Soldar

Rejilla de soldadura, 1,6 mm de diámetro

Una articulación soldada usada para conectar un alambre al pasador de un componente en la parte trasera de un circuito impreso

Soldar (NA:) es una aleación de metal fusible que se utiliza para crear una unión permanente entre piezas de trabajo de metal. La soldadura se derrite para humedecer las partes de la unión, donde se adhiere y conecta las piezas después del enfriamiento. Los metales o aleaciones adecuados para su uso como soldadura deben tener un punto de fusión más bajo que las piezas a unir. La soldadura también debe ser resistente a los efectos oxidativos y corrosivos que degradarían la unión con el tiempo. La soldadura utilizada para hacer conexiones eléctricas también debe tener características eléctricas favorables.

La soldadura blanda normalmente tiene un rango de punto de fusión de 90 a 450 °C (190 a 840 °F; 360 a 720 K) y se usa comúnmente en trabajos de electrónica, plomería y chapa. Las aleaciones que se funden entre 180 y 190 °C (360 y 370 °F; 450 y 460 K) son las más utilizadas. La soldadura realizada con aleaciones con un punto de fusión superior a 450 °C (840 °F; 720 K) se denomina "soldadura dura", "soldadura de plata" o soldadura fuerte.

En proporciones específicas, algunas aleaciones son eutécticas, es decir, el punto de fusión de la aleación es el más bajo posible para una mezcla de esos componentes y coincide con el punto de congelación. Las aleaciones no eutécticas pueden tener temperaturas solidus y liquidus marcadamente diferentes, ya que tienen distintas transiciones líquidas y sólidas. Las mezclas no eutécticas a menudo existen como una pasta de partículas sólidas en una matriz fundida de la fase de fusión más baja a medida que se acercan a temperaturas lo suficientemente altas. En trabajos eléctricos, si la articulación se altera mientras está en este "pastoso" estado antes de que se solidifique por completo, puede resultar en una mala conexión eléctrica; el uso de soldadura eutéctica reduce este problema. El estado pastoso de una soldadura no eutéctica puede aprovecharse en plomería, ya que permite el moldeado de la soldadura durante el enfriamiento, p. para garantizar la estanqueidad de las juntas de las tuberías, lo que da como resultado la llamada "junta rota".

Para trabajos eléctricos y electrónicos, el alambre de soldadura está disponible en una variedad de grosores para soldar a mano (la soldadura manual se realiza con un soldador o una pistola de soldar) y con núcleos que contienen fundente. También está disponible como pasta a temperatura ambiente, como lámina preformada con la forma adecuada para la pieza de trabajo que puede ser más adecuada para la producción en masa mecanizada, o en pequeñas "pestañas" que se puede envolver alrededor de la junta y derretir con una llama donde no se puede usar o no hay hierro disponible, como por ejemplo en reparaciones de campo. Las aleaciones de plomo y estaño se usaban comúnmente en el pasado y todavía están disponibles; son particularmente convenientes para soldar a mano. El uso de soldaduras sin plomo ha ido en aumento debido a los requisitos reglamentarios, además de los beneficios para la salud y el medio ambiente de evitar los componentes electrónicos a base de plomo. Se utilizan casi exclusivamente hoy en día en la electrónica de consumo.

Los plomeros a menudo usan barras de soldadura, mucho más gruesas que el alambre que se usa para aplicaciones eléctricas, y aplican el fundente por separado; muchos fundentes de soldadura aptos para plomería son demasiado corrosivos (o conductores) para usarse en trabajos eléctricos o electrónicos. Los joyeros a menudo usan soldadura en láminas delgadas, que cortan en fragmentos.

Etimología

La palabra soldadura proviene de la palabra en inglés medio soudur, a través del francés antiguo soldado y soulder, del latín solidare, que significa "hacer sólido".

