O processo de soldagem é amplamente usado em indústrias eletrônicas, na montagem de componentes por tecnologias de Montagem em Superfície (SMT).

Nos últimos 50 anos, a indústria eletrônica tem utilizado principalmente um único tipo de liga, a base de Sn-Pb, para a soldagem de componentes eletrônicos em PCIs por apresentar boas características físicas e baixo custo. No entanto, apesar da compatibilidade deste processo de soldagem com a maioria dos substratos, o chumbo que compõe a liga é um elemento extremamente tóxico para o homem e o meio ambiente.

Nesse contexto, a partir de junho de 2006, entra em vigor as primeiras legislações ambientais específicas para a indústria eletrônica que restringem o uso de elementos tóxicos na fabricação de produtos eletrônicos. Com isso, as indústrias tem procurado investir em alternativas para eliminar o chumbo dos processos de soldagem.

Dessa forma, várias ligas isentas de chumbo, denominadas "lead-free", tem sido desenvolvidas. Uma das ligas "lead-free" mais promissoras para substituir as ligas Sn-Pb é a liga de estanho-prata-cobre, denominada também como SAC. Embora muitas pesquisas têm recomendado o uso dessa liga como padrão nos processos de soldagem isentos de chumbo, vário problemas têm sido encontrados e afetam a confiabilidade do produto. O objetivo desse trabalho foi verificar a influência do uso de nitrogênio ou ar na microestrutura e formação de intermetálicos na interface componente/solda/PCI.

Para o desenvolvimento deste estudo utilizou-se uma liga de solda, na forma de pasta, com composição Sn95,5Ag3,8Cu0,7 (SAC) (Multicore), fornecida pela Henkel Technologies do Brasil. A tecnologia de montagem em superfície (SMT) foi utilizada na montagem de diferentes tipos de componentes eletrônicos em placas tipo Dummy (Topline).

As pastas de solda foram aplicadas nas placas DUMMY (pads de Sn63Pb37) por "dispenser". Em seguida, foi feita a soldagem dos componentes em forno de refusão da Heller (modelo 1500s). Com a finalidade de estudar a influência do tempo de refusão e da atmosfera utilizada durante o processo na formação da camada de compostos intermetálicos, vários perfis foram obtidos, mantendo a temperatura de pico (T_P) constante e variando a velocidade da esteira e a atmosfera utilizada.

Para a observação da microestrutura da interface e do "bulk", as amostras foram cortadas (seção transversal), polidas e caracterizadas por microscopia óptica (MO) e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Análises dispersiva de raios X (EDX) foram realizadas para verificar a composição da microestrutura da interface e do "bulk".

Nas micrografias obtidas por MO, é possível observar que a atmosfera utilizada influenciou na microestrutura das amostras, sendo que as tratadas em nitrogênio são mais homogêneas. Esta característica pode ser ocasionada pelas variações térmicas envolvidas no processo de refusão, influenciando as formações das fases.

Em geral, as micrografias mostram microestrutra típica obtida sobre condições de resfriamento fora do equilíbrio, a qual consiste de dendritos de solução sólida primária rica em Sn, com os espaços interdendríticos sendo preenchidos por uma mistura eutética acircular formado por Ag₃Sn numa matriz de solução sólida rica em Sn.

Nas micrografias obtidas por MEV e nas análises por EDX comprovaram a presença apenas de Cu e Sn nas camadas intermetálicas, sendo uma estrutura "scalloped" característica da fase h -Cu₆Sn₅ e uma estrutura planar característica da fase e -Cu₃Sn. Observou-se também regiões ricas em Sn, regiões onde há a presença de Ag e Sn e regiões onde há a presença de Cu e Sn.

A predominância da fase Sn sobre a fase Ag₃Sn ocorre porque a Ag solúvel rejeitada da solidificação da fase Sn deve difundir a distâncias muito maiores para alcançar a fase Ag₃Sn. As fases Sn e Ag₃Sn têm dificuldade em crescer cooperativamente na interface planar sólido/líquido. Por isso, o enriquecimento de Ag no líquido à frente da fase Sn pode causar um super-resfriamento, o qual pode promover a fase Sn a crescer em dendritos e a fase Ag₃Sn a crescer nos vales dos braços dos dendritos.

A duração do processo de refusão, bem como a atmosfera utilizada, influenciaram na microestrutura e na formação da camada de compostos intermetálicos. O chumbo do "pad" não reagiu com a solda SAC, apenas precipitou em regiões distintas. Juntas de solda das amostras soldadas em tempos mais curtos e tratadas com ar podem ter sua confiabilidade comprometida, uma vez que a microestrutura desenvolvida é bastante heterogênea, com presença de macro-voids, de diferentes fases e de uma camada de intermetálicos extremamente fina. As amostras tratadas em nitrogênio apresentaram microestruturas mais homogêneas, indicando uma maior confiabilidade.