Aleaciones sin plomo

El consorcio NEMI de los EE.UU. recomienda SnAg3,9Cu0,6 para soldaduras por reflujo de montaje superficial y SnCu0,7 para soldaduras por onda. El plan JEITA para lograr soldaduras sin plomo en Japón recomienda SnAg3,0Cu0,5 para soldaduras de reflujo y a SnAg y SnZnBi como alternativas secundarias. JEITA recomienda además SnAg3,0Cu0,5 para soldaduras por onda y SnCu como una alternativa secundaria. El consorcio IDEALS de Europa prefiere SnAg3,8Cu0,7 para soldaduras por reflujo y SnAg3,8Cu0,7Sb0,25 para soldaduras por onda. El plan SOLDERTEC para lograr soldaduras sin plomo en Europa recomienda el rango de aleaciones SnAg(3,4-4,1)Cu(0,45-0,9) para soldaduras por reflujo y por onda.

La familia SnAgCu es actualmente la aleación preferida para todas las regiones del mundo. Se considera que la composición eutéctica real se encuentra dentro del rango SnAg(3,5-3,8)Cu(0,7-1). NIST definió la composición eutéctica real como SnAg3,5Cu0,9.

En Japón 2/3 de las empresas utilizan SnAgCu para soldaduras por reflujo y por onda. Las aleaciones SnAg, SnZnBi, SnAgCuBi y SnInAgBi se utilizan además en menor escala para reflujo de montaje superficial. Las aleaciones SnCu y SnAg se utilizan además en menor escala para soldaduras por onda. Aproximadamente 3/4 de las empresas utilizan SnAgCu para soldaduras a mano. La aleación SnAgCu de uso predominante en Japón es SnAg3,0Cu0,5 la cual se utiliza además cada vez en mayor escala en otras partes del mundo.

Kester es un concesionario de ISURF SnAgCu(Bi) patente 5.527.628, Senju-Matsushita SnAgCu(Bi) patente 3027441 y Oatey SnAgBiCu patente 4.879.096.

A continuación se presenta como referencia una lista de aleaciones sin Pb ordenadas según su punto de fusión. Se debe acotar que la lista no es completa ni se pretende excluir el uso potencial de otras aleaciones.

* Nota - Se concuerda en general que todas estas aleaciones SnAgCu se funden a
217 °C, pero los rangos de fusión publicados para cada aleación varía; los rangos de fusión indicados se estiman del diagrama de fases NIST; en todos los casos NIST determinó que existirá aproximadamente 0,1% de material sólido en cualquiera de estas aleaciones a 220 °C.

Costo del material de la aleación en relación a Sn63Pb37*

* Nota - el costo se basa en el precio de mercado para metales.

Propiedades físicas de las aleaciones sin plomo

Aleaciones SnAgCu(Bi)

• Alternativa sin plomo con mayor punto de fusión. La familia SnAgCu es el estándar de la industria electrónica y en la mayoría de los casos demostró una resistencia a la fatiga por ciclos térmicos igual o mayor que SnPb.
• Mayor tensión superficial y menor humectación que SnPb.
• AG proporciona mayor resistencia pero menor ductilidad que Pb.
• Cu reduce el punto de fusión del soldador. Cu mejora la resistencia a la fatiga por ciclos térmicos. Cu mejora la capacidad de humectación. Cu retarda la tasa de disolución del cobre de placas y componentes en el soldador fundido durante la soldadura.
• Bi reduce el punto de fusión del soldador. Bi mejora la capacidad de humectación. En la presencia de plomo de placas o componentes HASL (hot air solder leveling - nivelación de soldadura con aire caliente), Bi puede reducir en gran medida la resistencia a la fatiga por ciclos térmicos debido a la formación de Sn16Pb32Bi52 (PF = 95 °C) la cual puede se puede difundir a lo largo de las juntas intergranulares.

Aleación SnBi58(Ag)

• Alternativa sin plomo de bajo punto de fusión posiblemente apropiada para ciertos productos electrónicos. Su bajo punto de fusión excluye su utilización en aplicaciones donde la temperatura de funcionamiento es cercana a los 138 °C.
• Una proporción elevada de Bi reduce en gran medida el punto de fusión del soldador, pero la aleación es más frágil. Bi mejora la capacidad de humectación, pero se compensa en cierta medida por la mayor tasa de oxidación. En la presencia de plomo de placas o componentes HASL, Bi puede reducir en gran medida la resistencia a la fatiga por ciclos térmicos debido a la formación de Sn16Pb32Bi52 (PF = 95 °C) la cual puede se puede difundir a lo largo de las juntas intergranulares.
• Una pequeña cantidad de Ag puede mejorar la resistencia y la resistencia a la fatiga por ciclos térmicos, asumiendo la ausencia de plomo.

Aleación SnZn(Bi)

• Alternativa sin plomo con punto de fusión moderado sólo un poco mayor que SnPb.
• Zn reduce el punto de fusión. Zn exhibe una tasa elevada de oxidación y es susceptible a la corrosión atmosférica. Su tasa elevada de oxidación evita su utilización para soldaduras por onda. La vida útil de matriz o durabilidad de la pasta de soldar puede reducirse debido a la naturaleza reactiva del zinc.
• Bi reduce aún más el punto de fusión. Bi mejora la capacidad de humectación y mejora levemente la resistencia a la corrosión. En la presencia de plomo de placas o componentes HASL, Bi puede reducir en gran medida la resistencia a la fatiga por ciclos térmicos debido a la formación de Sn16Pb32Bi52 (PF = 95 °C) la cual puede se puede difundir a lo largo de las juntas intergranulares.

Aleación SnInAgBi

• Alternativa sin plomo con punto de fusión moderado menor que SnAgCu.
• Ag proporciona resistencia.
• Indio reduce el punto de fusión. Indio es un material dúctil. En la presencia de plomo de placas o componentes HASL, indio forma un compuesto terciario el cual tiene un cambio de fase a los 114 °C.
• Bi reduce aún más el punto de fusión y mejora la capacidad de humectación. En la presencia de plomo de placas o componentes HASL, Bi puede reducir en gran medida la resistencia a la fatiga por ciclos térmicos debido a la formación de Sn16Pb32Bi52 (PF = 95 °C) la cual puede se puede difundir a lo largo de las juntas intergranulares.