Composición

Basado en plomo

Sn₆₀Pb₄₀ soldadora

Las soldaduras de estaño-plomo (Sn-Pb), también llamadas soldaduras blandas, están disponibles comercialmente con concentraciones de estaño entre el 5 % y el 70 % en peso. Cuanto mayor sea la concentración de estaño, mayor será la resistencia a la tracción y al corte de la soldadura. El plomo mitiga la formación de filamentos de estaño, aunque se desconoce el mecanismo preciso para ello. Hoy en día, se utilizan muchas técnicas para mitigar el problema, incluidos los cambios en el proceso de recocido (calentamiento y enfriamiento), la adición de elementos como el cobre y el níquel, y la aplicación de recubrimientos de conformación. Las aleaciones comúnmente utilizadas para la soldadura eléctrica son 60/40 Sn-Pb, que se funde a 188 °C (370 °F), y 63/37 Sn-Pb, que se utiliza principalmente en trabajos eléctricos/electrónicos. Esta última mezcla es una aleación eutéctica de estos metales, que:

1. tiene el punto de fusión más bajo (183 °C o 361 °F) de todas las aleaciones de hojalata; y
2. el punto de fusión es verdaderamente un punto- no un rango.

En los Estados Unidos, desde 1974, el plomo está prohibido en soldaduras y fundentes en aplicaciones de plomería para uso de agua potable, según la Ley de Agua Potable Segura. Históricamente, se usaba una mayor proporción de plomo, comúnmente 50/50. Esto tenía la ventaja de hacer que la aleación se solidificara más lentamente. Con las tuberías unidas físicamente antes de soldar, la soldadura podría frotarse sobre la unión para garantizar la impermeabilidad. Aunque las tuberías de agua de plomo fueron reemplazadas por cobre cuando la importancia del envenenamiento por plomo comenzó a apreciarse por completo, la soldadura de plomo todavía se usaba hasta la década de 1980 porque se pensaba que la cantidad de plomo que podía filtrarse en el agua desde la soldadura era insignificante desde un lugar adecuado. unión soldada. El par electroquímico de cobre y plomo promueve la corrosión del plomo y el estaño. El estaño, sin embargo, está protegido por un óxido insoluble. Dado que incluso pequeñas cantidades de plomo se han encontrado perjudiciales para la salud como una potente neurotoxina, el plomo en la soldadura de plomería se reemplazó por plata (aplicaciones de grado alimenticio) o antimonio, con frecuencia se agregó cobre, y se incrementó la proporción de estaño (ver plomo- soldadura libre).

La adición de estaño, más cara que el plomo, mejora las propiedades humectantes de la aleación; el plomo en sí tiene malas características de humectación. Las aleaciones con alto contenido de estaño y plomo tienen un uso limitado, ya que el rango de trabajabilidad puede ser proporcionado por una aleación más barata con alto contenido de plomo.

Las soldaduras de plomo y estaño disuelven fácilmente el recubrimiento de oro y forman intermetálicos quebradizos. La soldadura 60/40 Sn-Pb se oxida en la superficie, formando una estructura compleja de 4 capas: óxido de estaño (IV) en la superficie, debajo una capa de óxido de estaño (II) con plomo finamente disperso, seguida de una capa de estaño (II) óxido con estaño y plomo finamente dispersos, y la propia aleación de soldadura por debajo.

El plomo y, hasta cierto punto, el estaño, tal como se usan en la soldadura, contienen cantidades pequeñas pero significativas de impurezas de radioisótopos. Los radioisótopos que sufren decaimiento alfa son motivo de preocupación debido a su tendencia a causar errores leves. El polonio-210 es especialmente problemático; el plomo-210 beta se desintegra en bismuto-210, que luego beta se descompone en polonio-210, un emisor intenso de partículas alfa. El uranio-238 y el torio-232 son otros contaminantes importantes de las aleaciones de plomo.

