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Desenvolvimento microestrutural e do comportamento mecânico de ligas alternativas de soldagem Sn-Bi-Cu e Sn-Bi-Ag

Processo: 13/08259-3
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de agosto de 2013
Vigência (Término): 31 de outubro de 2016
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Metalurgia Física
Pesquisador responsável:José Eduardo Spinelli
Beneficiário:Bismarck Luiz Silva
Instituição-sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
Bolsa(s) vinculada(s):15/18689-0 - Desenvolvimento microestrutural e do comportamento mecânico de ligas alternativas de soldagem Sn-Bi-Cu e Sn-Bi-Ag, BE.EP.DR
Assunto(s):Solidificação   Tratamento térmico   Propriedades mecânicas

Resumo

Por muitos anos, as ligas de soldagem (entenda-se brasagem) Sn-37%Pb ou Sn-40%Pb foram utilizadas em placas de circuito eletrônico e outros dispositivos eletrônicos [1]. Ao longo dos anos, essas tradicionais ligas de soldagem foram a melhor opção para fabricação de produtos eletroeletrônicos devido ao seu baixo ponto de fusão, baixo custo e bom molhamento em substratos metálicos usados na indústria eletrônica, principalmente nos substratos de Cu [2,3]. Em contrapartida, existem tendências e diretrizes que restringem o uso de Pb em processos de produção de componentes em geral, principalmente devido sua alta toxidade [4]. Portanto, o desenvolvimento de ligas de soldagem livres de Pb torna-se uma tarefa essencial e urgente nessas indústrias. Segundo Abtew e Selvaduray [1] mais de 70 sistemas metálicos estão sendo continuamente estudados, sejam eles binários, ternários ou quaternários. Dentre esses vários sistemas, ligas alternativas de soldagem Sn-Bi se mostram promissoras quanto a substituição de ligas contendo Pb. Estas ligas possuem em geral baixo ponto de fusão e baixo custo, dois importantes fatores para aplicações na indústria eletroeletrônica. Entretanto, ainda apresentam deficiências como baixas propriedades mecânicas e baixo nível de molhamento em substratos metálicos (principalmente Cu). Porém estudos na literatura relatam que a adição de Ag ou Cu promove melhorias nessas propriedades. Melhorias estão fortemente ligadas às características microestruturas formadas após a solidificação. Neste contexto, a presente proposta objetiva desenvolver uma análise teórico/experimental sobre a influência de adições de Cu ou Ag em ligas hipoeutéticas Sn-Bi solidificadas unidirecionalmente em regime transitório de fluxo de calor - simulação do processo industrial. Os sistemas e suas ligas em análise serão avaliados quanto às propriedades mecânicas (limite de resistência à tração, limite de escoamento e alongamento específico), e quanto ao desenvolvimento microestrutural presente nos mesmos. A caracterização mecânica será realizada através de ensaios de tração. A caracterização microestrutural das ligas será feita por meio do estudo detalhado das macro e microestruturas resultantes no lingote fundido, realizando-se a determinação de parâmetros térmicos de solidificação (v - velocidade de solidificação, G - gradiente de temperatura e - taxa de resfriamento). O amplo espectro de taxas de resfriamento obtidos por meio da configuração de solidificação direcional permitirá uma completa e inédita avaliação do efeito deste parâmetro térmico na microestrutural final das ligas examinadas. Por fim, serão ainda determinados os perfis de macrossegregação de soluto ao longo do comprimento dos lingotes e quantificação dos espaçamentos dendríticos e/ou celulares. (AU)

