O que faz a solda endurecer?

31

O fio de solda é muito macio e flexível, mas a solda em uma placa de circuito é difícil. Por quê? Não consegui encontrar uma resposta definitiva, mas algumas idéias que me vêm à mente são:

  • Algum tipo de reação química que ocorre quando a solda é aquecida e depois esfria. Se sim, qual é essa reação? Talvez o fluxo reaja de alguma forma, mas e a solda que não tem fluxo?

  • O fio de solda é menos denso, por ser oco ou ter um núcleo de fluxo, tornando mais fácil dobrar. Isso parece menos provável, porque os bigodes de estanho parecem muito mais difíceis do que os fios de solda, apesar de serem mais finos.

soldering Michael
fonte
1
Bigodes são muito mais duros e rígidos. Bigodes são estruturas de cristal único. O fio de solda é policristalino. A solda em uma placa de circuito é policristalina, mas onde o tamanho físico é comparável ao tamanho do cristal, as propriedades do volume são altamente dependentes do arranjo físico.
David
A solda em um PCB não deve ser diferente do 'fio' de solda de onde veio, a menos que o PCB tenha sido submetido a algumas condições extremas e a solda tenha sido "desalojada".
brhans
3
Você provavelmente deve perguntar novamente no site de física e / ou química da SE. As respostas abaixo, apesar de altamente votadas, são simples. Não posso reivindicar uma profunda compreensão da metalurgia, mas note que a solda forma uma liga com Cu na superfície. É por isso que se apega a isso. A outra questão da [re] cristalização etc., eu não sei muito sobre. O que posso dizer com certeza é que o motivo pelo qual a solda fica mais difícil quando [re] derretida não é um tópico normalmente ensinado em uma aula de EE.
Fizz
1
Alguém tem um testador de dureza à mão?
Spehro Pefhany

Respostas:

20

@Kaz e @LongStrokinYerMomma estão perto da explicação correta.

Quando você fala sobre propriedades mecânicas de um metal / liga, temos que considerar estruturas de treliça. E, neste caso, não há muita reação química que nos preocupe.

Veja bem, dois fenômenos são responsáveis ​​por essa observação:

1. Recristalização

A capacidade do metal / liga para ser arrastada para o fio é chamada ductilidade. Quando o tarugo do fio de solda é puxado através de várias matrizes de diâmetros redutores - ele passa por um processo chamado de endurecimento por deformação que o torna mais resistente (ou seja, dobrar repetidamente sem fraturar facilmente) às forças de cisalhamento / deformação em comparação com o tarugo cúbico inicial da mesma liga. Portanto, quando você o derrete, perde o endurecimento por tensão e sofre recristalização, o que faz com que pareça mais frágil .

2. Perfeição da estrutura de treliça

O diamante é o material mais duro, não apenas por causa de suas ligações, mas por causa de sua estrutura de treliça perfeita. Se você comparar o grau de perfeição da reticulados por unidade de massa de um pequeno cubo, diz um milímetro 3 e um grande cubo, digamos 20 milímetros 3 de quimicamente idêntico liga / metal / mix, você vai encontrar o cubo menor para ser mais perfeito, portanto, mais forte / mais difícil do que o cubo maior, mesmo que suas composições químicas sejam exatamente as mesmas (é o que o usuário @LongStrokinYerMomma apontou em seu Resumo desse artigo )

Para ter uma idéia mais simples do dia-a-dia, pense em quebrar um pedaço de pau, você pode facilmente quebrar um pedaço de dois metros de comprimento, mas não um pedaço de 10 cm, sim, neste caso, a alavanca-ação / torque-braço desempenha um papel, mas você pegue a ideia.

Sua lógica:

O fio de solda é menos denso, por ser oco ou ter um núcleo de fluxo, tornando mais fácil dobrar. Isso parece menos provável, porque os bigodes de estanho parecem muito mais difíceis do que os fios de solda, apesar de serem mais finos.

é perfeitamente válido, explica em parte por que o fio de solda é maleável. Mas observe que a afirmação Solda em uma placa de circuito é tão suave quanto a solda de arame de que veio é definitivamente incorreta.

