La SN100C Alcanza 20 Años de Servicio Confiable

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La implementación de la Directiva RoHS de la Unión Europea mandó el uso de soldaduras libres de plomo en la industria electrónica a partir de Julio del 2006; sin embargo, cinco años antes, la regulación de Japón, de reciclado de electrodomésticos WEEE (equipo de desperdicio eléctrico y electrónico) para articulos eléctricos del hogar, aire acondicionado, refrigeradores, congeladores, TVs, máquinas lavadoras, secadoras de ropa, fue implementada en el 2001. Una nueva categoría de tipo de desperdicio que incluye metales preciosos así como sustancias tóxicas tales como plomo (Pb) y bifenilos polibrominados (PBBs) fueron incluidos en la regulación WEEE. Para la solución de reemplazar la soldadura Sn-Pb, la industria buscó aleaciones libres de plomo de las cuales el sistema SnCu parecía razonable. Sin embargo, la SnCu no tuvo el rendimiento esperado como el de una soldadura eutética tal que la industria empezó a investigar mejoras a los retos para convertir la SnCu a una soldadura amigable al usuario.

 

En 1998, Tetsuro Nishimura, Gerente Técnico de Nihon Superior, en asociación con la División de Audio Video de Panasonic Corp., investigó extensamente la causa del pobre rendimiento de la SnCu. El identificó la nucleación de la segunda fase de la eutética Cu6Sn5 como el problema. Una adición de níquel (Ni) a nivel de trazo (0.05%) fue descubierto como el método más efectivo para aumentar el rendimiento como soldadura. Durante la solidificación, el Ni trabaja facilitando la nucleación del componente intermetálico Cu6Sn5, haciendo posible que se solidificara como una soldadura eutética SnPb. Con la micro aleación del Ni al SnC es que nació la SN100C. Durante el desarrollo, una adición de Germanio (Ge) se identificó también como el método más efectivo de controlar la oxidación que genera escoria.  

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Nishimura fue premiado como el Mejor Inventor por el Magazine SMT Today durante la Exhibición y Conferencia SMTA International 2015 en reconocimiento a través de la industria electrónica como el inventor de la SN100C y el pionero de soldaduras micro aleadas. El Premio al Mejor Inventor  reconoce a un individuo o equipo cuya/s innovación/es no solo han abordado una necesidad y resuelto un problema sino que también ha sido usado para impulsar una eficiencia mejorada, productividad y rendimiento dentro de la industria de manufactura electrónica. Nishimura declaró, “La pequeña cantidad de Ni es como el efecto de la sal en un platillo de comida. Una pequeña cantidad no tiene sabor, sin efecto, pero, una gran cantidad de sal sobre potencia el platillo, haciéndolo que no sepa bueno. Un buen platillo requiere la cantidad correcta de sal justo como la SN100C tiene la cantidad correcta de níquel. Por otro lado, el GE es similar a la pimienta la cual da un buen sabor pero, la cantidad puede ser variada.”

 

El primer uso comercial de producción en masa para la recientemente desarrollada soldadura SN100C fue en 1999 en una VCR Panasonic. Desde entonces, la SN100C ha sido ampliamente aceptada y se ha ganado la reputación como una soldadura confiable. La confiabilidad de la SN100C ha sido probada en un amplio rango de productos de ensambles electrónicos, desde electrodomésticos a industrial a automotriz a aeroespacial. La aleación ofrece una microestructura estable libre de plata que puede acomodar tensiones de impacto a largo plazo a las que puede someterse una unión de soldadura. El carácter eutético de la aleación SN100C y la alta fluidez asociada proporciona humectación más rápida y más capacidad de propagación que la SAC305, lo cual es de beneficio en aplicaciones de soldadora de ola y soldadura manual así como en reflujo.

 

La soldadura se usa para conectar componentes eléctricos a las tablillas de circuito impreso para hacer funcionar los dispositivos electrónicos. Recientemente ha habido un significativo aumento en el interés de vehículos ecológicos híbridos y/o eléctricos que pueden ser expuestos a temperaturas extremas durante el servicio, Por lo tanto, la resistencia de una unión de soldadura a la fatiga térmica es una característica importante.