Publicações científicas (13)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
SILVA, BISMARCK LUIZ; REYES, RODRIGO VALENZUELA; GARCIA, AMAURI; SPINELLI, JOSE EDUARDO. Dendritic Growth, Eutectic Features and Their Effects on Hardness of a Ternary Sn-Zn-Cu Solder Alloy. ACTA METALLURGICA SINICA-ENGLISH LETTERS, v. 30, n. 6, p. 528-540, JUN 2017. Citações Web of Science: 3.
GOMES, LEONARDO F.; SILVA, BISMARCK L.; GARCIA, AMAURI; SPINELLI, JOSE E. Dendritic Growth, Solidification Thermal Parameters, and Mg Content Affecting the Tensile Properties of Al-Mg-1.5 Wt Pct Fe Alloys. METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A-PHYSICAL METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE, v. 48A, n. 4, p. 1841-1855, APR 2017. Citações Web of Science: 6.
SILVA, BISMARCK LUIZ; EVANGELISTA DA SILVA, VITOR COVRE; GARCIA, AMAURI; SPINELLI, JOSE EDUARDO. Effects of Solidification Thermal Parameters on Microstructure and Mechanical Properties of Sn-Bi Solder Alloys. Journal of Electronic Materials, v. 46, n. 3, p. 1754-1769, MAR 2017. Citações Web of Science: 9.
SILVA, BISMARCK LUIZ; DESSI, JOAO GUILHERME; GOMES, LEONARDO FERNANDES; PERES, MAURICIO MIRDHAUI; CANTE, MANUEL VENCESLAU; SPINELLI, JOSE EDUARDO. Assessing microstructures and mechanical resistances of as-atomized and as-extruded samples of Al-1wt%Fe-1wt%Ni alloy. Journal of Alloys and Compounds, v. 691, p. 952-960, JAN 15 2017. Citações Web of Science: 2.
SILVA, BISMARCK LUIZ; GARCIA, AMAURI; SPINELLI, JOSE EDUARDO. Complex eutectic growth and Bi precipitation in ternary Sn-Bi-Cu and Sn-Bi-Ag alloys. Journal of Alloys and Compounds, v. 691, p. 600-605, JAN 15 2017. Citações Web of Science: 18.
SILVA, BISMARCK L.; GARCIA, AMAURI; SPINELLI, JOSE E. Cooling thermal parameters and microstructure features of directionally solidified ternary Sn-Bi-(Cu,Ag) solder alloys. MATERIALS CHARACTERIZATION, v. 114, p. 30-42, APR 2016. Citações Web of Science: 14.
SILVA, BISMARCK LUIZ; BERTELLI, FELIPE; CANTE, MANUEL V.; SPINELLI, JOSE E.; CHEUNG, NOE; GARCIA, AMAURI. Solder/substrate interfacial thermal conductance and wetting angles of Bi-Ag solder alloys. JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE-MATERIALS IN ELECTRONICS, v. 27, n. 2, p. 1994-2003, FEB 2016. Citações Web of Science: 7.
SILVA, BISMARCK LUIZ; REINHART, GUILLAUME; NGUYEN-THI, HENRI; MANGELINCK-NOEL, NATHALIE; GARCIA, AMAURI; SPINELLI, JOSE EDUARDO. Microstructural development and mechanical properties of a near-eutectic directionally solidified Sn-Bi solder alloy. MATERIALS CHARACTERIZATION, v. 107, p. 43-53, SEP 2015. Citações Web of Science: 22.
SILVA, BISMARCK LUIZ; CHEUNG, NOE; GARCIA, AMAURI; SPINELLI, JOSE EDUARDO. Sn-0.7 wt%Cu-(xNi) alloys: Microstructure-mechanical properties correlations with solder/substrate interfacial heat transfer coefficient. Journal of Alloys and Compounds, v. 632, p. 274-285, MAY 25 2015. Citações Web of Science: 19.
SILVA, BISMARCK LUIZ; CHEUNG, NOE; GARCIA, AMAURI; SPINELLI, JOSE EDUARDO. Evaluation of solder/substrate thermal conductance and wetting angle of Sn-0.7 wt%Cu-(0-0.1 wt%Ni) solder alloys. Materials Letters, v. 142, p. 163-167, MAR 1 2015. Citações Web of Science: 20.
SILVA, BISMARCK LUIZ; GARCIA, AMAURI; SPINELLI, JOSE EDUARDO. The roles of dendritic spacings and Ag3Sn intermetallics on hardness of the SAC307 solder alloy. MICROELECTRONICS RELIABILITY, v. 54, n. 12, p. 2929-2934, DEC 2014. Citações Web of Science: 5.
SPINELLI, JOSE EDUARDO; SILVA, BISMARCK LUIZ; CHEUNG, NOE; GARCIA, AMAURI. The use of a directional solidification technique to investigate the interrelationship of thermal parameters, microstructure and microhardness of Bi-Ag solder alloys. MATERIALS CHARACTERIZATION, v. 96, p. 115-125, OCT 2014. Citações Web of Science: 7.
SPINELLI, JOSE EDUARDO; SILVA, BISMARCK LUIZ; GARCIA, AMAURI. Assessment of Tertiary Dendritic Growth and Its Effects on Mechanical Properties of Directionally Solidified Sn-0.7Cu-xAg Solder Alloys. JOURNAL OF ELECTRONIC MATERIALS, v. 43, n. 5, p. 1347-1361, MAY 2014. Citações Web of Science: 16.

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