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O estanho por imersão é bem aceito como acabamento final de alta confiabilidade na indústria. Devido à sua excelente resistência à corrosão, apresenta grandes participações de mercado, principalmente na indústria automotiva. Durante o processo de soldagem, um composto intermetálico (IMC) é formado entre o cobre e o estanho. Uma preocupação remanescente na indústria é o impacto potencial do IMC na soldabilidade do acabamento final.

Neste artigo, os modos de falha típicos na soldagem de estanho por imersão são descritos e correlacionados às possíveis causas raiz dos defeitos.

Durante o envelhecimento, exposição térmica ou durante o processo de refluxo na montagem, uma camada intermetálica é formada entre o substrato de cobre e a camada de estanho, de modo que o depósito de estanho eventualmente consiste em IMC e estanho livre coberto por uma camada de óxido de Sn. Esta camada consiste em uma mistura de SnO e SnO2, que é chamada de SnOx ou Sn-Oxide. As propriedades de montagem da camada de estanho dependem das características do IMC, da camada de óxido de Sn e do teor de estanho livre, que foi extensivamente estudado e descrito por T. Hetschel et al. em 20091-2. Devido ao crescimento do IMC, que consome a maior parte do estanho livre, apenas permanecem ilhas de estanho no topo da camada, que são cobertas por uma fina camada de óxido. As propriedades da camada de óxido de Sn, como homogeneidade e espessura, impactam a soldabilidade do acabamento superficial do estanho, bem como outras características. Contaminação no depósito de estanho ou defeitos na camada de óxido podem levar a baixa molhabilidade ou descoloração, conhecidos como defeitos de desumidificação.

Crescimento do IMC e formação de óxido de estanho durante o processo de refluxo Durante o processo de montagem, o painel estanhado deve passar por múltiplos ciclos de refluxo. Durante o processo de refluxo, o IMC cresce e a espessura da camada de óxido que cobre o depósito de estanho aumentará. Após o primeiro ciclo de refluxo, normalmente cerca de 70% a 80% da espessura total do estanho é consumida pela formação da fase intermetálica Cu6Sn5 e Cu3Sn3. No segundo ciclo de refluxo, a espessura do IMC aumenta ainda mais, de modo que apenas ilhas únicas de estanho puro permanecem na superfície do depósito. Ao mesmo tempo, o processo de refluxo leva ao crescimento da camada de óxido. Embora o envelhecimento por refluxo sob nitrogênio tenha um impacto menor, o processo de refluxo sob ar aumentará significativamente a espessura da camada de óxido de Sn. A interação das características do IMC e das propriedades da camada de óxido de Sn terá um impacto considerável na soldabilidade do acabamento de estanho por imersão.

Ao observar a montagem de camadas de estanho por imersão, a principal causa dos problemas de soldagem é a contaminação, que afeta tanto o crescimento do IMC quanto a formação da camada de óxido. Três tipos diferentes de contaminação podem ser considerados:

Os defeitos de soldagem que podem ser observados em acabamentos de estanho por imersão normalmente podem ser categorizados nas seguintes categorias:

No que diz respeito aos defeitos de desidratação e autodesidratação, a homogeneidade e espessura da camada de óxido de Sn é altamente importante.

Na seção seguinte, serão dados alguns exemplos para explicar como as contaminações afetam a soldabilidade do acabamento superficial do estanho.

Resíduos em Cobre Se resíduos de processos anteriores, como aplicação de máscara de solda, permanecerem na superfície do cobre antes de o painel ser imerso na solução de estanhamento, isso pode afetar a soldabilidade do acabamento final. Os resíduos não podem ser removidos durante o processo de galvanização úmida e permanecem na interface cobre/estanho. Durante o primeiro ciclo de refluxo, tais resíduos podem migrar para a superfície da camada de estanho com o crescimento do IMC. No segundo ciclo de refluxo, os resíduos podem afetar a estabilidade da camada de óxido de estanho e causar fissuras, fazendo com que o estanho líquido penetre e alcance a superfície da camada. A Figura 1 mostra um desenho esquemático que ilustra como os resíduos podem se mover dentro da camada e atingir a superfície da camada de estanho durante os dois ciclos de refluxo.

Figura 1: Desenho esquemático do impacto potencial das contaminações no cobre durante o processo de refluxo.