Als ich ein Schuljunge war und Funkkomponenten hauptsächlich von verschiedenen Leiterplatten abbaute, die auf die Mülldeponie geworfen wurden, bemerkte ich ein ungewöhnliches Phänomen beim Löten einer anderen solchen Leiterplatte: Einige Lote fielen sofort von der Folie, es lohnte sich, sie mit einem Lötkolben zu stechen. Die Kontaktfläche blieb frei von Lot, glatt und silberverzinnt, und ein Tropfen Lot am Ausgang des Teils hatte die gleiche glänzende flache Basis darunter.
Ich habe es bemerkt und vorerst vergessen. Und im vorletzten Jahr, als ich an einer wissenschaftlichen Expedition in die Arktis teilnahm, stieß ich unerwartet auf einen unerwarteten Ausfall des Geräts, mit dem ich arbeitete. Das Gerät war hausgemacht - andere Leute haben es gemacht, aber zum Glück haben sie mir die Schaltung und die gesamte Dokumentation zur Verfügung gestellt, die ich für den Fall des Lötkolbens und der notwendigen Geräte mitgenommen habe. Wir mussten lange nicht nach einer Fehlfunktion suchen: Im Inneren des Gehäuses befand sich ein integrierter 5-V-Stabilisator im D-Pak-Gehäuse, der einfach vom Board fiel. Die Pads und der „Bauch“ des Stabilisators hatten die gleichen schönen glänzenden Oberflächen.
Der letzte Fall betraf einen alten Laptop, der nach Angaben seines früheren Besitzers den Stromanschluss in einem Keller für tausend Rubel austauschte, nachdem der alte den Kontakt eingestellt hatte. Im Laufe der Zeit gab es wieder Probleme mit dem Kontakt in diesem Stecker, und als ich feststellte, dass der Stecker einfach schlecht verlötet war und nur in der Platine hing, nahm ich den Stecker und löte ihn so, wie er sollte. Aber die Zeit verging und der Fehler kehrte zurück.
Wie Sie vielleicht vermutet haben, ist der Grund für all diese Phänomene derselbe und wird im Titel des Artikels erwähnt und im KDPV gezeigt. Aber woher kam es auf Brettern und sogar in einem Laptop?
In den ersten beiden Fällen war der Fehler der Vorschlag eines anderen, der irgendwann fast zur allgemein akzeptierten Methode wurde, Leiterplatten für Funkamateure zu verzinnen, und anscheinend auch in Produktion ging. Ich warf ein Brett in eine Mischung aus Wasser, Glycerin und Zitronensäure, erhitzte es auf hundert Grad, warf dort ein paar Körnchen der Rosenlegierung, verteilte die geschmolzene Legierung mit einem Gummispatel - und jetzt sind wunderschön verzinnte und leicht verlötbare Wege fertig. Und der Laptop wurde, wie wir uns erinnern, von inoffiziellen Mechanikern besucht, die einen niedlichen Trick haben - wie man an massive Polygone der Platine gelötet und sogar bleifreies Lötmittel, zerbrechlichen Lötkolben. Zu diesem Zweck wird für Rose dieselbe Legierung verwendet, die mit einem festen Kabel verschmolzen ist, schnell schmilzt und es einfach macht, den Stecker zu zerlegen, ohne alles auf der Platine zu "löschen" und ohne das Kupfer von der Leiterplatte abzuziehen. In allen drei Fällen senkte die mit Lötmittel vermischte Rosenlegierung ihren Schmelzpunkt stark, was zu Problemen führte.
Es scheint, dass eine kleine Legierung Rose die Eigenschaften von Lot nicht sehr stark verändern sollte. Aber das ist nicht so. Warum - denken wir daran, dass die Rose-Legierung ein dreifaches Eutektikum im Zinn-Blei-Wismut-System ist.
Sprechen Sie über Eutektikum
Betrachten wir das Phasendiagramm eines Zweikomponentensystems mit unbegrenzter Löslichkeit im flüssigen Zustand und unbedeutender Löslichkeit im Feststoff. Die Zusammensetzung der Legierung ist auf der horizontalen Achse und die Temperatur auf der vertikalen Achse aufgetragen. Und die Linien darauf sind die Abhängigkeiten der Temperaturen vom Beginn des Schmelzens (Solidus - ADCB) und vom Ende des Schmelzens (Liquidus - AEB). Es gibt noch zwei Zweige, die die Bereiche einer homogenen festen Lösung vom Zweiphasenbereich trennen, aber sie werden uns jetzt nicht interessieren. Im Bereich zwischen Solidus und Liquidus haben wir ein Zweiphasensystem aus Schmelze und Festphase.
