Principi dei materiali per saldatura

Quali sono i materiali chiave necessari per completare un’operazione di saldatura?

Potresti pensare che la lega per saldare sia l’unica cosa che si consuma. Ma diversi altri elementi sono essenziali per completare il lavoro e vengono utilizzati nel processo.

Introdurremo anche alcuni strumenti di cui potresti non aver mai saputo la necessità. Inizieremo con la lega saldante e il flussante. Poi passeremo a elementi meno noti come la treccia dissaldante, i prodotti per la pulizia del flussante, il nastro per saldatura e le punte del saldatore di ricambio.

La lega per saldare è il materiale di base di una connessione saldata. Molto comunemente la troverai sotto forma di rocchetto di filo metallico facile da piegare e manipolare. La composizione della maggior parte delle leghe per saldare consiste in una lega metallica (una miscela di metalli che non può essere separata meccanicamente) con un basso punto di fusione, racchiusa attorno a un nucleo di flussante, un composto chimico che aiuta la lega a bagnare e fluire come desiderato.

La lega saldante, quando fusa, aderirà agli elementi da unire se sono puliti e riscaldati al di sopra del suo punto di fusione. Anche se quasi tutta la lega per saldare destinata all’uso elettronico ha un nucleo di flussante, puoi e dovresti comunque aggiungere del flussante per migliorare il risultato quando necessario.

Esistono due tipi principali di lega per saldare: con piombo e senza piombo. La lega con piombo bagna e fluisce più facilmente, richiede meno calore ed è generalmente considerata più facile da lavorare. Tuttavia, il piombo non fa bene all’uomo o all’ambiente, quindi è stata creata la lega senza piombo come alternativa più sicura.

La lega senza piombo ha ampiamente sostituito quella con piombo nelle applicazioni di produzione elettronica, soprattutto da quando, all’inizio degli anni 2000, sono entrate in vigore leggi che impongono la riduzione delle sostanze pericolose. Tuttavia, ci sono ancora industrie e applicazioni in cui viene utilizzata la lega con piombo, poiché i legami creati dalla lega senza piombo sono più deboli alle forze esterne. Per gli scopi di riparazione dell’elettronica di consumo, la lega senza piombo è preferibile.

La lega senza piombo è spesso una lega di stagno (simbolo Sn), argento (Ag) e rame (Cu). Una miscela comune è nota come SAC o 305. Contiene il 3% di argento. Fonde a una temperatura più elevata (circa 215-220°C) rispetto alla lega con piombo (183°C) ed è un po’ più difficile da lavorare, principalmente perché fonde in un intervallo di temperatura e non bagna le superfici così facilmente. Esistono anche leghe composte solo da stagno e rame che fondono a una temperatura leggermente superiore (227°C); queste hanno una capacità di bagnatura ancora peggiore.

La lega con piombo contiene in realtà più stagno che piombo. La più facile da usare è la lega contenente il 63% di stagno e il 37% di piombo, solitamente nota come lega 63-37. Questa è la miscela eutettica (il che significa che ha il punto di fusione più basso possibile) che fonde come un metallo puro a una temperatura fissa.

La temperatura di fusione più bassa (183°C) e le proprietà di bagnatura superiori rendono la lega 63-37 più facile da usare. Questa è la lega di scelta per effettuare riparazioni. La temperatura di fusione più bassa è meno rischiosa per i componenti vicini. Il lato negativo è il contenuto di piombo, che è velenoso.

Un’altra lega comune è la 60-40, che fonde a una temperatura leggermente superiore e non in modo altrettanto fluido.

Altre leghe utilizzate nella saldatura elettronica includono leghe a base di bismuto (Bi) e leghe di indio (In). Entrambi questi tipi sono per applicazioni a bassa temperatura. I numeri indicano le percentuali di ciascun metallo nella lega.

Generalmente incontrerai queste leghe nella saldatura di dispositivi montati in superficie (SMD). Il bismuto-stagno (58Bi42Sn) e il bismuto-stagno-argento (57Bi42Sn1Ag) fondono a 138°-140°C. Possono essere usati per saldature a bassa temperatura. A volte vengono fusi in giunti esistenti per abbassare il punto di fusione per una riparazione più facile.

Sono disponibili anche leghe contenenti indio con punti di fusione molto bassi, come una lega indio-stagno (52In48Sn) che fonde a 118°C.

La maggior parte delle leghe saldanti è disponibile sotto forma di filo con un nucleo di flussante. In alternativa, sono disponibili anche come paste e come sfere.

La forma più comune è un filo con flussante come nucleo centrale. Il filo è disponibile in un’ampia varietà di diametri che vanno da 0,010" (0,25 mm) a 0,125" (3,125 mm). La dimensione del giunto e la fonte di calore utilizzata determinano il diametro appropriato.

Composta da piccole sfere di lega saldante in una base di flussante, molte paste saldanti possono essere applicate con una siringa. Viene solitamente utilizzata per saldare dispositivi montati in superficie.

Si tratta di minuscole sfere di lega saldante di dimensioni uniformi utilizzate per scopi speciali come il rinnovo della lega sui chip con connessioni ball grid array (BGA).

Mentre la lega saldante è il materiale che crea il giunto, il flussante è essenziale per far fluire e aderire la lega.

Il flussante per saldatura è un composto chimico, tipicamente composto da colofonia (derivata dalla linfa di pino) e un componente reattivo noto come attivatore. Il suo scopo principale è rimuovere l’ossidazione, il che aiuta a legarsi ad altre superfici e riduce la tensione superficiale della lega saldante fusa.

Poiché la lega saldante non aderisce al metallo con uno strato di ossido, e poiché gli strati di ossido si formano più facilmente quando sono caldi, il flussante serve sia a pulire che a proteggere le superfici da unire. Il flussante deve essere riscaldato alla sua temperatura di attivazione, circa 140°C, per pulire questo strato di ossido e rivestire il giunto per evitare che si riossidi.

Il flussante favorisce anche la bagnatura, consentendo alla lega saldante di fluire più facilmente nei piccoli spazi tra i componenti. Ciò crea legami con una maggiore superficie, che di conseguenza risultano più forti e conduttivi. Se hai mai avuto il problema della lega saldante che si scioglie in una consistenza più pastosa, aggiungere altro flussante è probabilmente la soluzione per portare la lega a uno stato più liquido.

La colofonia è la base di flussante più comune che incontrerai. Esistono anche flussanti in resina sintetica che consentono di adattare altre proprietà del flussante.

Gli attivatori comuni sono l’acido abietico (naturalmente presente nella linfa di pino), gli alogenuri e le ammine, che possono essere acidi o basici. Il loro scopo principale è subire una reazione chimica con il metallo ossidato che si forma sulla superficie dei componenti esposti all’aria. Questi attivatori riducono gli ossidi metallici nuovamente a metallo puro o formano cloruri metallici o sali metallici solubili, che possono essere sciolti o assorbiti dal flussante. Il flussante funge quindi da barriera protettiva tra il metallo e l’aria per prevenire un’ulteriore ossidazione prima che la lega saldante possa creare un legame.

I flussanti appiccicosi/in gel sono facili da applicare, restano in posizione e sono comunemente usati per saldare componenti montati in superficie. Sono una buona forma di flussante a tutto tondo per creare connessioni saldate.

Tieni presente che troppo flussante è quasi sempre meglio di troppo poco. Puoi pulire il flussante in eccesso, ma non puoi ottenere facilmente un giunto saldato di buona qualità con troppo poco flussante.

I flussanti si presentano in forme in pasta, appiccicose (gel) e liquide. Si trovano anche come nuclei nel filo per saldare. Il contenuto di solidi solitamente corrisponde inversamente alla fluidità. Pasta (solidi più alti), poi gel/appiccicoso, poi liquido (solidi più bassi).

Alcune paste possono essere applicate con una spazzola rigida.

I flussanti appiccicosi vengono spesso applicati con una siringa e possono essere usati per mantenere i piccoli componenti in posizione per la saldatura (da cui “appiccicoso”).

I flussanti liquidi vengono applicati con una spazzola morbida o una penna per flussante e sono facili da applicare su più connessioni contemporaneamente.

Il flussante ha diverse caratteristiche che vengono indicate in designatori di tipo descrittivi. Tra questi:

• Base o veicolo del flussante (qual è l’ingrediente principale)
  • Colofonia (R): ottimo materiale multiuso. Utilizzato principalmente per rilavorazione/riparazione.
  • Resina (RE o RES): alternativa alla colofonia.
  • Idrosolubile: solitamente più aggressivo e quasi sempre necessita di pulizia dopo l’applicazione.
    • Inorganico (IN)
    • Organico (OR)
• L’attivazione è il grado in cui un flussante rimuove aggressivamente l’ossido; troppo non è necessariamente meglio, poiché la corrosione solitamente aumenta con l’attivazione. L’attivatore esegue la pulizia. Alcuni veicoli, come la colofonia, hanno attivatori acidi incorporati.
  • Bassa/Nessuna (L)
  • Media/Mediamente attivata (M)
  • Alta/Attivata (H)
• Alogenuro: aiuta nella rimozione dell’ossido ma aumenta la tossicità del fumo e dei vapori oltre a richiedere la pulizia. Meno flussanti contengono alogenuri ora.
  • Nessun alogenuro (0) alla fine del designatore.
  • Alogenuro (1) alla fine del designatore.

Una penna per flussante con flussante no-clean

Potresti vedere il flussante rappresentato come no-clean. Questo non è un altro tipo di flussante, ma ha a che fare con il residuo che il flussante lascia dopo il processo di saldatura. No-clean significa che il residuo lasciato dal flussante difficilmente causerà problemi ai componenti su un circuito stampato.

La corrosione è l’elemento principale valutato nelle designazioni clean/no-clean. Il residuo di flussante può ancora essere conduttivo. Spesso, la quantità di base di flussante nel no-clean è ridotta, quindi viene lasciato meno residuo potenzialmente conduttivo.

Quando i circuiti stampati sono densamente popolati di componenti e possono essere quasi impossibili da pulire, il no-clean è un vantaggio. A volte stai effettuando una riparazione e anche il no-clean è di grande aiuto. Tuttavia, se puoi, generalmente è meglio pulire il residuo di flussante dalla scheda, no-clean o meno.

Il principale materiale di consumo è la treccia dissaldante di rame. È costituita da fili di rame finissimi intrecciati insieme per formare una forma a nastro. Di solito ha già un flussante secco applicato. Quando viene tenuta contro un giunto e riscaldata, la lega saldante del giunto verrà assorbita nella treccia, consentendo la rimozione dei componenti. Potresti essere in grado di migliorare le prestazioni mettendo un po’ di flussante aggiuntivo sul giunto stesso e poi usando la treccia.

Dovresti sempre avere della treccia dissaldante a portata di mano. È disponibile in diverse larghezze e potrebbe anche avere un flussante già nella treccia. Gli errori capitano e la treccia dissaldante è un modo conveniente per rimediare.

Sebbene non sia strettamente un materiale di consumo, per inciso, un aspirastagno/dissaldatore a vuoto è utile per rimuovere componenti più grandi che potrebbero essere fissati da quantità maggiori di lega saldante.

Quando saldi, specialmente sui circuiti stampati, dovresti pulire il flussante e i residui di flussante (anche dai flussanti “no-clean”). Puoi usare diverse cose per farlo. Per sciogliere il flussante:

• L’alcol isopropilico al 91-99% è considerato un solvente per flussante quasi universale. È il più comunemente usato poiché è facilmente reperibile.
• Il rimuovi flussante è probabilmente la scelta definitiva. Se lo usi, assicurati di utilizzare un rimuovi flussante che funzioni con il tuo flussante attuale.
• Per una pulizia davvero ostinata, puoi usare l’acetone, ma fai attenzione. L’acetone può sciogliere molti tipi di plastica che non volevi sciogliere. Spesso rimuove i segni sul circuito stampato e sui chip stessi, il che può portare a problemi. È meglio testarlo prima per vedere se la scheda si gonfierà o verrà comunque danneggiata.
• L’acqua distillata o deionizzata è ottima per qualsiasi flussante idrosolubile; nella maggior parte dei casi, altri detergenti non funzioneranno o funzioneranno male su quei flussanti.

Durante la pulizia, puoi usare tamponi di cotone (il tipo su lunghi bastoncini di legno, non quello normale per la pulizia delle orecchie) o salviette che non rilasciano pelucchi. Non risparmiare.

Non si tratta di come usare il tuo saldatore in modo più efficace. Le punte del tuo saldatore sono sostituibili a meno che il saldatore non sia economico. Le punte sostituibili servono a due scopi.

1. Ti consentono di cambiare punta in modo da poter utilizzare una forma della punta più adatta al lavoro se sono disponibili altre forme.
2. Ti consentono di sostituire le punte usurate.

La maggior parte dei saldatori ha una punta in rame placcata in ferro. Le punte si usurano principalmente perché il surriscaldamento porta all’ossidazione che danneggia la placcatura in ferro. Una volta che la placcatura è danneggiata, la punta deve essere scartata. Purtroppo, l’intera unità deve essere scartata se il tuo saldatore non ha punte sostituibili.

Se possibile, dovresti avere due o tre tipi di nastro a portata di mano.

• Il nastro adesivo di carta da carrozziere è molto utile per lavori a basso calore, come tenere in posizione i componenti a foro passante o per una protezione dal calore leggera.
• Nastro in poliimmide (spesso chiamato Kapton™) per la protezione dal calore quando vuoi riscaldare solo una certa area. Il limite superiore usuale è di 260°C, ma può funzionare anche fino a 400°C.
• Anche il nastro in fogli di alluminio può fungere da scudo termico e il suo spessore lo rende resistente.

La funzione principale di questi nastri è la protezione.

• Ti aiutano a evitare di sciogliere oggetti che non vuoi sciogliere, come connettori di plastica o altri componenti
• Possono proteggere componenti sensibili al calore come i circuiti integrati.

Glossario dei termini di saldatura

Come saldare e dissaldare le connessioni

Il saldatore non fonde la lega saldante

Il saldatore non riscalda

Migliori pratiche di saldatura

Punte del saldatore

Maggiori informazioni sul flussante-buona lettura

Maggiori informazioni sulla lega senza piombo - Ottimo materiale

Maggiori informazioni sulla lega con piombo