Sin plomo

Cable de soldadura de estaño puro

Tubos de cobre soldados con antorcha de propano y soldadura sin plomo

La Directiva de residuos de equipos eléctricos y electrónicos de la Unión Europea y la Directiva de restricción de sustancias peligrosas se adoptaron a principios de 2003 y entraron en vigor el 1 de julio de 2006, restringiendo la inclusión de plomo en la mayoría de los productos electrónicos de consumo vendidos en la UE y teniendo un amplio efecto en los productos electrónicos de consumo vendidos en todo el mundo. En los EE. UU., los fabricantes pueden recibir beneficios fiscales al reducir el uso de soldadura a base de plomo. Las soldaduras sin plomo de uso comercial pueden contener estaño, cobre, plata, bismuto, indio, zinc, antimonio y trazas de otros metales. La mayoría de los reemplazos sin plomo para la soldadura convencional 60/40 y 63/37 Sn-Pb tienen puntos de fusión de 50 a 200 °C más altos, aunque también hay soldaduras con puntos de fusión mucho más bajos. La soldadura sin plomo normalmente requiere alrededor de un 2 % de fundente en masa para una capacidad de humectación adecuada.

Cuando se utiliza soldadura sin plomo en la soldadura por ola, puede ser deseable un crisol de soldadura ligeramente modificado (por ejemplo, impulsores o revestimientos de titanio) para reducir los costos de mantenimiento debido a la mayor eliminación de estaño de la soldadura con alto contenido de estaño.

La soldadura sin plomo puede ser menos deseable para aplicaciones críticas, como proyectos aeroespaciales y médicos, porque sus propiedades son menos conocidas.

Dos tercios de los fabricantes japoneses utilizan soldaduras de estaño, plata y cobre (Sn-Ag-Cu, o SAC) para soldadura por reflujo y por ola, y alrededor del 75 % de las empresas para soldadura manual. soldadura. El uso generalizado de esta popular familia de aleaciones para soldadura sin plomo se basa en el punto de fusión reducido del comportamiento eutéctico ternario Sn-Ag-Cu (217 °C, 423 °F), que está por debajo del 22/78 Sn-Ag (% en peso eutéctico de 221 °C (430 °F) y el eutéctico 59/41 Sn-Cu de 227 °C (441 °F). El comportamiento eutéctico ternario de Sn-Ag-Cu y su aplicación para el ensamblaje de componentes electrónicos fue descubierto (y patentado) por un equipo de investigadores del Laboratorio Ames de la Universidad Estatal de Iowa y de los Laboratorios Nacionales Sandia de Albuquerque.

Gran parte de la investigación reciente se ha centrado en la adición de un cuarto elemento a la soldadura de Sn-Ag-Cu, a fin de proporcionar compatibilidad para la velocidad de enfriamiento reducida del reflujo de esfera de soldadura para el montaje de matrices de rejilla de bolas. Ejemplos de estas composiciones de cuatro elementos son 18/64/14/4 estaño-plata-cobre-zinc (Sn-Ag-Cu-Zn) (rango de fusión 217–220 °C) y 18/64/16/2 estaño- plata-cobre-manganeso (Sn-Ag-Cu-Mn; rango de fusión de 211–215 °C).

Las soldaduras a base de estaño disuelven fácilmente el oro y forman uniones intermetálicas quebradizas; para las aleaciones de Sn-Pb, la concentración crítica de oro para fragilizar la unión es de alrededor del 4%. Las soldaduras ricas en indio (generalmente indio-plomo) son más adecuadas para soldar capas de oro más gruesas, ya que la velocidad de disolución del oro en el indio es mucho más lenta. Las soldaduras ricas en estaño también disuelven fácilmente la plata; para soldar metalizaciones o superficies de plata, son adecuadas las aleaciones con adición de plata; Las aleaciones sin estaño también son una opción, aunque su humectabilidad es más pobre. Si el tiempo de soldadura es lo suficientemente largo para formar los intermetálicos, la superficie de estaño de una junta soldada con oro es muy opaca.

Soldadura dura

Las soldaduras duras se utilizan para la soldadura fuerte y se derriten a temperaturas más altas. Las aleaciones de cobre con zinc o plata son las más comunes.

En la orfebrería o la fabricación de joyas, se utilizan soldaduras duras especiales que pasarán el ensayo. Contienen una alta proporción del metal que se suelda y no se utiliza plomo en estas aleaciones. Estas soldaduras varían en dureza, designadas como "esmaltado", "dura", "media" y "fácil". La soldadura de esmaltado tiene un punto de fusión alto, cercano al del propio material, para evitar que la unión se desolde durante la cocción en el proceso de esmaltado. Los tipos de soldadura restantes se utilizan en orden decreciente de dureza durante el proceso de fabricación de un artículo, para evitar que una costura soldada previamente o una unión se desolden mientras se sueldan sitios adicionales. La soldadura fácil también se usa a menudo para trabajos de reparación por la misma razón. Flux también se utiliza para evitar que las uniones se desolden.

La soldadura de plata también se usa en la fabricación para unir piezas de metal que no se pueden soldar. Las aleaciones utilizadas para estos fines contienen una alta proporción de plata (hasta un 40 %) y también pueden contener cadmio.

Aleaciones

Diferentes elementos cumplen diferentes funciones en la aleación de soldadura:

• La antimonía se añade para aumentar la fuerza sin afectar la humedad. Previene la plaga de estaño. Debe evitarse en metales de zinc, cadmio o galvanizado, ya que la articulación resultante es frágil.
• El bismuto reduce significativamente el punto de fusión y mejora la humedad. En presencia de plomo y estaño suficientes, el bismuto forma cristales de Sn₁₆Pb₃₂Bi₅₂ con punto de fusión de sólo 95 °C, que difunde a lo largo de los límites del grano y puede causar un fallo articular a temperaturas relativamente bajas. Una parte de alta potencia pre-tinned con una aleación de plomo puede, por lo tanto, desolder bajo carga cuando se vende con una soldadura que contiene galletas. Tales articulaciones también son propensos a romper. Aleaciones con más del 47% Bi expanden el enfriamiento, que puede utilizarse para compensar las tensiones de desajuste de expansión térmica. Retardea el crecimiento de los silbidos de lata. Disponibilidad relativamente costosa y limitada.
• Copper mejora la resistencia a la fatiga del ciclo térmico, y mejora las propiedades de humedecimiento de la soldadura fundida. También ralentiza la tasa de disolución del cobre de la junta y de la parte conduce en la soldadura líquida. El cobre en los soldadores forma compuestos intermetálicos. La solución supersaturada (alrededor del 1%) del cobre en la estaño puede ser empleada para inhibir la disolución de la metalización delgada de suciedad inferior a la bomba de los chips BGA, por ejemplo, como Sn₉₄Ag₃Cu₃.
• Nickel se puede agregar a la aleación de soldadura para formar una solución supersaturada para inhibir la disolución de la metalización delgada de relleno. En las aleaciones de cobre de estaño, la pequeña adición de Ni (realizadas0.5 wt%) inhibe la formación de vacíos e interdifusión de elementos Cu y Sn. Inhibe la disolución del cobre, aún más en sinergia con el bismut. La presencia de níquel estabiliza los intermetálicos cobre-tin, inhibe el crecimiento de los dendritos β-tin pro-éutectic (y por lo tanto aumenta la fluidez cerca del punto de fusión del eutectic cobre-tin), promueve la superficie brillante brillante brillante brillante después de la solidificación, inhibe la grieta superficial al enfriamiento; tales aleaciones se denominan "modificados por níquel" o "es". Las pequeñas cantidades aumentan la fluidez de derretimiento, la mayoría a 0,06%. Las cantidades adicionales pueden utilizarse para evitar problemas de patentes. Fluidity reduction increase hole fill and mitigates bridging and icicles.
• El cobalto se utiliza en lugar de níquel para evitar problemas de patentes para mejorar la fluidez. No estabiliza los crecimientos intermetálicos en aleación sólida.
• El indio baja el punto de fusión y mejora la ductilidad. En presencia de plomo forma un compuesto ternario que sufre cambio de fase a 114 °C. Muy alto costo (verde de plata), baja disponibilidad. Oxidiza fácilmente, lo que causa problemas para reparaciones y retrabajos, especialmente cuando el flujo de movimiento del óxido no se puede utilizar, por ejemplo durante el apego a la muerte de GaAs. Las aleaciones de indio se utilizan para aplicaciones criogénicas, y para soldar oro como oro se disuelve en indio mucho menos que en la estaño. El indio también puede soldar muchos no metales (por ejemplo vidrio, mica, alumina, magnesia, titania, zirconia, porcelana, ladrillo, hormigón y mármol). Prone to diffusion into semiconductors and cause undesired doping. A temperaturas elevadas se difunde fácilmente a través de metales. Presión de vapor baja, adecuada para uso en sistemas de vacío. Forma intermetálicos frágiles con oro; soldaduras ricas en indio en oro grueso no son confiables. Los soldadores con base en indio son propensos a la corrosión, especialmente en presencia de iones de cloruro.
• El plomo es barato y tiene propiedades adecuadas. Peor mojado que estaño. Toxic, siendo eliminado. Retards el crecimiento de los whiskers de estaño, inhibe la plaga de estaño. Baja la solubilidad del cobre y otros metales en la estaño.
• La plata proporciona fuerza mecánica, pero tiene peor ductilidad que el plomo. En ausencia de plomo, mejora la resistencia a la fatiga de ciclos térmicos. Usando los soldadores SnAg con formas de cables con revestimiento HASL-SnPb SnPb₃₆Ag₂ fase con punto de fusión a 179 °C, que se mueve a la interfaz de solución de tablero, solidifica el último, y se separa de la tabla. La adición de plata a estaño disminuye significativamente la solubilidad de los revestimientos de plata en la fase de estaño. En eutectic tin-silver (3,5% Ag) aleación y aleaciones similares (por ejemplo, SAC305) tiende a formar plaquetas de Ag₃Sn, que, si se forma cerca de un punto de alta tensión, puede servir como sitios de iniciación para las grietas y causar mal impacto y rendimiento de caída; el contenido de plata debe mantenerse por debajo del 3% para inhibir tales problemas. La alta movilidad ion, tiende a migrar y formar cortocircuitos a alta humedad bajo sesgo DC. Promueve la corrosión de las ollas de soldadura, aumenta la formación de escoria.
• El estaño es el metal estructural principal habitual de la aleación. Tiene buena fuerza y humedecimiento. Por su cuenta es propenso a la plaga de lata, el llanto de lata y el crecimiento de los silbidos de lata. Readily disuelve la plata, el oro y menos pero todavía significativamente muchos otros metales, por ejemplo el cobre; esta es una preocupación particular por las aleaciones ricas en estaño con puntos de fusión más altos y temperaturas de reflujo.
• El zinc baja el punto de fusión y es de bajo costo. Sin embargo, es altamente susceptible a la corrosión y oxidación en el aire, por lo que las aleaciones que contienen zinc no son adecuadas para algunos propósitos, por ejemplo, soldadura de ondas, y pastas de soldadura que contienen zinc tienen una vida de estante más corta que libre de zinc. Puede formar capas intermetallicas de Cu-Zn frágiles en contacto con el cobre. Oxidiza levemente lo que perjudica el tejido, requiere un flujo adecuado.
• Germanium in tin-based lead-free solders influences formation of oxides; at below 0.002% it increases formation of oxides. La concentración óptima para suprimir la oxidación es del 0.005%. Se usa en aleación Sn100C. Patenado.
• Los elementos raros, cuando se añaden en pequeñas cantidades, refinan la estructura matriz en aleaciones de cobre de estaño mediante la segregación de impurezas en los límites del grano. Sin embargo, la adición excesiva resulta en la formación de los silbidos de estaño; también resulta en espurias fases de tierra raras, que oxidan y deterioran fácilmente las propiedades de los soldadores.
• El fósforo se utiliza como antioxidante para inhibir la formación de escoria. Disminuye la fluidez de las aleaciones de cobre de lata.

Impurezas

Las impurezas generalmente ingresan al depósito de soldadura al disolver los metales presentes en los ensamblajes que se sueldan. La disolución de los equipos de proceso no es común ya que los materiales se eligen generalmente para que sean insolubles en la soldadura.

• Aluminio - poca solubilidad, causa la suavidad de la soldadura y el aspecto mullido debido a la formación de óxidos. La adición de antimonio a los soldadores forma intermetálicos Al-Sb que se segregan en escoria. Promueve la embriaguez.
• Antimonio – añadido intencionadamente, hasta el 0,3% mejora el humedecimiento, grandes cantidades lentamente degradando el humedecimiento. Aumenta el punto de fusión.
• Arsénico – forma intermetálicos delgados con efectos adversos en las propiedades mecánicas, causa el deshielo de las superficies de latón
• Cadmio – causa la pereza de la soldadura, forma óxidos y empanadas
• Cobre – más común contaminante, forma intermetálicos en forma de aguja, causa la pereza de los soldadores, la rencor de las aleaciones, disminución de la humedad
• Oro – fácilmente se disuelve, forma intermetallicas frágiles, contaminación por encima del 0,5% causa la perezcidad y disminuye el tejido. Baja el punto de fusión de soldaduras basadas en la estaño. Las aleaciones más altas pueden absorber más oro sin embriaguez.
• Hierro – forma intermetálicos, causa la irritación, pero la tasa de disolución es muy baja; se disuelve fácilmente en el plomo-tin por encima de 427 °C.
• Lead – causa Restricción de Sustancias Peligrosas Problemas de cumplimiento de directivas por encima del 0,1%.
• Nickel – causa lagridad, muy poca solubilidad en Sn-Pb
• Fósforo – forma lata y los fósforos de plomo, causa la rencor y el destete, presente en el encofrado de níquel sin electro
• Plata – a menudo añadida intencionadamente, en cantidades altas formas intermetallicas que causan la ira y formación de granos en la superficie de soldadura, potencial para embrittlement
• Sulfuro – formas de plomo y sulfuros de estaño, causa deshielo
• Zinc – en formas de fundición excesiva escoria, en articulaciones solidificadas oxida rápidamente en la superficie; el óxido de zinc es insoluble en flujos, lo que perjudica la reparabilidad; las capas de barrera de cobre y níquel pueden ser necesarias al soldar latón para prevenir la migración de zinc a la superficie; potencial de embrittlement

Acabados de placas frente a acumulación de impurezas en el baño de soldadura por ola:

• HASL, sin plomo (Hot Air Level): por lo general prácticamente puro estaño. No contamina los baños altos.
• HASL, liderado: algún plomo se disuelve en el baño
• ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold): típicamente 100-200 microinches de níquel con 3-5 microinches de oro en la parte superior. Algunos oro se disuelve en el baño, pero los límites superiores a la acumulación es raro.
• Plata de inmersión: típicamente 10-15 microinches de plata. Algunos se disuelven en el baño, límites superiores a la acumulación es raro.
• Estaño de inmersión: no contamina los baños de alta intensidad.
• OSP (conservante de soldadura orgánica): compuestos de clase imidazol formando una capa fina en la superficie de cobre. El cobre se disuelve fácilmente en baños de alta calidad.

Flujo

Vendedor eléctrico con un núcleo de rosin integrado, visible como un punto oscuro en el extremo de corte del alambre de soldadura.

