Il était une fois, quand j'étais écolier et que j'exploitais des pièces de radio principalement à partir de diverses cartes de circuits imprimés jetées dans la décharge, j'ai remarqué un phénomène inhabituel en train de souder une autre de ces cartes de circuits imprimés: certains soudeurs sont tombés instantanément du papier d'aluminium, cela valait la peine de les piquer avec un fer à souder. La zone de contact est restée exempte de soudure, lisse et étamée d'argent, et une goutte de soudure à la sortie de la pièce avait la même base plate brillante ci-dessous.
J'ai remarqué et oublié pour le moment. Et l'année dernière, en participant à une expédition scientifique dans l'Arctique, j'ai rencontré de façon inattendue une panne inattendue de l'appareil avec lequel je travaillais. L'appareil était fait maison - d'autres personnes l'ont fait, mais heureusement, ils m'ont fourni le circuit et toute la documentation, j'ai pris avec moi juste au cas où le fer à souder et les appareils nécessaires. Nous n'avons pas eu à chercher un dysfonctionnement pendant longtemps: à l'intérieur du boîtier, il y avait un stabilisateur intégré 5V dans le boîtier D-Pak, qui est simplement tombé de la carte. Les coussinets et le «ventre» du stabilisateur avaient les mêmes belles surfaces brillantes.
Le dernier cas était avec un vieil ordinateur portable, qui, selon son ancien propriétaire, a changé le connecteur d'alimentation dans un sous-sol pour mille roubles après que l'ancien ait cessé de contacter. Au fil du temps, il y a eu des problèmes avec le contact dans ce connecteur, et quand j'ai découvert que le connecteur était simplement mal soudé et qu'il venait de se bloquer dans la carte, j'ai pris et soudé le connecteur comme il se doit. Mais le temps a passé et la faute est revenue.
Comme vous l'avez peut-être deviné, la raison de tous ces phénomènes est la même et elle est mentionnée dans le titre de l'article et montrée sur le KDPV. Mais d'où vient-il sur les cartes et même dans un ordinateur portable?
Dans les deux premiers cas, la faute était la proposition de quelqu'un d'autre, qui à un moment donné est devenue presque la manière généralement acceptée d'étamer les cartes de circuits imprimés pour les radio-amateurs, et, apparemment, est également entrée en production. J'ai jeté une planche dans un mélange d'eau, de glycérine et d'acide citrique, chauffé à cent degrés, y jeté quelques granules de l'alliage Rose, dispersé l'alliage fondu avec une spatule en caoutchouc - et maintenant des chemins magnifiquement étamés et facilement soudés sont prêts. Et l'ordinateur portable, comme nous nous en souvenons, a été visité par des réparateurs non officiels qui ont une astuce mignonne - comment souder soudé à des polygones massifs de la carte, et même de la soudure sans plomb, du fer à souder fragile. Pour cela, le même alliage est utilisé pour Rose, qui, fondu avec un plomb serré, le fait fondre rapidement et facilite le démontage du connecteur sans "effacer" tout sur la carte et sans décoller le cuivre du PCB. Et dans les trois cas, l'alliage Rose, mélangé à de la soudure, a fortement abaissé son point de fusion, ce qui a provoqué des problèmes.
Il semblerait qu'un peu d'alliage de rose ne devrait pas beaucoup changer les propriétés de la soudure. Mais ce n'est pas le cas. Pourquoi - rappelons-nous que l'alliage Rose est un triple eutectique dans le système étain-plomb-bismuth.
Parlez eutectique
Examinons le diagramme de phase d'un système à deux composants avec une solubilité illimitée à l'état liquide et une solubilité insignifiante dans le solide. La composition de l'alliage est tracée sur l'axe horizontal et la température sur l'axe vertical. Et les lignes sont les dépendances des températures de début de fusion (solidus - ADCB) et de fin de fusion (liquidus - AEB). Il y a encore deux branches qui séparent les régions d'une solution solide homogène de la région à deux phases, mais elles ne nous intéresseront pas maintenant. Dans la région entre solidus et liquidus, nous avons un système diphasique de fusion et de phase solide.
Le point E est spécial, en lui solidus et liquidus se touchent: un alliage de cette composition est le plus fusible et il fond immédiatement, comme un métal pur. C'est eutectique. Une bonne soudure est généralement un eutectique et c'est exactement ce qu'est le POS-61 ou POS-63.
Et si la composition de l'alliage ne correspond pas à l'eutectique? Avez-vous déjà dû souder de la soudure POS-40, qui était généralement vendue dans les ménages soviétiques comme une barre épaisse? Sous la piqûre d'un fer à souder, il se transforme d'abord en une sorte de bouillie, puis ne fond que complètement. Il durcit dans l'ordre inverse, se transformant d'abord en désordre, puis se solidifiant finalement.
Et si nous prenons de l'étain et y ajoutons seulement 5% de plomb? Il en sera absolument de même, seulement entre solidus et liquidus la «bouillie» sera pratiquement solide. Mais fragile, car la phase liquide remplira de fines couches entre les cristaux.
Et maintenant, notez que la ligne de solidus est horizontale. Cela signifie que la fusion de tout alliage d'étain et de plomb (dans la plage de composition de 2,6 à 80,5% de plomb) commencera à la
même température , quelle que soit sa composition. A la même température, la solidification prendra fin, et d'ailleurs, la composition de ces dernières gouttes de la masse fondue est égale à la composition de l'eutectique.
