O fascinante mundo das ligas de solda e metalurgia

Jun 13, 2023

A solda é a cola condutora de metal que se usa para unir os componentes. Se você aquecer o componente e o PCB o suficiente e derreter um pouco de solda na junta, ele permanecerá no lugar e conduzirá de maneira confiável. Mas está longe de ser simples.

Existem muitas ligas de solda diferentes, e até a própria ponta do ferro de solda é uma obra-prima multimaterial. Neste artigo, veremos a metalurgia por trás da soldagem e você verá por que a manutenção da ponta de solda e a substituição regular são uma boa ideia. Naturalmente, também abordaremos o papel que o chumbo desempenha nas ligas de solda e qual é o efeito de substituí-lo por outros metais quando se torna livre de chumbo. Com o que você está soldando?

A soldagem e seu primo de temperatura mais alta, a brasagem, são essencialmente uma das duas maneiras de criar ligações metal-metal e permitem o uso de técnicas de baixa temperatura que ainda criam ligações relativamente estáveis ​​entre duas superfícies metálicas. A soldagem também é um capítulo interessante no campo da metalurgia, por se basear nos chamados compostos intermetálicos (IMCs).

A soldagem contrasta com a soldagem, onde altas temperaturas derretem o metal em ambos os lados das peças que estão sendo unidas, fundindo-as permanentemente. A soldagem é uma maneira de alta resistência e alta confiabilidade de unir peças de metal, mas infelizmente é totalmente inadequada para eletrônicos delicados, onde o excesso de calor pode danificar as peças e o objetivo é mais 'colar' elementos eletricamente condutores do que fundi-los.

Isso também nos leva à razão pela qual a solda e os IMCs são uma fonte de problemas, a ponto de os IMCs serem chamados de 'malignos'. Os IMCs são essencialmente pedaços das duas superfícies metálicas de cada lado dissolvidas na solda, causando uma união suficiente para que cada lado da junta seja fundido de forma mais ou menos estável com a solda. Infelizmente, tal IMC está muito longe do metal sólido estável de uma junta de soldagem e, como resultado, pode ser frágil, dependendo exatamente de quais metais estavam envolvidos na liga de solda.

Mas os IMCs formados na soldagem são fortes o suficiente e sua formação está na raiz do motivo pelo qual toda liga de solda usa estanho. O estanho tem a propriedade de permitir que outros metais se dissolvam nele. Na verdade, é possível soldar com estanho puro, embora, como veremos a seguir, a maioria das soldas seja melhorada adicionando outros metais à mistura.

A solda não derrete sozinha, e até mesmo a construção da ponta do ferro de solda tem muita metalurgia escondida sob a pele. As próprias pontas são estruturas compostas, geralmente constituídas por um núcleo de cobre telúrio, revestido por uma camada de ferro durável, normalmente coberta com estanho para a parte que deveria ser 'molhável' e com cromo para a parte abaixo da ponta onde a solda é não deveria ficar. A camada de ferro foi adicionada para evitar que o estanho na solda dissolva o cobre da ponta, o que costumava ser um problema significativo.

A camada de ferro é um mau condutor térmico e deve ser mantida o mais fina possível sem perder os benefícios de durabilidade que proporciona. Mas como o ferro enferruja, ele deve ser mantido coberto com uma fina camada de estanho da solda.

Se houver formação de óxidos de ferro, há várias maneiras de remover esse acúmulo. Essencialmente, isso envolve métodos abrasivos para remover fisicamente a camada de óxido, ou o uso de um estanhador de ponta, que gera um ácido quando exposto ao calor do ferro de solda. Este ácido é mais forte que o ácido suave do fundente, portanto deve remover até mesmo os óxidos de ferro. A solda fresca é misturada com o limpador de ponta, de modo que a ponta é imediatamente revestida e pronta para uso.

Quando se trata daquele rolo de solda que as pessoas têm por aí, raramente é dado mais do que um pensamento superficial sobre qual liga é e quais são as propriedades exatas dessa liga. Você pode pensar em solda como "com chumbo" versus "sem chumbo", mas há muito mais a saber do que isso.

Continuando com a solda à base de chumbo por enquanto, uma olhada superficial revela que há um grande número de tipos populares, junto com suas temperaturas de fusão, aqui: