Érase una vez, cuando era un niño de escuela y extraía componentes de radio principalmente de varias placas de circuito arrojadas al vertedero, noté un fenómeno inusual en el proceso de soldar otra placa de circuito de este tipo: algunas soldaduras se cayeron instantáneamente de la lámina, valió la pena pincharlas con un soldador. El área de contacto permaneció libre de soldadura, lisa y plateada, y una gota de soldadura en la salida de la pieza tenía la misma base plana brillante debajo.
Me di cuenta y olvidé por el momento. Y el año anterior, al participar en una expedición científica al Ártico, inesperadamente encontré una falla inesperada del dispositivo con el que estaba trabajando. El dispositivo fue hecho en casa; otras personas lo hicieron, pero afortunadamente, me proporcionaron el circuito y toda la documentación, me llevé conmigo por si acaso el soldador y los dispositivos necesarios. No tuvimos que buscar un mal funcionamiento durante mucho tiempo: dentro de la caja había un estabilizador integrado de 5V en el paquete D-Pak, que simplemente se cayó del tablero. Las almohadillas y el "vientre" del estabilizador tenían las mismas hermosas superficies brillantes.
El último caso fue con una computadora portátil vieja, que, según su antiguo propietario, cambió el conector de alimentación en un sótano por mil rublos después de que la vieja dejó de contactar. Con el tiempo, hubo problemas con el contacto en este conector nuevamente, y cuando descubrí que el conector simplemente estaba mal soldado y simplemente se colgó en la placa, tomé y solde el conector como debería. Pero el tiempo pasó y la falla regresó.
Como habrás adivinado, la razón de todos estos fenómenos es la misma y se menciona en el título del artículo y se muestra en el KDPV. Pero, ¿de dónde vino en los tableros e incluso en una computadora portátil?
En los primeros dos casos, la culpa de la racionalización de otra persona, que en algún momento se convirtió casi en la forma generalmente aceptada de estañar placas de circuitos impresos con radioaficionados, y, aparentemente, penetró en la producción. Tiré una tabla en una mezcla de agua, glicerina y ácido cítrico, la calenté a cien grados, arrojé allí algunos gránulos de la aleación Rose, dispersé la aleación fundida con una espátula de goma, y ahora están listos caminos bellamente estañados y fácilmente soldables. Y la computadora portátil, como recordamos, fue visitada por reparadores no oficiales, que tienen un lindo truco: cómo soldar con soldadura a polígonos de placas masivas, e incluso soldadura sin plomo, soldador frágil. Para esto, se usa la misma aleación para Rose, que, fusionada con un plomo apretado, lo derrite rápidamente y facilita el desmontaje del conector sin "borrar" todo en la placa y sin separar el cobre de la PCB. Y en los tres casos, la aleación Rose, mezclada con soldadura, bajó bruscamente su punto de fusión, lo que provocó problemas.
Parecería que un poco de aleación Rose no debería cambiar mucho las propiedades de la soldadura. Pero esto no es así. Por qué, recordemos que la aleación Rose es un triple eutéctico en el sistema de estaño, plomo y bismuto.
Hablar sobre eutéctica
Veamos el diagrama de fase de un sistema de dos componentes con solubilidad ilimitada en el estado líquido y solubilidad insignificante en el sólido. La composición de la aleación se representa en el eje horizontal y la temperatura en el eje vertical. Y las líneas en él son las dependencias de las temperaturas del comienzo de la fusión (solidus - ADCB) y el final de la fusión (liquidus - AEB). Todavía hay dos ramas que separan las regiones de una solución sólida homogénea de la región de dos fases, pero ahora no nos interesarán. En la región entre solidus y liquidus, tenemos un sistema de dos fases de fusión y fase sólida.
El punto E es especial, en él solidus y liquidus se tocan: una aleación de esta composición es la más fusible y se funde inmediatamente, como un metal puro. Esto es eutéctico. Una buena soldadura suele ser eutéctica y eso es exactamente lo que es POS-61 o POS-63.
¿Y si la composición de la aleación no corresponde a la eutéctica? ¿Alguna vez ha tenido que soldar la soldadura POS-40, que generalmente se vendía en hogares soviéticos como una barra gruesa? Bajo la picadura de un soldador, primero se convierte en una especie de papilla, y luego solo se derrite por completo. Se endurece en el orden inverso, primero se convierte en un desastre y luego finalmente se solidifica.
¿Y si tomamos estaño y le agregamos solo 5% de plomo? Será absolutamente igual, solo entre solidus y liquidus la "papilla" será prácticamente sólida. Pero frágil, ya que la fase líquida llenará capas delgadas entre los cristales.
Y ahora observe que la línea de solidus es horizontal. Esto significa que la fusión de cualquier aleación de estaño y plomo (en el rango de composición de 2.6-80.5% de plomo) comenzará a la
misma temperatura , independientemente de su composición. A la misma temperatura, la solidificación terminará y, por cierto, la composición de estas últimas gotas de la masa fundida es igual a la composición de la eutéctica.
Ahora agregue las patas de bismuto
Y si agrega un tercer componente, que también se disuelve libremente en un estado líquido, pero no se disuelve en un sólido ... Aquí debemos considerar un sistema de tres componentes.
