Caracterización de Fases Intermetálicas del sistema Cu-In-Sn gestadas en soldaduras por difusión libres de Pb

S. SOMMADOSSI; S. RAMOS DE DEBIAGGI; A. MONTI; M. RUDA; M. R. ESQUIVEL; H. TROIANI; A. FERNANDEZ GUILLERMET

Ciudad de Cartagena de Indias - Colombia

Congreso; X IBEROMET Congreso Iberoamericano de Metalurgia y Materiales; 2008

Universidad Tecnológica de Bolivar - Colombia

Las aleaciones ternarias de Cu-In-Sn han recibido atención creciente en los últimos años en vista de su aplicación en el desarrollo de nuevas aleaciones libres de Pb en tecnologías de unión especialmente en dispositivos de la industria electrónica y eléctrica debido a aspectos medioambientales. A su vez dichos dispositivos son exigidos cada vez más durante su vida en servicio (amplios rangos de temperaturas, medioambientes corrosivos, altas disipaciones eléctricas y/o grandes esfuerzos mecánicos, vinculadas a las industrias electrónicas y microelectrónicas) y por lo tanto la exploración de nuevos métodos de unión es de vital importancia. En este sentido el método de soldadura por difusión es muy atractivo ya que permite desarrollar uniones que requieren bajas temperaturas de fabricación pero que soportan altas temperaturas de servicio. A su vez este método ofrece la posibilidad de miniaturizar la zona de unión ya que requiere poco material para formar uniones de algunos micrones de espesor, tal como se requiere en la generación de MEMS. Las propiedades tecnológicas de la unión, tales como temperaturas de servicio admisibles, dureza, resistencia mecánica, eléctrica y a la corrosión, están directamente vinculadas con las propiedades estructurales y termodinámicas de las fases intermetálicas que se forman en la soldadura. En este trabajo se presenta la caracterización microestructural, química y cristalográfica de la capa de intermetálicos rica en Cu (IMCs) generada mediante soldadura por difusión del ensamble Cu/In-Sn/Cu. A su vez se presentan los resultados de resistividad eléctrica de dicha capa requeridos para aplicaciones tecnológicas en contactos. Las uniones se fabricaron a 400 ºC durante el tiempo necesario para convertir completamente en fases intermetálicas a la aleación eutéctica de In-Sn mediante una interacción de difusión-reacción con el sustrato de Cu. Se fabricaron uniones lo suficientemente gruesas para permitir su delaminación y manipulación en la medición de la resistividad mediante el método de 4 puntas aplicando 20 y 200 mA y de esta forma inhibir los efectos del sustrato. Una vez que la capa de intermetálicos fue aislada se procedió a su preparación para ser inspeccionada con microscopía de transmisión (TEM) para obtener información sobre la microestructura, composición y cristalografía. También se analizó con micro-sonda (EPMA) la composición de la capa de IMCs a una escala espacial mayor. Para completar el análisis cristalográfico, se pulverizó parte de la capa de IMCs para su análisis con difracción de rayos-X. Los análisis preliminares realizados con SEM-EDX en áreas de 100μm de lado sobre la capa de IMCs muestran una  una zona de multiple-existencia de fases según el diagrama de fases de equilibrio. Se comparan los resultados obtenidos mediante XRD, EPMA y TEM con los obtenidos en trabajos previos para capas de IMCs de espesores 100 veces menores gestados a la misma temperatura, de manera de determinar la estabilidad de las microestructura de las fases en otras condiciones geométricas.Los valores de resistividad de la capa de IMCs mostraron valores razonables entre la resistividad del Cu y de la aleación de unión inicial. Es decir que desde el punto de vista de aplicación tecnológica como contacto eléctrico no muestra obstáculos, así como se evidenció para espesores menores su factibilidad en cuanto a su resistencia térmica y mecánica, soportando hasta 700°C y 150 MPa.