Teoría de la soldadura

La soldadura utiliza una mezcla de metal, para mojar la superficie de la unión y formar una unión metalúrgica entre los dos metales. La temperatura de la mezcla de los metales es menor que 450º C. Los materiales que se mezclan a temperaturas altas, el proceso de unión esta clasificado como una aleación. La soldadura es una tecnología vital en el nivel 1 (empaquetado de los IC ) y en el nivel 2 (montaje de los componentes en los circuitos impresos ), ambos son procesos de la industria electrónica. Por lo tanto, para mejorar la calidad de los procesos de soldadura, es esencial entender sus fundamentos. Teoría de la soldadura Aunque la soldadura a sido utilizada desde hace muchos cientos de años, la comprensión del proceso a sido reciente. El proceso de soldadura puede ser descrito en la figura 2.1, y básicamente dividido en tres etapas: dispersión la mezcla soldante (Sn + Pb o Sn + Cu + Ag), disolución del metal, y la formación de una capa intermetálica. En la figura (a), el fluído es la atmosfera donde se produce la soldadura (aire o flux), y la base metálica es el sustrato (cobre del circuito impreso o terminales metálicos). Dispersión de la mezcla soldante Para soldar, el material tiene que ser calentado, a la temperatura adecuada de soldadura. Esta temperatura permitirá el mojado de la superficie de la base metálica. Como otro fenómeno de mojado, se muestra en la figura 2.1 (a) para cumplir con las leyes de la física de la tensión superficial, y expresada por la ecuación

En esta relación, representa la tensión superficial entre el metal base y el fluido (atmosfera donde tiene lugar la soldadura), es la tensión superficial entre la base metálica y el líquido soldante, es la tensión superficial entre el líquido soldante y el fluído, y representa el ángulo entre el líquido soldante y la base metálica.

Figura 2.1 Proceso de mojado en la soldadura en el que están involucrados (a) propagación del líquido soldante, con el ángulo θ de contacto, que condiciona el balance de las fuerzas de tensión (b) La disolución la mezcla soldante en la fase líquida con la base metálica, (c) la reacción de la mezcla soldante con la base metálica con la formación de la capa intermetálica.

La ecuación predice que la dispersión de un líquido en una superficie sólida, alcanza el equilibrio estable cuando el valor del ángulo de contacto , determina que las dos fuerzas

y están igualadas. En las aplicaciones de la industria electrónica, para obtener una soldadura con una curva de relleno satisfactoria, tal como se muestra en la figura (a). Para lograr esta característica es necesario tener un valor bajo de . El bajo valor de , no solamente es deseable por una mínima de la tensión de concentración, sino que asegura un buen mojado metalúrgico, tal como se explica en los siguientes apartados.

El bajo valor del ángulo de θ, se obtiene, tanto por consideraciones físicas como químicas. En el proceso físico se incluye, la manipulación de los materiales que intervienen en el proceso de soldadura. Los principios son: el uso de una baja tensión superficial en el flux, de una alta tensión superficial de la base metálica o sustrato, y una tensión superficial baja de la mezcla soldante. Todo lo cual, nos permitirá obtener la formación de un ángulo de contacto θ pequeño. Unos ejemplos de estas varas situaciones son: la de un mojado pobre, com la del agua en el teflón (baja energía de tensión superficial), y relativamente buena en el metal (alta tensión superficial), una situación de un buen mojado es la del alcohol (baja tensión superficial) en un substrato metálico, de un mojado muy pobre es la del mercurio (tensión superficial alta), en el vidrio. Sin embargo, en un proceso de soldadura, el balance de la tensión superficial es solo una de las partes que influyen en el fenómeno del mojado. Factores, tales como la viscosidad del fluido, la disolución del metal y las reacciones químicas entre la mezcla soldante y la base metálica, juegan un muy importante papel en el proceso. Atmosfera del proceso de soldadura o fluido El análisis de cómo el fluido se desliza entre dos superficies horizontales, considerando en ambas la tensión superficial y la viscosidad, esta expresada en la expresión:

Donde l es la longitud de las superficies, es la viscosidad del fluido, es la tensión superficial entre el fluido y la atmosfera, D es el entrehierro de la unión, y es el ángulo entre el fluido y la base metálica. Por lo tanto la derivada dl/dt, del deslizamiento de un líquido entre dos superficies metálicas, aumenta con la tensión superficial y disminuye con la viscosidad y la longitud de las superficies.

Aplicando la ecuación, donde puede ser cambiada por , que representa la tensión superficial entre el mezcla soldante (L) y el flux (F). Si , para una soldadura determinada, con una tensión superficial , el incremento del factor , depende de su bajo valor de . Por lo que un flux de baja tensión superficial, no solo incrementará la difusión, sino también incrementará el deslizamiento. Disolución de la base metálica La difusión y el deslizamiento del líquido soldante en una base metálica (cobre de los circuitos impresos), no son suficientes para formar un vinculo metalúrgico entre las dos superficies. Deben mezclarse en un acoplamiento a nivel atómico. Para la industria electrónica, el proceso de soldadura está confinado en una relativa baja temperatura de alrededor de 220º C y en un ciclo de tiempo corto, que normalmente no es mayor que unos pocos segundos o minutos. Por lo tanto, la disolución de la mezcla soldante y la base metálica, debe ser razonablemente fácil y rápida. La razón de disolución dC/dt , en la mezcla 60Sn/40Pb, está representada en la figura en función de la temperatura y su relación determinada por la ecuación:

Donde C es la concentración de la base metálica, E es la energía de activación, k es la constante de Boltzmann, y T es la temperatura en grados Kelvin. La razón de disolución de la base metálica es también una función del tiempo tal como lo expresa

Donde C es la concentración de la base metálica, Cs es la concentración límite del metal disuelto en la mezcla soldante, a una temperatura dada, t es el tiempo, K es la constante de disolución, A es el área de la superficie de mojado, y V es el volumen de la mezcla soldante.

Integrando la ecuación , la relación de C (concentración de la base metálica) en función del tiempo, se muestra en la figura

Donde C alcanza el equilibrio de concentración, en una función exponencial inversa, alcanzando el equilibrio rápidamente en Cs. La disolución de la base metálica con la mezcla soldante, es función del tiempo y de la temperatura, tal como muestra la figura

Disolución de la plata, por la mezcla de estaño, en función de la temperatura y del tiempo La razón de disolución es una función del tiempo, de la temperatura, del material de la base metálica, y también de la mezcla de la pasta soldante.

Para la plata (Ag) la razón de disolución decrece en el orden: Sn > 99Sn/1Cu > 90Sn/10Pb > 80Sn/20Pb > 62Sn/38Sn. Para el cobre (Cu): Sn > 60Sn/40Pb >35Sn/65Pb > 57Sn/38Pb/5Ag >62Pb/33Sn/5Ag. La razón de disolución, puede cambiarse variando las concentraciones de los metales constituyentes de la mezcla soldante. Añadiendo un 2 % de Ag , en una mezcla de Estaño-Plomo, reducimos considerablemente la razón de disolución, tal como se muestra con la plata (Ag) en las mezclas de 40Pb/60Sn y 36Pb/62Sn/2Ag de la figura.