Punkt E ist etwas Besonderes, da sich Solidus und Liquidus berühren: Eine Legierung dieser Zusammensetzung ist am schmelzbarsten und schmilzt sofort wie ein reines Metall. Das ist eutektisch. Ein gutes Lot ist normalerweise ein Eutektikum und genau das ist POS-61 oder POS-63.
Und wenn die Zusammensetzung der Legierung nicht dem Eutektikum entspricht? Mussten Sie jemals POS-40-Lot löten, das normalerweise in sowjetischen Haushalten als dicker Stab verkauft wurde? Unter dem Stich eines Lötkolbens verwandelt es sich zunächst in eine Art Brei und schmilzt dann nur noch vollständig. Es härtet in umgekehrter Reihenfolge aus, verwandelt sich zuerst in ein Chaos und erstarrt dann schließlich.
Und wenn wir Zinn nehmen und nur 5% Blei hinzufügen? Es wird absolut dasselbe sein, nur zwischen Solidus und Liquidus wird der „Brei“ praktisch fest sein. Aber zerbrechlich, da die flüssige Phase dünne Schichten zwischen den Kristallen füllt.
Und jetzt beachten Sie, dass die Soliduslinie horizontal ist. Dies bedeutet, dass das Schmelzen einer Legierung aus Zinn und Blei (im Zusammensetzungsbereich von 2,6 bis 80,5% Blei) unabhängig von ihrer Zusammensetzung bei
derselben Temperatur beginnt. Bei der gleichen Temperatur endet die Verfestigung, und übrigens ist die Zusammensetzung dieser letzten Tropfen der Schmelze gleich der Zusammensetzung des Eutektikums.
Fügen Sie nun die Wismutbeine hinzu
Und wenn Sie eine dritte Komponente hinzufügen, die sich ebenfalls frei in flüssigem Zustand auflöst, sich aber nicht in festem Zustand auflöst ... Hier müssen wir ein Dreikomponentensystem betrachten.
Im Allgemeinen verhält sich ein solches System ähnlich wie ein Zweikomponentensystem. Auch hier besteht eine Zusammensetzung aus drei Komponenten, bei denen die Temperaturen von Solidus und Liquidus gleich sind. Und sein Schmelzpunkt ist sogar niedriger als die Temperatur der Doppel-Eutektik in jedem der drei binären Systeme, aus denen das Tripel besteht.
Diese Figur zeigt einen Liquidus, der sich von einer Linie in eine Oberfläche verwandelt hat. Und Solidus ... Solidus ist eine horizontale Ebene für fast das gesamte Dreieck (mit Ausnahme des Steigungswinkels - es gibt eine intermetallische Phase). Für das Blei-Zinn-Wismut-System entspricht seine Position einer konstanten Temperatur von 96 ° C, der Schmelztemperatur der Rose-Legierung.
Wenn wir also der Zinn-Blei-Legierung etwas Wismut hinzufügen, erhalten wir eine Legierung, die bei 96 ° C zu schmelzen beginnt.
Wismut ist zwar in Zinn und insbesondere in Blei spürbar löslich. Aus diesem Grund wird die Solidus-Ebene vom Rand des Dreiecks - dem Zinn-Blei-Abschnitt - wegbewegt. Es ist ungefähr 15% Wismut aus Zinn-Blei-Eutektikum und "biegt" sich nach oben, wenn es sich der Kante nähert. Daher ist die Menge der Rosenlegierung, die zu Problemen führt, nicht unendlich gering, sondern etwa 10 bis 20%. Dies ist aber leider nur unter idealen Bedingungen möglich. In echtem und weniger Schaden. Der Grund dafür ist, dass das Löten ein schneller Prozess ist.
Kinetischer Faktor
Die Kinetik ist ein Teil der Chemie, der sich mit der Geschwindigkeit chemischer Prozesse befasst. Das Löten ist ein schneller und kurzer Vorgang. Der Lötpunkt erwärmt sich schnell, bevor das Lot schmilzt und schnell abkühlt. Was führt das?
Stellen Sie sich ein Pad auf einer Leiterplatte vor, die mit einer Rose-Legierung verzinnt ist (speziell oder nachdem sie zum Löten eines defekten Teils verwendet wurde). Sie löten das Kontaktfeld darauf und entfernten den Lötkolben. Das Lot ist gefroren. Lötzeit - Sekunden. Während dieser Zeit haben das Lot und die Rose-Legierung keine Zeit zum Mischen, insbesondere wenn das SMD-Element gelötet ist und der enge Spalt zwischen dem Kontaktfeld und dem Ausgangsfeld das Mischen stört. Infolgedessen wird anstelle der früheren Rosenlegierung eine Schicht einer mit Wismut angereicherten Schicht am Kontaktpolster erhalten, die bei einer Temperatur von 96 ° C zu schmelzen beginnt, selbst wenn die Gesamtmenge der Wismutverunreinigungsverbindung unzureichend zu sein scheint. Deshalb fielen die Details durch eine leichte Berührung mit einem Lötkolben ab und so entstand ein „Spiegel“.
Blau in dieser Abbildung zeigt die Rosenlegierung und Graulot. Links - vor und rechts - nach dem Löten.
Was droht?
Wenn das Heizteil mit der Rose-Legierung verlötet wird, ist das Ergebnis klar: Das Teil fällt einfach ab. Bei Temperaturen über 96 ° C sind die kristallinen Lötkörner durch flüssige Schichten getrennt und ihre Festigkeit ist ähnlich der von feuchtem Sand. Es scheint, dass es nichts zu befürchten gibt, wenn sich das Teil nicht erwärmt? Aber hier kommt der Faktor ins Spiel, dass vom Moment des Lötens bis zum Moment der endgültigen Verfestigung ziemlich viel Zeit vergeht. Und zu diesem Zeitpunkt wird die kleinste Anstrengung an der Kreuzung sie zerstören, es werden Risse entstehen. Es stellt sich eine Art „falsches Löten“ heraus: Alles scheint gelötet zu sein, es gibt Kontakt - aber es gibt keine Zuverlässigkeit. Mit der Zeit verschwindet dieser Kontakt, insbesondere unter mechanischen Beanspruchungen, wie am Stromanschluss eines Laptops.
Schlussfolgerungen
Verwenden Sie die Rose-Legierung nicht zum Verzinnen von Brettern oder zum Löten von Teilen. Und wenn Sie eine empfindliche Legierung mit einer Rose-Legierung löten müssen, die große Angst vor Überhitzung hat, besorgen Sie sich dafür einen separaten Lötkolben oder eine separate Spitze. Eine würdige Alternative zum Verzinnen mit einer Rosenlegierung ist das chemische Verzinnen. Es ist nur notwendig, Flussmittel auf das „chemische“ Zinn aufzutragen und es zu schmelzen.
Wenn das Teil nicht mechanisch belastet ist und Sie es noch mit einer Rosenlegierung verlötet haben (oder jemand es vor Ihnen getan hat), seien Sie nicht faul und kleben Sie es mit einem nicht sehr starken Klebstoff auf die Platine (damit Sie es bei Bedarf abreißen können). . Auf diese Weise versichern Sie es bis zu einem gewissen Grad vor einer Verschiebung während des Erstarrens des Lots und machen das Löten zuverlässiger. Sie können die Stellen auch mit der Rose-Legierung mit einem großen Tropfen Lötmittel auf einer breiten Spitze des Lötkolbens umrunden, dann das Lötmittel mit einem Geflecht entfernen und diesen Vorgang noch 1-2 Mal wiederholen. Abhängig von der Qualität der Platine besteht jedoch die Gefahr, dass die Schienen nicht stehen.
PS:Eine ähnliche Situation ergibt sich, wenn Sie plötzlich auf Zinn-Wismut-Lot stoßen. Ein solches Lot, das wenig toxisch (Wismut ist viel weniger toxisch als Blei) und schmelzbar (Tmelt = 139 ° C) ist, wäre ein ausgezeichnetes bleifreies Lot, wenn beim Eintritt von Blei kein dreifaches Eutektikum gebildet würde. Zum Beispiel bei der Reparatur einer mit einem solchen Lot gelöteten Platine unter Verwendung von gewöhnlichem Zinn-Blei-Lot. Ein solches Lot hat jedoch, wie von
Habra_nik angegeben , in Japan eine gewisse Popularität. Sie müssen also vorsichtig sein, wenn Sie moderne japanische Elektronik reparieren.