La aplicación de alta presión estática (por ejemplo, 10 MPa) durante la unión por Fases Líquidas Transitorias (TLP) es el principal impulsor de la densificación de la unión. Actúa como un compensador mecánico para las reacciones químicas que ocurren dentro de la unión, forzando directamente las fases en solidificación a unirse para eliminar los vacíos internos que se forman naturalmente durante el procesamiento.
Conclusión Clave La formación de compuestos intermetálicos crea una importante contracción de volumen, lo que conduce naturalmente a la porosidad. La presión externa no es simplemente para mantener las piezas unidas; es un parámetro de procesamiento crítico requerido para colapsar estos vacíos y forzar a las fases generadas a interconectarse en una microestructura continua y densa.
La Mecánica del Cambio Microestructural
Contrarrestando la Contracción Química
La reacción entre el estaño líquido (Sn) y los polvos metálicos sólidos no es neutra en volumen. A medida que los elementos líquidos y sólidos reaccionan para formar compuestos intermetálicos (CIM), el volumen total del material disminuye.
Para las uniones Sn-Ag-Co, esta contracción de volumen es significativa. La formación de la fase CoSn2 resulta en una reducción del -14,9% en volumen. De manera similar, la fase Ni3Sn4 resulta en una reducción del -11,3%.
Eliminando la Porosidad Interna
Sin intervención externa, esta contracción química deja espacio vacío. Estos espacios se manifiestan como vacíos internos, que debilitan la unión.
Una prensa de laboratorio aplica presión estática continua para compensar mecánicamente esta pérdida de volumen. Comprime activamente la unión a medida que avanza la reacción, evitando que la contracción resulte en porosidad permanente.
Mejorando la Continuidad de Fases
La presión influye en la disposición de la microestructura, no solo en su densidad. La fuerza externa impulsa las fases generadas —específicamente (Co,Ni)Sn2 y Ni3Sn4— a entrar en contacto directo entre sí.
Este contacto forzado promueve la continuidad microestructural. En lugar de cúmulos aislados de CIM separados por vacíos, la presión asegura que las fases se interconecten, creando un puente sólido y cohesivo entre las superficies de unión.
Las Consecuencias de una Presión Insuficiente
El Riesgo de Uniones Discontinuas
Es importante reconocer que la presión es un requisito, no una opción, para estos sistemas de aleación específicos. Dado que las tasas de contracción son altas (hasta ~15%), los métodos de unión pasiva probablemente no producirán una unión sólida.
Si la presión estática es demasiado baja o se retira demasiado pronto, la pérdida de volumen inevitablemente conducirá a la formación de vacíos. La microestructura resultante será porosa y discontinua, comprometiendo significativamente la fiabilidad mecánica de la unión.
Optimizando su Proceso de Unión TLP
Para lograr una unión Sn-Ag-Co de alta calidad, debe tratar la presión como una variable dinámica que gestiona los cambios químicos.
- Si su enfoque principal es la Densidad de la Unión: Mantenga una presión continua (por ejemplo, 10 MPa) específicamente para contrarrestar la contracción de volumen del -14,9% asociada con la formación de CoSn2.
- Si su enfoque principal es la Integridad Microestructural: Asegúrese de que la presión se aplique durante todo el período de reacción para forzar a las fases (Co,Ni)Sn2 y Ni3Sn4 a interconectarse en lugar de formar islas aisladas.
Al utilizar alta presión estática para compensar la contracción de volumen natural, transforma una zona de reacción porosa en una unión densa, interconectada y mecánicamente robusta.
Tabla Resumen:
| Mecanismo | Impacto en la Microestructura | Métrica/Resultado Clave |
|---|---|---|
| Compensación de Contracción Química | Contrarresta la pérdida de volumen por formación de CoSn2 y Ni3Sn4 | -14,9% vol. para CoSn2; -11,3% para Ni3Sn4 |
| Eliminación de Vacíos | Colapsa mecánicamente la porosidad interna durante la solidificación | Uniones densas y de alta fiabilidad |
| Interconexión de Fases | Fuerza (Co,Ni)Sn2 y Ni3Sn4 a contacto directo | Puente de CIM continuo y cohesivo |
| Integridad Mecánica | Previene la formación de cúmulos aislados de CIM | Unión robusta con fiabilidad mejorada |
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Referencias
- Byungwoo Kim, Yoonchul Sohn. Transient Liquid Phase Bonding with Sn-Ag-Co Composite Solder for High-Temperature Applications. DOI: 10.3390/electronics13112173
Este artículo también se basa en información técnica de Kintek Press Base de Conocimientos .
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