En general, la mojabilidad de la metalización aumenta con el incremento de la relación de disolución. Este fenómeno se puede explicar como una reacción química y atribuirlo también al aumento de la entropía. Zona intermetálica La soldadura, no solamente produce una disolución de la base metálica con la mezcla soldante, sino se producen reacciones químicas entre ellos. Esta reacción forma un componente intermetálico entre la base metálica y los componentes de la mezcla soldante. Estos componentes son estequiométricos y se forman cuando uno de los dos elementos es fuertemente metálico y el otro es significadamente menor. Por ejemplo en el caso del estaño y el cobre, se forman componentes Cu6Sn5 y Cu3Sn, que tienden a ser duros y quebradizos, porque su estructura es cristalina de baja simetría. El efecto de la formación de las zonas intermetálicas, incluye la mejora de la mojabilidad debido a una termodinámica favorable, una

relación de disolución lenta de la base metálica, pueden ser debido a la barrera de difusión de las capas intermetálicas, y del deterioro de la mojabilidad de la superficie por la acción los óxidos. Mejora de la mojabilidad La formación de la zona intermetálica es función de la temperatura, del tiempo, del tipo de metal del sustrato y del tipo de mezcla soldante. La figura muestra el grueso de la zona intermetálica cobre-estaño, en un sustrato de cobre, mojado con una mezcla soldante de estaño-plomo. La zona intermetálica, continua creciendo con temperaturas por debajo del punto de fusión, aunque mucho más lentamente.

La figura muestra que el espesor de la zona intermetálica, base estaño a 170º C, en la fase de difusión sólida es función de los materiales del sustrato en el siguiente orden: Co > Ag > Cu > Ni > Fe. En la tabla se muestra, los diferentes espesores de la formación intermetálica con varias bases metálicas y con varias mezclas soldantes.

Barrera de la disolución En general, componentes intermetálicos formados, tiene un punto de fusión más alto que la temperatura de la soldadura y permanecen en estado sólido, durante el proceso de soldadura. La figura muestra las formas de las capas intermetálicas entre la mezcla soldante y la base metálica, en el caso del Cu3Sn, y su lenta difusión de los átomos a través de las capas intermetálicas

Esto es atribuido a que el proceso de difusión, tiene dos velocidades, para las reacciones líquido-sólido. Sin embargo no todas los componentes intermetálicos formas capas, el Cu6Sn5, su estructura es granular en el interior de la mezcla soldante. Entre los granos, hay canales casi por toda la estructura y sirven de caminos, para una disolución rápida del Cu, y para sus reacciónes en el proceso. El componente intermetálico Cu-Sn, formado entre el Cu y una mezcla soldante sin plomo tal como Sn96,2/Ag2,5/Cu0,8/Sb0,5 tiene una estructura similar, tal como muestra la figura

La estructura de los componentes intermetálicos, son difíciles de predecir. La capa intermetálica, en el caso de una base metálica de Pd y su estructura intermetálica PdSn3 formada con la mezcla soldante 63Sn37Pb, tiene forma laminar. Sin embargo con una mezcla soldante libre de plomo, la formación de su capa intermetálica de PdSn4, es menor en un grado de magnitud y su estructura no es laminar.

Susceptibilidad de la oxidación Aunque la formación de las capas intermetálicas mejora con el mojado durante el proceso de soldadura, la soldabilidad de estas capas intermetálicas, son más pobres que la base metálica. Si evaluamos la mojabilidad de tres muestras sólidas de Cu, Cu6Sn5, y Cu3Sn a 235º C, utilizando un baño soldante de 60Sn40Pb. La mojabilidad del Cu es mucho mejor que la del Cu3Sn y del Cu6Sn5, cuando utilizamos un flux R, la diferencia de mojabilidad disminuye cuando utilizamos el flux RMA. Sin embargo si las muestras están tres días almacenadas a temperatura ambiente, la mojabilidad se degrada considerablemente con el flux R, con el Cu mucho mejor que el Cu6Sn5, el cual es ligeramente mejor que el Cu3Sn. El efecto es insignificante con el Cu cuando utilizamos el flux RMA, mientras los componenters intermetálicos sufren una considerable degradación en la mojabilidad debido al almacenamiento.

Los resultados arriba indican, que los componentes intermetálicos, en el Cu6Sn5, la mojabilidad es ligeramente mayor que el componente Cu3Sn. Sin embargo, la mojabilidad de ambos componentes se degrada más rápidamente que el Cu en el almacenamiento. Esta vulnerabilidad de la oxidación sugiere una asociación del pre-estañado, con los problemas de mojabilidad, durante el proceso de adaptación. Esto nos hace pensar, que los componentes intermetálicos, se oxidan internamente, sin que la superficie pre-estañada se destruya. La dificultad de la mojabilidad podría aumentar si la superficie pre-estañada no se disuelve durante la soldadura. En general, la mojabilidad decrece con el menor espesor de la capa protectora inicial, incrementando el espesor de la capa intermetálica. En los procesos de montaje donde, tenga lugar varios procesos térmicos, esta determinado un espesor mínimo de 1,5 micras. Efectos en la mojabilidad, de los elementos constituyentes La mojabilidad, está afectada por las capas intermetálicas, y la formación de estas capas, establecido por las reacciones entre los elementos constituyentes de la mezcla soldante. El orden de la habilidad del deslizamiento en el proceso de soldadura en los elementos es como sigue: Estaño > Plomo > Plata > Indio > Bismuto. Esta efectos solo son una guía, pues otros parámetros, tales como la viscosidad o los componentes añadidos, pueden anular este orden de sus características. Por ejemplo, aunque el Sn puro es de superior mojabilidad comparado con la mezcla eutéctica Sn/Pb, en el Cu, la mezcla SnAgBi tal

como la de 91,7Sn/3,5Ag/4,8Bi, es de mejor mojabilidad que el de SnAg, a pesar de la baja característica de mojabilidad del Bi. Diagrama de fase de la soldadura El diagrama de la fase de la soldadura, es la descripción de equilibrio termodinámico de las diferentes fases, como una función de la composición de los componentes de la mezcla soldante y sus parámetros termodinámicos tales como la temperatura. Es una ayuda para entender las probables fases de la fusión de los componentes. Al ser de naturaleza termodinámica el diagrama de fases no predice las propiedades cinéticas, tales como la reacción entre los ingredientes de la mezcla, o sus características de mojabilidad o la velocidad de oxidación de la base metálica. Es decir no puede predecir la morfología de las varias fases de la unión de soldadura. Aunque la soldadura es un proceso corto, en el que intervienen reacciones químicas, por consiguiente de una naturaleza muy cinética, el uso del diagrama de fases junto con información suplementaria, nos permite comprender mejor y predecir algo el comportamiento del proceso de soldadura.La aplicación del diagrama de fases puede ilustrarse en los siguientes ejemplos. Para un sistema de soldadura SnPb la fase eutéctica se muestra en la figura

Las características que se muestran en las diversas fases A – B y C. La fase B (7Pb/30Sn), la soldadura empieza a fundirse a la temperatura de 183º C, pero no alcanza el estado líquido completamente hasta los 257º C. El estado sólido, indica que la temperatura debe ser considerablemente menor que los 183º C. Los 257º C de la etapa líquida nos indica la lenta fusión de la pasta de soldar, si el proceso de la soldadura se efectúa a una temperatura menor. Lo que dará como resultado una pobre difusión de la soldadura en la unión. Para asegurar la apropiada fluidez, se necesita una temperatura considerablemente superior a 257º C. Este proceso de temperatura alta, podrá dañar a muchos de los componentes.

Otra desventaja es la tendencia de la formación de terminales levantados. Este fenómeno observado en el proceso de soldadura por ola, donde el terminal queda levantado de la base metálica tal como muestra la figura.

El mecanismo es atribuido a un desequilibrio del coeficiente térmico entre las dos partes a soldar, agravado por las un gran margen de pastosidad de la mezcla soldante. Tal como nos muestra la figura.

Mecanismo de las fuerzas de dilatación en la soldadura por ola

• Desequilibrio de la dilatación térmica • Fuerzas generadas por calentamiento • Mezcla con gran margen de pastosidad

Al aumentar la temperatura, la excesiva contracción de PCB en el eje z y la soldadura el los ejes x – y, genera fuerzas de dilatación en las juntas soldadas. Después que la soldadura se enfríe totalmente estas fuerzas de dilatación pueden romper los terminales donde la tensión está altamente concentrada. Por eso 96,5Sn/3,5Ag muestra una tendencia baja y el 91,9Sn/3,4Ag una tendencia alta a la formación de terminales levantados. La composición 63Sn/37Pb, la soldadura es eutéctica, pasando de líquido a sólido casi inmediatamente a la temperatura de 183º C. La viscosidad es mínima comparada con la composición antimonio – cadmio tal como muestra la figura.

La baja viscosidad, junto con la interacción de fuerzas con la base metálica, llevan a un buen mecanismo de deslizamiento de la mezcla soldante. Esta característica de las mezclas eutécticas, la hacen preferidas a las hipo- e hiper-eutécticas para las aplicaciones de soldadura. La composición 97Pb/3Sn tiene un rango de sólido 316º C a líquido 321º C. Este rango permite un proceso de mojado a una temperatura de alrededor de 340º C. Lo que nos permite ser utilizado para ciertos procesos de soldadura muy específicos, tales como soldaduras de los chips en sus interconexiones. Soldadura de las microestructuras Las propiedades mecánicas de las uniones soldadas, están influenciadas por las microestructuas, incluyendo los movimientos de las dislocaciones, y el aumento y la reconfiguración de los granos. Con el punto de fusión ligeramente por encima de la temperatura ambiente, los mecanismos de las deformaciones así como los fallos de las soldaduras en general son mecanismos que se producen a temperaturas altas, tales como la termo-deformación y la recristalización. Estos mecanismos no solamente están afectados por la composición de la mezcla soldante, sino por las microestructuras y el proceso de soldadura. Por lo tanto entender sus propiedades, nos permitirá medir el tipo de proceso, para obtener la microestructura deseada. Mecanismo de la deformación La deformación de los materiales con el tiempo, y por la aplicación de una tensión o un esfuerzo cortante, en los procesos térmicos, es importante cuando la temperatura supera la media del punto de fusión (en grados Kelvin). La termo - deformación es la más importante deformación en el proceso de soldadura. Su conducta se representa en la figura

Pueden ser aproximadamente divididas en tres etapas, la primera etapa, donde la presión crece gradualmente, hasta alcanzar un estado estacionario, la segunda, donde la presión se mantiene a un valor prácticamente constante, hasta alcanzar la etapa siguiente donde la presión se incrementa rápidamente, y eventualmente se produce la ruptura. El gradiente de la presión en el estado estacionario (segunda etapa), es la característica utilizada para determinar el comportamiento de la termo-deformación, y puede ser representada por la formula

Donde es el gradiente de la presión, es el tensión, n es el exponente, E es la energía de activación, K es la constate de Boltzmann, y T es la temperatura en grados Kelvin. Dependiendo del nivel de la tensión, el mecanismo de la deformación puede ser representado por la figura

Termo-deformación para la mezcla eutéctica del Sn-Pb, mostrando las tres fases de su comportamiento

