Satisfaciendo las Crecientes Demandas de Confiabilidad en Aplicaciones de Electrónica Automotriz

Por Watson Tseng, Gerente General, SHENMAO America Inc.

Mientras que el futuro de vehículos autónomos es prometedor, las exigencias y requerimientos continúan incrementándose en los dispositivos automotrices. Se espera que los dispositivos automotrices sean más pequeños, ligeros, multifuncionales y cuenten con comunicaciones de respuesta rápida. La confiabilidad está surgiendo como la prioridad principal ya que está relacionada con la seguridad de los conductores y pasajeros. Los requerimientos de confiabilidad automotriz son más altas que para los productos de consumo electrónico a la vez que toman en consideración el impacto del ambiente extremo, alternación de las estaciones y vibración mientras se conduce. Como resultado, son necesarios dispositivos de una extremadamente alta confiabilidad.

La prueba de ciclado térmico (TCT, por sus siglas en inglés) es un método que se usa para evaluar la confiabilidad de productos electrónicos. El factor crítico de falla en TCT es el estrés térmico que viene de coeficientes de expansión térmica (CTE, por sus siglas en inglés) discrepantes durante el ciclo de temperatura. La discrepancia entre CTEs dentro de la estructura de un ensamble es

Microestructura de la Sn-3.0Ag-0.5Cu

significativa. Las fallas ocurren bajo un impacto térmico continuo de expansión y contracción. Las uniones de soldadura juegan un rol importante al conectar el paquete y el PCB, proporciona una unión eléctrica y mecánica entre ellos. El estrés térmico de discrepancia entre CTEs también impacta las uniones de soldadura: aumentan la fortaleza de la soldadura para evitar fatiga térmica.

Hay  dos maneras principales para fortalecer la resistencia de la soldadura. La primera es fortalecimiento por dispersión, la cual introduce una segunda fase como compuesto intermetálico (IMC, por sus siglas en inglés) por medio de la adición de un elemento de aleación tal como Ag, Cu, etc. Lo más alto de contenido de AG, lo más fino que es dispersado el IMC Ag₃Sn y una matriz de soldadura de tamaño de grano, lo que da por resultado una alta fuerza y resistencia a la fatiga y, por lo tanto, resulta en una más alta confiabilidad a la fatiga térmica. A la fecha, la aleación de soldadura libre de plomo Sn-Ag-Cu es la ideal para la mayoría de las aplicaciones. La Sn-4Ag-0.5Cu, también conocida como SAC405, es un popular candidato cuando se toma en consideración la confiabilidad.

El Segundo método que se utiliza para aumentar la resistencia de la soldadura es el fortalecimiento de la solución sólida, en la cual se agrega un elemento (aditivo) a la red cristalina del elemento base (Sn). La no uniformidad local en la red cristalina, la cual fue inducida por la diferencia en el tamaño de los átomos del aditivo y el Sn, hace que las dislocaciones no se puedan mover fácilmente alrededor de esta interrupción. Las diferencias más  grandes en tamaño crean más distorsión en la red cristalina, lo que resulta en la obtención de una más alta resistencia. Bi, In y Sb son candidatos comunes del fortalecimiento de la solución sólida de aleaciones de soldadura.

Para mantener el ritmo con los requerimientos y demandas de la industria de electrónica automotriz, se deben desarrollar aleaciones libres de plomo de alta confiabilidad con las metas de confiabilidad de ciclado térmico más alta que la SAC405; temperaturas similares de soldadura a las de una aleación típica de soldadura SAC y buena habilidad de soldadura. Además, todas las sustancias peligrosas como el elemento plomo deben evitarse para cumplir con todos los requerimientos RoHS.

Las nuevas aleaciones de soldadura de alta confiabilidad de SHENMAO cumplen todas estas necesidades. La PF916-S y la PF918-S son aleaciones de soldadura con Ag, Bi y otro aditivo menor, cuentan con una ventana de temperatura de soldadura similar a las aleaciones SnAgCu, permitiendo una adopción fácil en los procesos de empaquetado existentes. La PF918-S tiene un rendimiento de confiabilidad térmica más alta que las típicas aleaciones de soldadura  tales como la SAC305 y SAC405, es apropiada para uso en aplicaciones electrónicas automotrices. Mientras que la PF918-S proporciona una confiabilidad térmica mejorada,  la PF916-S que está dopada con Sb, tiene el mejor rendimiento en ciclo térmico y choque mecánico. Ambas aleaciones de alta confiabilidad exhiben un comportamiento de fusión similar a la SAC405 así como una excelente resistencia a la tracción y dutilidad, lo que las hace ideales para su uso en aplicaciones de soldadura automotriz de alta confiabilidad.

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