Flux es un agente reductor diseñado para ayudar a reducir (devolver los metales oxidados a su estado metálico) los óxidos metálicos en los puntos de contacto para mejorar la conexión eléctrica y la resistencia mecánica. Los dos tipos principales de fundente son el fundente ácido (a veces llamado "fundente activo"), que contiene ácidos fuertes, que se usa para reparar metales y plomería, y el fundente de colofonia (a veces llamado "fundente pasivo"), utilizado en electrónica. El fundente de colofonia se presenta en una variedad de "actividades", que corresponden aproximadamente a la velocidad y eficacia de los componentes de ácido orgánico de la colofonia para disolver los óxidos de la superficie metálica y, en consecuencia, la corrosividad del residuo del fundente.

Debido a las preocupaciones sobre la contaminación atmosférica y la eliminación de desechos peligrosos, la industria electrónica ha pasado gradualmente del fundente de colofonia al fundente soluble en agua, que se puede eliminar con agua desionizada y detergente, en lugar de solventes de hidrocarburo. Los fundentes solubles en agua son generalmente más conductivos que los fundentes eléctricos/electrónicos usados tradicionalmente y, por lo tanto, tienen más potencial para interactuar eléctricamente con un circuito; en general, es importante eliminar sus huellas después de soldar. Algunas trazas de fundente de tipo colofonia también deben eliminarse, y por la misma razón.

En contraste con el uso tradicional de barras o alambres enrollados de soldadura totalmente metálica y la aplicación manual de fundente a las piezas que se unen, gran parte de la soldadura manual desde mediados del siglo XX ha utilizado soldadura con núcleo de fundente. Este se fabrica como un alambre enrollado de soldadura, con uno o más cuerpos continuos de ácido inorgánico o fundente de colofonia incrustados longitudinalmente en su interior. A medida que la soldadura se derrite en la junta, libera el fundente y lo libera también.

Operación

El comportamiento de solidificación depende de la composición de la aleación. Los metales puros se solidifican a cierta temperatura, formando cristales de una fase. Las aleaciones eutécticas también solidifican a una sola temperatura, precipitando todos los componentes simultáneamente en el llamado crecimiento acoplado. Las composiciones no eutécticas al enfriarse comienzan a precipitar primero la fase no eutéctica; dendritas cuando es un metal, grandes cristales cuando es un compuesto intermetálico. Tal mezcla de partículas sólidas en un eutéctico fundido se conoce como estado pasmoso. Incluso una proporción relativamente pequeña de sólidos en el líquido puede reducir drásticamente su fluidez.

La temperatura de solidificación total es el solidus de la aleación, la temperatura a la que se funden todos los componentes es el liquidus.

Se desea el estado blando donde un grado de plasticidad es beneficioso para crear la unión, lo que permite llenar espacios más grandes o limpiar la unión (por ejemplo, al soldar tuberías). En la soldadura manual de componentes electrónicos, puede ser perjudicial ya que la unión puede parecer solidificada cuando aún no lo está. La manipulación prematura de dicha junta altera su estructura interna y conduce a una integridad mecánica comprometida.

Intermetálicos

Muchos compuestos intermetálicos diferentes se forman durante la solidificación de las soldaduras y durante sus reacciones con las superficies soldadas. Los intermetálicos forman fases distintas, generalmente como inclusiones en una matriz de solución sólida dúctil, pero también pueden formar la propia matriz con inclusiones metálicas o formar materia cristalina con diferentes intermetálicos. Los intermetálicos suelen ser duros y quebradizos. Los intermetálicos finamente distribuidos en una matriz dúctil producen una aleación dura, mientras que la estructura gruesa produce una aleación más blanda. A menudo se forma una variedad de intermetálicos entre el metal y la soldadura, con una proporción creciente del metal; p.ej. formando una estructura de Cu−Cu₃Sn−Cu₆Sn₅−Sn. Se pueden formar capas de intermetálicos entre la soldadura y el material soldado. Estas capas pueden causar debilitamiento y fragilidad de la confiabilidad mecánica, aumento de la resistencia eléctrica o electromigración y formación de vacíos. La capa intermetálica de oro y estaño es responsable de la escasa fiabilidad mecánica de las superficies chapadas en oro soldadas con estaño en las que el chapado en oro no se disolvió por completo en la soldadura.