Donde el incremento de la tensión puede ser por una dislocación causada, por el aumento del volumen del grano, o una dislocación por deslizamiento. En una tensión baja, el mecanismo dominante en la termo - deformación, es la dislocación debida al aumento del volumen de los cristales (dislocación ascendente). La energía de activación esta muy cerca de la auto-difusión volumétrica, y es sensible a la composición, pero no a la microestructura. Este mecanismo de deformación se mantiene a lo largo de la superficie externa, y en las tres dimensiones de la unión. Con una tensión intermedia, la termo-deformación de los granos puede ocurrir, si la temperatura es suficiente alta y el tamaño de los granos pequeña y equi-dimensional. Esta deformación se produce por el deslizamiento de los granos entre unos y otros, por el desplazamiento de los granos en la superficie externa. Este desplazamiento, esta asociado con las rotaciones y la reorientación de los granos individualmente y de sus agrupaciones hacia la dirección de la máxima tensión, que es requerida para mantener la coherencia. La migración de los granos en la superficie externa, están situados preferentemente en las cavidades y en las micro-rupturas. La termo-deformación es proporcional al inverso del cuadrado del tamaño del grano y es insignificante a menos que el tamaño del grano sea menor de unos pocos micrones. La termo-deformación del grano, tiene una energía de activación muy parecida al de la difusión de la superficie externa y mejora la estabilidad y la no deformación plástica. El mecanismo de termo-deformación conduce a la super-plasticidad, en el cual un material padece un porcentaje de deformación importante, por lo tanto una excepcional ductilidad y excelente resistencia a la fatiga. Las deformaciones cíclicas, causan pequeños daños micro-estructurales, se incrementan con la temperatura. Con una gran tensión, el mecanismo de la deformación experimenta una deformación y elongación que conduce a la ruptura. La deformación es sensible a la microestructura, incluyendo el daño por cavitación de lo granos en los límites y llevando a la deformación no homogénea. La cavitación es la responsable de la deformación en la etapa terciaria. Las cavidades crecen con la tensión, aumentando los huecos hasta causar el fallo. Este proceso esta agravado por el incremento del tamaño de los granos, los cuales aumentan la presión en las uniones de los granos y los perfiles de los granos, todo lo cual posibilita las deformaciones de las uniones y la distribución de las tensiones internas. Este evolución de las bandas de deslizamiento es particularmente pronunciado en las soldaduras inestables, donde las micro-estructuras eutécticas, son fácilmente re-cristalizables, tales como la del Sn-Pb. En estas soldaduras, las incipientes bandas de deslizamiento, causan el progreso de bandas de re-cristalización bien definidas, en las juntas de deslizamiento. El material re-cristalizado está localizado normalmente, cerca de la capas intermetálicas, acelerando el proceso de deterioro y acortando el tiempo de fatiga en las uniones soldadas. La recristalización del Sn y del Pb, se produce en bandas bien alineadas y organizadas, en la dirección de la máxima tensión de la presión. La formación de una gruesa capa intermetálica, tiene como resultado una pobre resistencia a la tracción de las juntas soldadas, tal como lo muestra la figura.

Resistencia a la tensión en función del grueso de la capa intermetálica a temperatura ambiente

Sin embargo, los efectos de la capa intermetálica es complicado, y en general los fallos por fatiga están localizados dentro de la soldadura, a menos que la capa intermetálica sea gruesa. Durante el test de la tensión de ruptura en la soldadura con 60Sn/40Pb, si la unión se ha solidificado lentamente y formado una microestructura con doble capa intermetálica, una grieta se propaga a menudo, a través de la capa de Cu6Sn5 . La formación de una capa intermetálica gruesa no cambia la situación del fallo, a menos que perforaciones de Cu6Sn5, estén introducidos dentro del cuerpo de la soldadura, donde la fractura puede deslizarse, desde la capa intermetálica y debido al efecto de los huecos producidos por las grietas. Deseable proceso de soldadura La estructura laminar manifiesta como una gran superficie, y por lo tanto no es estable, tiendiendo a formar, con el tiempo gruesos granos de mismo tamaño. La estructura granular es más estable que la microestructura laminar, debido a la mezcla de las dos diferentes fases del sistema.. Para formar una estructura de grano fino, con un buen comportamiento intergranular, además de una buena resistencia a la fatiga, el proceso debe tener un rápido proceso de enfriamiento. Para minimizar la formación de la capa intermetálica, debemos utilizar una temperatura baja de soldadura y un relativamente corto tiempo de enfriamiento. La resistencia a la deformación térmica en el orden descendente para las diferentes mezclas soldables son 62Sn/36Pb/2Ag > 96,5Sn/3,5Ag > 63Sn/37Pb > 58Bi/42Sn > 60Sn/40Pb > 70Sn/30In > 60In/40Sn. Sumando el 2% de Ag, parece ser efectivo, para purificar y conservar el tamaño del grano de la mezcla eutéctica del Sn-Pb, de este modo mejorar la resistencia a la fatiga. También la adición de pequeñas cantidades de In y Cd, inhibe la formación de la microestructura laminar. Efectos de las impurezas en la soldadura El proceso de mojado es favorecido por la baja energía superficial entre la mezcla soldante y el substrato. Sin embargo ambas energía inerfacial y pueden ser afectadas por las impurezas. En general pequeñas cantidades de impurezas, pueden producir una disminución de la energía superficial.

