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Lo stagno per immersione è ben accettato come finitura finale ad alta affidabilità nel settore. Grazie alla sua eccellente resistenza alla corrosione, detiene importanti quote di mercato, in particolare nel settore automobilistico. Durante il processo di saldatura tra rame e stagno si forma un composto intermetallico (IMC). Una delle preoccupazioni rimanenti nel settore è il potenziale impatto dell'IMC sulla saldabilità della finitura finale.

In questo articolo vengono descritte le tipiche modalità di guasto nella saldatura a stagno per immersione e correlate alle potenziali cause alla radice dei difetti.

Durante l'invecchiamento, l'esposizione termica o durante il processo di rifusione nell'assemblaggio, si forma uno strato intermetallico tra il substrato di rame e lo strato di stagno in modo che il deposito di stagno sia infine costituito da IMC e stagno libero ricoperto da uno strato di ossido di Sn. Questo strato è costituito da una miscela di SnO e SnO2, denominata SnOx o Sn-Oxide. Le proprietà di assemblaggio dello strato di stagno dipendono dalle caratteristiche dell'IMC, dello strato di ossido di Sn e del contenuto di stagno libero, che è stato ampiamente studiato e descritto da T. Hetschel et al. nel 20091-2. A causa della crescita dell'IMC, che consuma la maggior parte dello stagno libero, nella parte superiore dello strato rimangono solo isole di stagno, ricoperte da un sottile strato di ossido. Le proprietà dello strato di ossido di Sn, come l'omogeneità e lo spessore, influiscono sulla saldabilità della finitura superficiale dello stagno e su altre caratteristiche. Impurità nel deposito di stagno o difetti nello strato di ossido possono portare a scarsa bagnabilità o scolorimento, i cosiddetti difetti di dewetting.

Crescita IMC e formazione di ossido di stagno durante il processo di riflusso Durante il processo di assemblaggio il pannello stagnato deve subire molteplici cicli di rifusione. Durante il processo di riflusso, l'IMC cresce e lo spessore dello strato di ossido che ricopre il deposito di stagno aumenta. Dopo il primo ciclo di riflusso, tipicamente circa il 70%-80% dello spessore complessivo dello stagno viene consumato dalla formazione della fase intermetallica Cu6Sn5 e Cu3Sn3. Nel secondo ciclo di riflusso, lo spessore dell'IMC aumenta ulteriormente in modo che sulla superficie del deposito rimangano solo singole isole di stagno puro. Allo stesso tempo, il processo di riflusso porta ad una crescita dello strato di ossido. Mentre l'invecchiamento a riflusso sotto azoto ha un impatto minore, il processo di riflusso sotto aria aumenterà significativamente lo spessore dello strato di ossido di Sn. L'interazione delle caratteristiche IMC e delle proprietà dello strato di ossido di Sn avrà un impatto considerevole sulla saldabilità della finitura in stagno per immersione.

Quando si osserva l'assemblaggio degli strati di stagno per immersione, la causa principale dei problemi di saldatura è la contaminazione, che influisce sia sulla crescita dell'IMC che sulla formazione dello strato di ossido. Si possono considerare tre diversi tipi di contaminazione:

I difetti di saldatura che possono essere osservati sulle finiture in stagno per immersione possono essere generalmente classificati nelle seguenti categorie:

Per quanto riguarda i difetti di dewetting e self-dewetting, l'omogeneità e lo spessore dello strato di ossido di Sn sono molto importanti.

Nella sezione seguente verranno forniti alcuni esempi per spiegare come le contaminazioni influiscono sulla saldabilità della finitura superficiale dello stagno.

Residui sul rame Se sulla superficie del rame prima che il pannello venga immerso nella soluzione di stagnatura, rimangono residui di processi precedenti come l'applicazione della maschera di saldatura, ciò può influire sulla saldabilità della finitura finale. I residui non possono essere rimossi durante il processo di placcatura a umido e rimangono sull'interfaccia rame/stagno. Durante il primo ciclo di riflusso, tali residui possono migrare sulla superficie dello strato di stagno con la crescita dell'IMC. Nel secondo ciclo di rifusione i residui possono compromettere la stabilità dello strato di ossido di stagno e provocare crepe, per cui lo stagno liquido penetra e raggiunge la superficie dello strato. La Figura 1 mostra un disegno schematico che illustra come i residui possono spostarsi all'interno dello strato e raggiungere la superficie dello strato di stagno durante i due cicli di rifusione.

Figura 1: disegno schematico del potenziale impatto delle contaminazioni sul rame durante il processo di riflusso.