Maintenant, ajoutez les jambes de bismuth
Et si vous ajoutez un troisième composant, qui se dissout également librement à l'état liquide, mais ne se dissout pas dans un solide ... Ici, nous devons considérer un système à trois composants.
En général, un tel système se comporte de manière similaire à un système à deux composants. Ici aussi, il y a une composition de trois composants, où les températures de solidus et de liquidus sont égales. Et son point de fusion est encore plus bas que la température des doubles eutectiques dans chacun des trois systèmes binaires qui composent le triple.
Cette figure représente un liquidus qui est passé d'une ligne à une surface. Et solidus ... Solidus est un plan horizontal pour presque tout le triangle (sauf pour l'angle d'attaque - il y a une phase intermétallique). Pour le système plomb-étain-bismuth, sa position correspond à une température constante de 96 ° C, la température de fusion de l'alliage Rose.
Donc si on ajoute un peu de bismuth à l'alliage étain-plomb, on obtient un alliage qui commence à fondre à 96 ° C.
Certes, le bismuth est sensiblement soluble dans l'étain, et surtout dans le plomb. Pour cette raison, le plan solidus est éloigné du bord du triangle - la section étain-plomb. Il s'agit d'environ 15% de bismuth de l'eutectique plomb-étain, «se pliant» vers le haut à l'approche du bord. Par conséquent, la quantité de l'alliage Rose qui causera des problèmes n'est pas infiniment petite, mais environ 10-20%. Mais malheureusement, ce n'est que dans des conditions idéales. En réel et moins de dégâts. La raison en est que le soudage est un processus rapide.
Facteur cinétique
La cinétique est une section de chimie consacrée à la vitesse des processus chimiques. Le soudage est un processus rapide et court; le point de soudage se réchauffe rapidement avant que la soudure ne fond et ne refroidisse rapidement. À quoi cela mène-t-il?
Imaginez un tampon sur une carte de circuit imprimé étamée avec un alliage Rose (spécifiquement ou après avoir été utilisé pour souder une pièce défectueuse). Ils y ont soudé le plot de contact et ont retiré le fer à souder. La soudure est gelée. Temps de soudage - secondes. Pendant ce temps, la soudure et l'alliage Rose n'auront pas le temps de se mélanger, surtout si l'élément SMD est soudé et que le mélange est empêché par l'écart étroit entre le plot de contact et le plot de sortie. En conséquence, à la place de l'ancien alliage Rose, une couche d'une couche enrichie en bismuth est obtenue au niveau du plot de contact, qui commencera à fondre à une température de 96 ° C, même si la quantité totale de jonction de contaminant au bismuth semble insuffisante. C'est pourquoi les détails sont tombés d'un contact léger avec un fer à souder, et donc un "miroir" s'est formé.
Le bleu sur cette figure montre l'alliage Rose et la soudure grise. A gauche - avant et à droite - après soudure.
Qu'est-ce qui menace?
Lorsque la pièce chauffante est soudée avec l'alliage Rose, le résultat est clair: la pièce va simplement tomber. À des températures supérieures à 96 ° C, les grains de soudure cristallins sont séparés par des couches liquides et sa résistance est similaire à celle du sable humide. Il semblerait que si la pièce ne chauffe pas, il n'y a rien à craindre? Mais ici, le facteur entre en jeu: beaucoup de temps passe du moment de la soudure au moment de la solidification finale. Et à ce moment, le moindre effort sur la jonction le détruira, des fissures apparaîtront. Il s’agit d’une sorte de «fausse soudure»: tout semble soudé, il y a un contact - mais il n’y a pas de fiabilité, avec le temps ce contact disparaîtra, surtout sous des contraintes mécaniques, comme sur le connecteur d’alimentation d’un ordinateur portable.
Conclusions
N'utilisez pas l'alliage Rose pour étamer des planches ou pour souder des pièces. Et si vous avez besoin de souder des pièces délicates et très peur de surchauffer avec l'alliage de Rose, procurez-vous un fer à souder séparé ou une pointe séparée pour cela. Une alternative valable à l'étamage avec un alliage Rose est l'étamage chimique. Il suffit d'appliquer du fondant sur l'étain «chimique» et de le faire fondre.
Lorsque la pièce n'est pas chargée mécaniquement et que vous l'avez toujours soudée avec un alliage Rose (ou quelqu'un l'a fait avant vous), ne soyez pas paresseux et collez-la sur la planche avec un adhésif peu résistant (afin de pouvoir l'arracher si nécessaire) . Ce faisant, vous l'assurerez dans une certaine mesure du déplacement lors de la solidification de la soudure et rendrez la soudure plus fiable. Vous pouvez également vous promener sur les sites avec l'alliage Rose avec une grosse goutte de soudure sur une large pointe du fer à souder, puis retirer la soudure avec une tresse et répéter cette opération 1-2 fois de plus, mais selon la qualité de la planche, il y a un risque que les pistes ne tiennent pas.
PS:Une situation similaire se produit si vous rencontrez soudainement une soudure étain-bismuth. Une telle soudure, peu toxique (le bismuth est beaucoup moins toxique que le plomb) et fusible (Tmelt = 139 ° C), serait une excellente soudure sans plomb si ce n'était pour la formation d'un triple eutectique lorsque le plomb entre. Par exemple, lors de la réparation d'une carte soudée par une telle soudure à l'aide d'une soudure ordinaire au plomb-étain. Cependant, une telle soudure, comme indiqué par
Habra_nik , a un certain niveau de popularité au Japon. Vous devez donc être prudent lors de la réparation de l'électronique japonaise moderne.