L'affascinante mondo delle leghe saldanti e della metallurgia

Jun 13, 2023

La saldatura è la colla metallica conduttiva che si usa per incollare insieme i componenti. Se si riscalda abbastanza il componente e il PCB e si scioglie un po' di saldatura nel giunto, rimarrà fermo e condurrà in modo affidabile. Ma è tutt'altro che semplice.

Esistono molte leghe saldanti diverse e anche la punta stessa del saldatore è un capolavoro multimateriale. In questo articolo daremo uno sguardo alla metallurgia dietro la saldatura e vedrai perché la manutenzione della punta di saldatura e la sostituzione regolare sono una buona idea. Naturalmente, parleremo anche del ruolo svolto dal piombo nelle leghe di saldatura e dell'effetto della sua sostituzione con altri metalli quando si diventa senza piombo. Con cosa stai saldando?

La saldatura e la sua cugina a temperatura più elevata, la brasatura, sono essenzialmente uno dei due modi per creare legami metallo-metallo e consentono l'uso di tecniche a bassa temperatura che creano comunque legami relativamente stabili tra due superfici metalliche. Anche la saldatura è un capitolo interessante nel campo della metallurgia, poiché si basa sui cosiddetti composti intermetallici (IMC).

La saldatura è in contrasto con la brasatura, dove le alte temperature fondono il metallo su entrambi i lati dei pezzi da unire, fondendoli in modo permanente. La saldatura è un metodo molto resistente e affidabile per unire pezzi metallici, ma sfortunatamente è del tutto inadatta per i componenti elettronici delicati, dove il calore eccessivo può danneggiare le parti e l'obiettivo è più quello di "incollare" insieme elementi elettricamente conduttori che di fonderli insieme.

Questo ci porta anche al motivo per cui la saldatura e gli IMC sono una tale fonte di problemi, al punto che gli IMC vengono definiti "malvagi". Gli IMC sono essenzialmente frammenti delle due superfici metalliche su entrambi i lati disciolti nella saldatura, provocando un'unione sufficiente affinché ciascun lato del giunto sia più o meno stabilmente fuso con la saldatura. Sfortunatamente un IMC di questo tipo è ben diverso dal metallo solido e stabile di un giunto di saldatura e, di conseguenza, può essere fragile a seconda esattamente di quali metalli erano coinvolti nella lega di saldatura.

Ma gli IMC formati durante la saldatura sono abbastanza resistenti e la loro formazione è alla base del motivo per cui ogni lega di saldatura utilizza lo stagno. Lo stagno ha la proprietà di lasciare che altri metalli si dissolvano al suo interno. In effetti, è possibile saldare con stagno puro, anche se, come vedremo in seguito, la maggior parte delle saldature viene migliorata aggiungendo altri metalli alla miscela.

La saldatura però non si scioglie da sola, e anche la costruzione della punta del saldatore nasconde molta metallurgia sotto la pelle. Le punte stesse sono strutture composite, generalmente costituite da un nucleo di rame tellurio, placcato da uno strato di ferro durevole, normalmente ricoperto di stagno per la parte che dovrebbe essere "bagnabile" e di cromo per la parte sotto la punta dove viene effettuata la saldatura. non dovrebbe attaccarsi. Lo strato di ferro è stato aggiunto per evitare che lo stagno nella lega di saldatura dissolvesse il rame della punta, che in passato costituiva un problema significativo.

Lo strato di ferro è un cattivo conduttore termico e dovrebbe essere mantenuto il più sottile possibile senza perdere i vantaggi di durabilità che offre. Ma poiché il ferro arrugginisce, dovrebbe essere tenuto coperto da un sottile strato di stagno proveniente dalla saldatura.

Se si forma ossido di ferro, ci sono diversi modi per rimuovere questo accumulo. Essenzialmente ciò comporta metodi abrasivi per rimuovere fisicamente lo strato di ossido, o l'uso di uno stagno per punte, che genera un acido quando esposto al calore del saldatore. Questo acido è più forte dell'acido debole contenuto nel fondente, quindi dovrebbe rimuovere anche gli ossidi di ferro. La saldatura fresca viene mescolata con un detergente per punte, quindi la punta è immediatamente rivestita e pronta all'uso.

Quando si tratta di quel rotolo di saldatura che le persone hanno in giro, raramente viene data più di una considerazione superficiale a quale lega sia e quali siano le esatte proprietà di quella lega. Potresti pensare alla saldatura come "con piombo" rispetto a "senza piombo", ma c'è molto altro da sapere oltre a questo.

Attenendosi per ora alle saldature a base di piombo, uno sguardo superficiale rivela che esistono numerosi tipi popolari, insieme alle loro temperature di fusione, qui: