Caracterización de fases intermetálicas del sistema Cu-In-Sn gestadas por soldaduras por difusión libres de Pb

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

Cartajena de Indias - Colombia

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

Centro de Excelencia en Nuevos Materiales - Universidad del Valle

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 [1-3]. 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 [4]. 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-48Sn/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-48Sn 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 SEMEDX en áreas de 100μm de lado sobre la capa de IMCs muestran una composición promedio de Cu74In14Sn12 en %at., la cual corresponde a una zona de multiple-existencia de fases según el diagrama de fases de equilibrio [5]. 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. En trabajos previos se encontró que dependiendo de las condiciones de procesado se presentaron las siguientes configuraciones en la zona de unión: Cu/eta/Cu, Cu/Zeta+delta/eta/zeta+delta/Cu o Cu/ zeta+delta/Cu, donde las fases corresponden a eta-(Cu6Sn5 o Cu2In), zeta-Cu10Sn3 y delta-Cu7In3, en particular las fases zeta y delta consistían en delgadas láminas alternativas perpendiculares a la interfase original de la unión [6,7]. 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 [8]. References [1] K. Suganuma, Current Opinions in Solid State and Mater. Sci. 5 (2001) 55-64 [2] B. Richards, Mater. World, Jan. (2001) 19-21 [3] M. Abtew, G. Selvaduray, Mater. Sci. Eng. 27 (2000) 95-141 [4] G. Humpston, D.M. Jacobson, in: Principles of Soldering and Brazing, ASM International, Materials Park, OH, 1993, 128-132 [5] W. Köster, T. Gödecke, D. Heine, Z. Metallkd. 72 (1972) 802-807 [6] S. Sommadossi, W. Gust, E.J. Mittemeijer, Materials Chemistry and Physics 77 (2002) 924-929 [7] S. Sommadossi, A. Fernández Guillermet. Intermetallics 15:7 (2007) 912-917 [8] S. Sommadossi, J. Huici, P.K. Khanna, W. Gust, E.J. Mittemeijer, Z. Metallkd. 93, 6 (2002) 496-5