Efecto de las impurezas, en el punto de fusión y en la fuerza de enlace y mojado

Conclusiones En el proceso de soldadura están involucrados, procesos físicos de mezcla entre los soldantes, disolución con la base metálica, interacciones químicas entre la mezcla soldante y la base metálica, además de las reacciones termo dinámicas. Ambas, la disolución y la formación de la capa intermetálica, están influenciadas por el tiempo, temperatura, tipo de la mezcla soldante y la metalización del substrato. La deformación de la soldadura están involucrados, la forma, la migración la rotación del grano y la formación de cavidades o huecos. La formación de una unión con granos finos mejora la deformación y la resistencia a la fatiga y puede mejorarse con un proceso rápido de enfriamiento, así como de la adición de aditivos. Con una baja temperatura de soldadura y en un tiempo corto, logramos una capa intermetálica estrecha que mejora la resistencia a la fatiga y a la tensión mecánica. Las impurezas pueden afectar la tensión superficial, el mojado la resistencia a la oxidación y la apariencia externa de la soldadura. El proceso de soldadura tiene una gran capacidad de producción de bajo costo y con una gran calidad de interconexión. Sin embargo, debido a las reacciones químicas involucradas durante el proceso y de la naturaleza de las uniones soldadas, deben seleccionarse los materiales y el sistema utilizado.

Apendice Efecto de la tensión superficial de flux en el deslizamiento de la mezcla soldante En la refusión se establece un estado de casi equilibrio después de la fusión. El perfil de este sistema puede ser esquemáticamente expresado por la figura y la expresión matemática

En esta expresión , es la tensión superficial entre el substrato metálico y el flux, es la tensión superficial entre el substrato metálico y el líquido soldante, es la tensión superficial entre el líquido soldante y el flux y es el ángulo de contacto entre el líquido soldante y el substrato metálico. La tensión superficial puede ser aproximadamente representarse por las formulas:

Donde es la tensión superficial del substrato metálico, es la tensión superficial del líquido soldante, y es la tensión superficial del flux. Si el flux es reemplazado por una tensión superficial menor, el equilibrio descrito anteriormente puede romperse y crearse un nuevo equilibrio con un muevo ángulo de contacto . Este efecto puede ser a través de las siguientes formulas:

Tenemos

Sustituyendo

En el caso de > 0, de que K sea más grande que , tenemos

Como consecuencia, el líquido de la mezcla soldante tendería a propagarse hasta una nueva condición de equilibrio, al alcanzar un ángulo de contacto con el ángulo más pequeño que . Físicamente, la fuerza de propagación después del cambio de flux tiene una dispesión y una anti-dispersión , cuyo valor se incrementará en K en la dispersión y en para la anti-dispersión, un nuevo equilibrio puede solamente obtenerse por la propagación. Como conclusión un sistema de flux, con alta tensión superficial, dará como resultado una menor propagación de la mezcla soldante, cuando los demás parámetros permanecen iguales. Las magnitudes relativas y de pueden obtenerse de las formulas siguientes:

En el equilibrio con y

Por lo tanto y También

Sustituyendo en tenemos Como consecuencia

Para

Por lo tanto, el flux con baja tensión superficial , tendrá un ángulo más pequeño o una propagación más amplia.