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Estudos dos parâmetros microestruturais e térmicos da liga Sn-40%Bi-2%Ag

Processo: 14/04386-3
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
Vigência (Início): 01 de maio de 2014
Vigência (Término): 30 de abril de 2016
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Metalurgia Física
Pesquisador responsável:José Eduardo Spinelli
Beneficiário:Vitor Covre Evangelista da Silva
Instituição-sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
Assunto(s):Solidificação

Resumo

Ao longo dos anos as ligas Sn-Pb se perpetuaram como excelentes materiais para utilização como junções (metais de adição) de dispositivos microeletrônicos em placas de circuito impresso ou equivalentes. As principais composições empregadas eram Sn-37%Pb e Sn-40%Pb [1]. Estas ligas são caracterizadas por possuírem baixo ponto de fusão, baixo custo e bom molhamento em substratos metálicos usados na indústria eletrônica, principalmente nos substratos de cobre (Cu) [2,3]. Nos últimos cinco anos, no entanto, novas diretrizes comerciais foram estabelecidas no sentido de restringir/proibir o uso de Pb em processos produtivos. A justificativa para tanto é a alta toxidade deste elemento [4]. A partir desta restrição, a indústria especializada em processos de junção tipo brasagem e centros de pesquisa espalhados ao redor do mundo passaram a desenvolver novas ligas livres de chumbo. Segundo Abtew e Selvaduray [1], neste sentido, 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). Ligas alternativas baseadas no sistema Sn-Ag também foram propostas recentemente [5]. No entanto, pesquisas com ligas baseadas neste sistema ainda estão em andamento tendo em vista os altos custos associados ao emprego da prata (Ag). Dessa forma, o interesse é a obtenção de uma liga com menor teor de Ag, por exemplo, abaixo de 3,0% em peso. O custo da prata (Ag) no mercado brasileiro é em torno de R$2500,00/kg ao passo que o custo associado ao bismuto (Bi) é de R$90,00/kg. O custo do estanho (Sn) é em torno de R$80,00/kg. Mesmo considerando o alto de teor de bismuto da liga proposta para o presente estudo (40%Bi), a redução sugerida do teor de Ag apresentará um impacto importante no valor final da liga produzida, diminuindo os custos de fabricação desta. A adição de Ag em ligas Sn-Bi é apontada na literatura como uma possibilidade composição de excelentes propriedades, aplicadas ao emprego dessas ligas em processos de brasagem. Estas melhorias, por sua vez, estão fortemente ligadas às características microestruturas formadas após a solidificação. A presente proposta objetiva desenvolver uma análise teórico/experimental sobre a influência da adição de 2% de Ag (em peso) em uma liga hipoeutética Sn-40%Bi solidificada unidirecionalmente em regime transitório de fluxo de calor - simulação do processo industrial. A liga Sn-40%Bi-2%Ag será avaliada quanto ao seu desenvolvimento microestrutural, associando as microestruturas obtidas com parâmetros térmicos do processo de solidificação, quais sejam: velocidade de solidificação (v) e taxa de resfriamento ( ). O uso de um sistema de solidificação unidirecional poderá permitir a obtenção de uma ampla gama de microestruturas, o que permitirá o aprofundamento do estudo microestrutural da liga ternária.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. Por fim, serão ainda determinados os perfis de macrossegregação dos solutos ao longo do comprimento do lingote Sn-Bi-Ag e serão quantificados os espaçamentos dendríticos, celulares ou interfásicos.