ESTUDIO SOBRE LA RESISTENCIA MECÁNICA Y ASPECTOS CINÉTICOS

S. SOMMADOSSI, A. FERNÁNDEZ GUILLERMET

Santiago de Chile, Chile

Jornada; CONAMET/SAM-2006; 2006

Este trabajo presenta los estudios realizados sobre las uniones libres de Pb, Cu/In-48Sn/Cu, para determinar la cinética de crecimiento de las fases en la zona de unión y su resistencia mecánica con el propósito de establecer las condiciones procesado y de servicio en las cuales su implementación sería factible, especialmente en electrónica y microelectrónica. Las uniones se fabricaron mediante soldadura por difusión entre 200 y 400 ºC durante el tiempo necesario para convertir completamente en fases intermedias a la aleación eutéctica de In-Sn mediante una interacción de difusión-reacción con el sustrato de Cu. La zona de unión que varia entre 10 a 20 μm esta constituida por una o dos clases de capas de compuestos intermetálicos (IMCs): η-(Cu6Sn5 o Cu2In), ζ -Cu10Sn3. Dependiendo de las condiciones de procesado presenta diferentes geometrías: Cu/η/Cu, Cu/ ζ/η/ ζ/Cu o Cu/ζ/Cu. El estudio de la cinética de crecimiento de la fase ζ mostró que la misma crece linealmente con el tiempo, indicando un control por reacción en la interfase. La dependencia de los coeficientes de crecimiento lineal con la temperatura obedece una ley de Arrhenius, de la cual se obtiene una energía de activación 121 kJ/mol y coeficiente pre-exponencial 57 m/s, es decir que el proceso es activado térmicamente. Las propiedades mecánicas fueron estudiadas mediante ensayo de tracción, cizalla y microdureza. Los valores de tensión máxima de fractura para los dos tipos de ensayos mostraron valores de 155 y 50 MPa para uniones con y sin fase η, respectivamente. La debilidad de la fase η frente a los esfuerzos mecánicos yace en su microestructura duplex que genera una interfase de granos finos/grandes que propicia la fractura. Los valores promedio de dureza para la capa de fase η y ζ rondaron los 9.5 y 6.7 GPa, respectivamente. Se determinó que la zona de granos finos de la fase η adyacente al Cu tiene una dureza 1.3 GPa menor que la zona de granos gruesos debido a una orientación preferencial de los granos grandes durante su crecimiento hacia el líquido.