RinkyPinku
fonte
4
Você parece gostar de algo (ao contrário da resposta mais votada aqui). Por exemplo, o livro da Tu Solder Joint Technology: Materiais, Propriedades e Confiabilidade possui um capítulo sobre transição dúctil a quebradiça na solda, no final do livro. Isso ocorre depois do material mais comumente conhecido nas formas de solda das ligas, etc. A reação cobre-estanho parece ser um fator na referida transição. No entanto, algumas partes do seu post fazem inferências bastante tênues com base em analogias (com o diamante etc.) que podem não ser verdade.
Fizz
33

A solda em uma placa de circuito é tão suave quanto a solda de arame da qual veio, já que é o mesmo material. No entanto, a solda de arame não é suportada por nada, por isso é muito mais flexível. Observe que suavidade não é o mesmo que flexibilidade. A solda de arame também pode parecer mais suave com algo como apertar as unhas, porque a maior parte da solda é oca com um núcleo de fluxo macio, e você a está recolhendo ao apertar.

A solda em uma placa de circuito geralmente é uma camada fina que é bem suportada pela própria placa através de uma fina camada de cobre e pinos de qualquer dispositivo que esteja sendo soldado. Isso faz com que pareça muito mais difícil do que o fio não suportado.

Olin Lathrop
fonte
3
O mesmo material ... assim como o chumbo para lápis, carvão e diamantes, mas eles não são igualmente duros / macios. E isso nem é entrar em trabalho a frio ou recozir materiais como cobre.
quer
2
E a solda que foi cortada do suporte subjacente como o cobre ainda é mais difícil que a solda antes de derreter. E op fez questão de bigodes de estanho.
quer
6
@Passerby Carvão e diamantes não são o mesmo material, mesmo que um possa ser feito reorganizando os átomos no outro.
user253751
4
@Passerby: Acabei de fazer um experimento e cortei 2cm de solda 60/38/2 de espessura de um traço de corrente pesada na minha placa, a formei com uma espessura de 1mm, coloque essa solda de 1mm e 1mm de espessura do mesmo tipo (deve ser até o mesmo rolo de onde ele veio) na minha terceira mão, pendurou um transistor de força e ambos curvaram-se como espaguete molhado. Não é nenhuma surpresa para mim, como acho que na fábrica para formar a liga, a solda também foi derretida uma vez.
PlasmaHH
5
@Passe: Carvão e diamante contêm os mesmos átomos, mas são materiais muito diferentes. Como os átomos são organizados é importante. No caso da solda, ambos são congelados no fio e um blob na placa é a mesma liga congelada de estanho e chumbo. Haverá alguma diferença na dureza devido à exatamente como foi derretida e trabalhada, mas ambos ainda são basicamente o mesmo material, diferentemente da grafite, diamante e vários fulerenos, todos feitos de átomos de carbono.
Olin Lathrop
10

É tudo sobre forma. Um pequeno cordão de nylon é duro. Uma fibra de nylon (como uma linha de pesca) é flexível. O mesmo vale para vidro e outros materiais. O vidro pode ser uma bola de cristal rígida, um painel de janela um pouco flexível, pano ou isolamento macio e macio em suas paredes.

Kaz
fonte
7

Há mais uma coisa que não vejo nas respostas:

A maioria das soldas em bobinas tem o fluxo no núcleo. Esse fluxo pode atingir 45% do fio de solda em massa e é queimado como parte da operação de solda. O fluxo é muito mais flexível que os metais; portanto, a quantidade real de metal no fio de solda é realmente menor que o peso base, tornando assim o fio geral mais flexível.

O objetivo do fluxo é limpar as superfícies a serem soldadas e é a substância que vemos queimando durante a soldagem.

Peter Smith
fonte
3

Vou falar sobre isso aqui e dizer que existe uma relação básica entre a estrutura metálica cristalina da solda e seu desempenho mecânico. Este artigo diz que:

ABSTRATO

Com o aumento contínuo da densidade de integração na eletrônica, as dimensões das interconexões para componentes eletrônicos foram miniaturizadas para uma escala comparável à de sua estrutura cristalográfica. Por exemplo, uma junta de solda SnAgCu na embalagem do chip flip pode conter apenas um ou alguns grãos. Nesse caso, espera-se que o comportamento mecânico da micro-junta mude de baseado em policristalino para cristal único.

user72849
fonte
Bem-vindo ao EE: SE! É uma boa idéia adicionar algumas informações dos links que você postar aqui para que sua resposta ainda seja útil se (quando) o link acabar. Sugeri uma edição para adicionar parte do resumo à sua resposta - sinta-se à vontade para editá-lo novamente se achar que tem um trecho melhor.
Greg d'Eon