Dos procesos juegan un papel en la formación de una unión de soldadura: la interacción entre el sustrato y la soldadura fundida, y el crecimiento en estado sólido de los compuestos intermetálicos. El metal base se disuelve en la soldadura fundida en una cantidad que depende de su solubilidad en la soldadura. El componente activo de la soldadura reacciona con el metal base con una velocidad que depende de la solubilidad de los componentes activos en el metal base. Las reacciones de estado sólido son más complejas: la formación de intermetálicos se puede inhibir cambiando la composición del metal base o la aleación de soldadura, o usando una capa de barrera adecuada para inhibir la difusión de los metales.

Algunos ejemplos de interacciones incluyen:

• Oro y palladio se disuelven fácilmente en los soldadores. El cobre y el níquel tienden a formar capas intermetállicas durante los perfiles de soldadura normales. El indio también forma intermetálicos.
• Los intermetálicos de oro indio son frágiles y ocupan aproximadamente 4 veces más volumen que el oro original. Los alambres de bonificación son especialmente susceptibles al ataque indio. Tal crecimiento intermetálico, junto con el ciclismo térmico, puede conducir al fracaso de los alambres de unión.
• Cobre chapado con níquel y oro se utiliza a menudo. La capa de oro fina facilita la buena soldabilidad del níquel ya que protege el níquel de la oxidación; la capa tiene que ser lo suficientemente delgada para rápida y completamente disolver así que el níquel desnudo está expuesto al soldador.
• Las capas de soldadura de plomo-tin en los cables de cobre pueden formar capas intermetallicas de cobre-tin; la aleación de soldadura se agota localmente de estaño y forman una capa rica en plomo. Los intermetálicos Sn-Cu entonces pueden verse expuestos a la oxidación, lo que da lugar a una soldabilidad deficiente.
• Cu₆Sn₅– común en la interfaz de soldadura-cobre, se forma preferentemente cuando el exceso de estaño está disponible; en presencia de níquel, (Cu,Ni)₆Sn₅ compuesto se puede formar
• Cu₃Sn– común en la interfaz de soldadura-cobre, se forma preferentemente cuando el exceso de cobre está disponible, más térmicamente estable que Cu₆Sn₅, a menudo presente cuando se produjo la soldadura de alta temperatura
• Ni₃Sn₄– común en la interfaz solder-nickel
• FeSn₂– formación muy lenta
• Ag₃Sn - a mayor concentración de plata (más del 3%) en plaquetas de formas de estaño que pueden servir como sitios de iniciación de crack.
• AuSn₄– β-fase – frágil, formas en exceso de la estaño. Detrimental a propiedades de soldaduras con base de estaño a capas doradas.
• AuIn₂– formas en el límite entre el oro y la soldadura de la hoja de indio, actúa como barrera contra una mayor disolución del oro

Preforma

Una preforma es una forma prefabricada de soldadura especialmente diseñada para la aplicación en la que se utilizará. Se utilizan muchos métodos para fabricar la preforma de soldadura, siendo el estampado el más común. La preforma de soldadura puede incluir el fundente de soldadura necesario para el proceso de soldadura. Este puede ser un fundente interno, dentro de la preforma de soldadura, o externo, con la preforma de soldadura revestida.

Sustancias similares

La soldadura de vidrio se usa para unir vidrios con otros vidrios, cerámicas, metales, semiconductores, mica y otros materiales, en un proceso llamado unión por frita de vidrio. La soldadura de vidrio tiene que fluir y humedecer las superficies soldadas muy por debajo de la temperatura a la que se produce la deformación o degradación de cualquiera de los materiales unidos o de las estructuras cercanas (p. ej., capas de metalización en chips o sustratos cerámicos). La temperatura habitual para lograr la fluidez y la humectación está entre 450 y 550 °C (840 y 1020 °F).