polvo de aleación de soldadura de dos picos sin plomo a base de Sn mezclada con un fundente, estando constituida la aleación de soldadura por entre el 0,2 y el 1,0% en masa de Ag, por lo menos uno de entre (i) a (iii) enumerados a continuación y el resto de Sn y presentando un primer pico de absorción de calor en una curva del calorímetro por exploración diferencial al comienzo de la fusión de la aleación de soldadura y un segundo pico cuando la mayor parte de la aleación de soldadura se funde posteriormente:
2. Pasta de soldadura según la reivindicación 1, en la que la aleación de soldadura tiene un punto de fusión de por lo menos 220ºC.
3. Procedimiento de soldadura que comprende realizar la soldadura por reflujo de los componentes sin plomo del chip en un panel de circuito impreso que utiliza una pasta de soldadura sin plomo tal como se define en la reivindicación 1 ó 2.
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