En general, dicho sistema se comporta de manera similar a uno de dos componentes. Aquí, también, hay una composición de tres componentes, donde las temperaturas de solidus y liquidus son iguales. Y su punto de fusión es incluso más bajo que la temperatura de los eutécticos dobles en cada uno de los tres sistemas binarios que conforman el triple.
Esta figura representa un líquido que se ha convertido de una línea en una superficie. Y solidus ... Solidus es un plano horizontal para casi todo el triángulo (a excepción del ángulo de avance, hay una fase intermetálica). Para el sistema de plomo-estaño-bismuto, su posición corresponde a una temperatura constante de 96 ° C, la temperatura de fusión de la aleación Rose.
Entonces, si agregamos un poco de bismuto a la aleación de estaño y plomo, obtenemos una aleación que comienza a derretirse a 96 ° C.
Es cierto que el bismuto es notablemente soluble en estaño, y especialmente en plomo. Debido a esto, el plano sólido se aleja del borde del triángulo, la sección de plomo-estaño. Es aproximadamente un 15% de bismuto de eutéctico de plomo-estaño, "doblado" hacia arriba cuando se acerca al borde. Por lo tanto, la cantidad de la aleación Rose que provocará problemas no es infinitamente pequeña, sino alrededor del 10-20%. Pero desafortunadamente, esto es solo en condiciones ideales. En real y menos daño. La razón de esto es que la soldadura es un proceso rápido.
Factor cinético
La cinética es una sección de la química dedicada a la velocidad de los procesos químicos. La soldadura es un proceso rápido y corto; el punto de soldadura se calienta rápidamente antes de que la soldadura se derrita y se enfríe rápidamente. ¿A qué conduce esto?
Imagine una almohadilla de contacto en un tablero estañado con una aleación Rose (específicamente o después de que se usó para soldar una pieza defectuosa). Soldaron la almohadilla de contacto y quitaron el soldador. La soldadura está congelada. Tiempo de soldadura - segundos. Durante este tiempo, la soldadura y la aleación Rose no tendrán tiempo para mezclarse, especialmente si el elemento SMD está soldado y la brecha estrecha entre la almohadilla de contacto y la almohadilla de salida interfiere con la mezcla. Como resultado, en lugar de la antigua aleación Rose en la almohadilla de contacto, se obtiene una capa de una capa enriquecida con bismuto, que comienza a fundirse a una temperatura de 96 ° C, incluso si la cantidad total de unión contaminante de bismuto parece ser insuficiente. Es por eso que los detalles se cayeron de un ligero toque con un soldador, y por lo tanto se formó un "espejo".
El azul en esta figura muestra la aleación Rose y la soldadura gris. A la izquierda, antes y a la derecha, después de soldar.
¿Qué amenaza?
Cuando la parte de calentamiento se suelda con la aleación Rose, el resultado es claro: la parte simplemente se caerá. A temperaturas superiores a 96 ° C, los granos de soldadura cristalina están separados por capas líquidas y su resistencia es similar a la de la arena húmeda. Parecería que si la parte no se calienta, no hay nada que temer. Pero aquí entra en juego el factor que pasa mucho tiempo desde el momento de la soldadura hasta el momento de la solidificación final. Y en este momento, el esfuerzo más pequeño en la unión lo destruirá, surgirán grietas. Resulta una especie de "falsa soldadura": todo parece estar soldado, hay contacto, pero no hay confiabilidad, con el tiempo este contacto desaparecerá, especialmente bajo tensiones mecánicas, como en el conector de alimentación de una computadora portátil.
Conclusiones
No use la aleación Rose para estañar tableros o para soldar piezas. Y si necesita soldar un poco de aleación delicada y con mucho miedo al sobrecalentamiento con una aleación Rose, consiga un soldador o una punta separada para esto. Una alternativa digna al estañado con una aleación Rose es el estañado químico. Solo es necesario aplicar fundente al estaño "químico" y derretirlo.
Cuando la pieza no esté cargada mecánicamente y aún la haya soldado con una aleación Rose (o alguien lo haya hecho antes que usted), no sea flojo y péguelo al tablero con un adhesivo no muy fuerte (para que pueda arrancarlo si es necesario) . Al hacer esto, lo asegurará en cierta medida del desplazamiento durante la solidificación de la soldadura y hará que la soldadura sea más confiable. También puede caminar por los sitios con la aleación Rose con una gran gota de soldadura en una punta ancha del soldador, luego retire la soldadura con una trenza y repita esta operación 1-2 veces más, pero dependiendo de la calidad de la placa, existe el riesgo de que las pistas no se detengan.
PD:Una situación similar surge si de repente te encuentras con soldadura de estaño y bismuto. Tal soldadura, siendo poco tóxica (el bismuto es mucho menos tóxico que el plomo) y fusible (Tmelt = 139 ° C), sería una excelente soldadura sin plomo si no fuera por la formación de un triple eutéctico cuando entra plomo. Por ejemplo, cuando se repara una placa soldada por una soldadura de este tipo utilizando soldadura de estaño-plomo común. Sin embargo, tal soldadura, como lo indica
Habra_nik , tiene un cierto nivel de popularidad en Japón. Por lo tanto, debe tener cuidado al reparar la electrónica japonesa moderna.