 

La Figura 2 es un ejemplo de la confiabilidad proporcionada por la altamente confiable, de bajo costo y libre de plata SN100C. De los cortes seccionales de abajo, es claro que en el termo ciclado hay diferencias significativas entre la aleación SN100C y la Sn-3.8Ag-0.7Cu. Las fracturas empezaron a aparecer en la última aleación después de 2000 ciclos con falla completa a los 4000 ciclos. En las uniones hechas con SN100C, no hubo fractura significativa sino hasta los 4000 ciclos. La conclusión es que la SN100C tiene una excelente resistencia a la fatiga térmica.

 

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Nihon Superior ha sido un líder en materiales de soldadura y soldadura fuerte desde que fue fundada en 1966 por Toshiro Nishimura y continúa su tradición de desarrollar materiales de conexión libres de plata con mejoras en la confiabilidad, uniones estables térmicamente y, unión de dado libre de plomo. El hijo de Toshiro, Tetsuro, corre ahora la compañía y el nieto de Toshiro, Takatoshi, está también involucrado, haciendo de Nihon Superior una empresa de propiedad familiar de tercera generación (Figura 3). La compañía continúa desarrollando productos altamente confiables y está comprometida a ganar de sus clientes el más alto nivel de confianza al tomar la responsabilidad completa de cada producto entregado a ellos y permanece dispuesta a satisfacer sus crecientes demandas para la diversificación, tecnologías cada vez más sofisticadas y, protección ambiental.

 

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Cada vez es más evidente que la simple aleación terciaria SAC305 no puede ofrecer todo lo que la industria electrónica requiere de una soldadura en términos de costo y rendimiento. El costo del 3-4 porciento de Ag requerido para obtener la temperatura de sólido de 217°C fue una de las razones principales para seleccionar la Sn-Ag-Cu eutética que ha motivado a la industria a reducir el contenido de Ag a tan bajo como 0.1 porciento de Ag o a usar las aleaciones basadas en Sn-Cu sin Ag. Nihon Superior ha desarrollado ahora la SN100CV que iguala o excede la fortaleza de la SAC305 aunque es libre de plata. La nueva aleación SN100CV gana su fortaleza de átomos solutos en la matriz de estaño de la unión a diferencia de las aleaciones que contienen plata que derivan su fortaleza de una dispersión de finas partículas de Ag3Sn eutética. La Bi adición permite uniones de soldadura térmicamente estables aún después del ciclado térmico.

 

Otro producto que la compañía ha desarrollado es la Pasta de Sinterizado de Plata Alconano, la cual está basada en una tecnología patentada que hace posible unir efectivamente la mayoría de los metales así como Si y SiC a bajas temperaturas de sinterizado, en nitrógeno si es necesario, sin los residuos sulfurosos o nitrosos que son los subproductos del sinterizado de algunas otras pastas de nano-plata. La superficie altamente activa de las partículas de nano-plata y las consecuentes fuertes fuerzas de capilaridad hacen posible lograr fuertes uniones con alta conductividad eléctrica y térmica a bajas temperaturas sin la necesidad de presión externa.

 

Conclusión

Hace veinte años, cuando la SN100C fue inventada, fue considerada ser una alternativa confiable y estable a soldaduras de Sn-Pb. Dos décadas después, la reputación de la SN100C ha crecido aún más fuerte ya que ha evolucionado para satisfacer los nuevos retos de la industria. Avanzando hacia el futuro, la compañía continuará su misión de desarrollar nuevos productos a la vez que permanece comprometido con sus clientes.

 

Para más información, contacte a Keith Howell, Director Técnico de Nihon Superior USA LLC., 1395 Hawk Island Dr., Osage Beach, MO 65065, Correo electrónico: k.howell@nihonsuperior.co.jp  Sitio web: www.nihonsuperior.com.



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