Melhor fio de solda - Sn63Pb37 vs Sn60Pb40 vs…?

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Normalmente, meus circuitos estão cheios de componentes SMD de afinação muito fina. Soldo os protótipos manualmente, o que leva muito tempo. Boas ferramentas e solda de alta qualidade podem acelerar o processo.

Prefiro usar solda com chumbo, pois flui melhor em temperaturas relativamente baixas. Dessa forma, evito que meus componentes superaqueçam. A solda com chumbo não é permitida para produtos comerciais, mas é adequada para prototipagem.

Existem vários tipos de fio de solda com chumbo no mercado. Estou tentando descobrir qual é o "melhor". Vamos definir "melhor" da seguinte forma:

  • Baixa temperatura de fusão (evita o superaquecimento dos componentes).

  • Bom molhamento de almofadas e pinos.

  • De preferência, contém algum fluxo; portanto, não é necessário aplicá-lo externamente.

  • Diâmetro muito fino para soldar pequenos componentes (como pacote LFCSP, resistores 0402 ou mesmo 0201, ...)

  • Preço não é problema.

Eu tenho várias perguntas:
 
 

1. Estanho - ligas de chumbo
Li na Wikipedia que a solda Sn60Pb40 é muito popular para a eletrônica (concordo que já usei essa aqui). A Wikipedia também menciona que o Sn63Pb37 é um pouco mais caro, mas também oferece juntas um pouco melhores.

O que você acha sobre Sn60Pb40 vs Sn63Pb37 ? Qual é realmente a diferença?
 

2. Ligas exóticas
Mas essas não são as únicas ligas de solda. Existem combinações mais exóticas - contendo estanho + chumbo + prata e até ouro .

Essas combinações exóticas mudarão as propriedades?
 

3. Ligas de bismuto e índio
Alguns de vocês me informaram sobre as ligas à base de bismuto e índio . Dediquei uma nova pergunta para cobri-los: solda de bismuto ou índio - o que você escolheria?


NOTA: Eu uso um extrator de fumaça de solda.

K.Mulier
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Você esqueceu uma propriedade importante: efeitos ambientais. As soldas à base de chumbo são proibidas na UE por serem tóxicas e difíceis de manusear de uma maneira que não expõe os funcionários de empresas de reciclagem a riscos à saúde. Portanto, a solda à base de chumbo desapareceu principalmente na UE e na maioria dos países que exportam para a UE.
Attila Kinali
Se você deseja soldas com temperaturas realmente baixas, observe as ligas de índio. Existe até uma empresa chamada Indium Corp, especializada neles. Eles têm soldas com temperaturas de fusão até ~ 38 ° C.
The Photon
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@ ThePhoton, espere um minuto, fico confuso. 38 ° C? Você está falando sério? Li na folha de dados da solda à base de bismuto em Digikey (parte não SMDSWLTLFP32-ND.) De que o ponto de fusão é de 138 ° C, não 38 ° C ...
K.Mulier
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Mesmo se você usar solda com chumbo apenas para protótipos, qualquer coisa que toque essa ponta de solda precisa imediatamente de um adesivo de lixo tóxico na maioria das jurisdições que conheço. A menos que você realmente precise de solda com chumbo, recomendo o uso sem chumbo.
Attila Kinali
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Infelizmente, a solda sem chumbo cria juntas de qualidade muito baixa na soldagem manual. Também não flui, molhar pequenas almofadas pode ser difícil, muitas vezes as juntas acabam sendo fracas e foscas, em vez de fortes e brilhantes, etc. Eu sempre compro fio de solda com chumbo. Eu acho que os aspectos ambientais são irrelevantes na prototipagem. Agora, com certeza, os vapores são tóxicos. Seja cuidadoso. Não é mais perigoso do que trabalhar com qualquer outro vapor químico tóxico. A solda com chumbo fornece consistentemente melhores resultados com menos trabalho ou retrabalho.
Drunken Code Monkey

Respostas:

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Sn63 / Pb37 é melhor que 60/40 porque é uma liga eutética . Isso significa que ele tem o ponto de fusão mais baixo de qualquer liga Sn / Pb e solidifica de forma relativamente abrupta a uma temperatura e não em uma faixa. Geralmente ambos são vantagens ou neutros.

Combinações com pequenas quantidades de (digamos) ouro tendem a ser para reduzir a tendência da solda de dissolver o material (neste caso, ouro).

Atualmente, muitas soldas evitam o uso de chumbo e geralmente são estanho com outros materiais como cobre, bismuto, prata etc. Isso é feito para reduzir a toxicidade dos eletrônicos que chegam ao fluxo de resíduos. Na minha experiência, é pior em todos os aspectos em comparação com a solda de estanho / chumbo, exceto talvez em aplicações em que a alta temperatura de fusão é importante.

Fluxo de outra questão - existem vários tipos diferentes.

Se a conformidade com a RoHS (e a toxicidade) não for preocupante, a solda Sn / Pb 63/37 com fluxo de resina RMA é uma excelente opção e é adequada para aplicações de alta confiabilidade. Fino para solda manual ou refluxo.

Para produção nos mercados mundiais, pode ser necessário usar soldas sem chumbo com perfis de temperatura mais exigentes e desempenho inferior. Às vezes, fluxos solúveis em água ou não limpos são aceitáveis, dependendo do produto e quanto isso pode afetar o processo (e possivelmente a funcionalidade do produto).

Spehro Pefhany
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Mais importante sobre as ligas eutéticas: À medida que solidifica, a composição da porção sólida é igual à composição da porção líquida. Portanto, você não obtém uma mistura de regiões de composição diferente (com propriedades físicas diferentes como TCE) no material solidificado.
The Photon
@ ThePhoton Ah, essa é provavelmente a razão pela qual a solidificação é mais abrupta. Obrigado.
Spehro Pefhany
Sim isso também. Como a composição do líquido não muda à medida que o vendido começa a se formar, a temperatura da fusão não muda.
The Photon
Gosto da resposta do @Minho abaixo. Ele ressalta que a liga eutética 63/37 se solidifica mais rapidamente, o que não é bom para o alinhamento automático de componentes SMD.
K.Mulier
@ K.Mulier O auto-alinhamento é bastante complexo, envolvendo umedecimento e tensão superficial. A solda com chumbo 63/37 geralmente é melhor do que sem chumbo. Veja, por exemplo, estudo do auto-alinhamento de componentes na tecnologia de montagem em superfície K. Dušek1), M. Novák1), A. Rudajevová2)
Spehro Pefhany
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A soldabilidade tem mais a ver com a superfície de cobre oxidado e a escolha do fluxo para reduzir a oxidação e a marcação para exclusão.

Lembro que a mistura de solda eutética ou de temperatura mais baixa é 63/37.

Em alguns casos, a contaminação por solda com antimônio pode resultar em más articulações.

Mas as diferenças de temperatura são menores em comparação com; preparação da superfície, limpeza, escolha do fluxo, temperatura de armazenamento da pasta, tempo ao ar livre, prazo de validade; design de almofada para refluxo, pré-aquecedor de placa (frigideira ou forno de infravermelho ou?) e curvas de perfil de ar quente ou calor radiante com termopar e falta de turbulência, mas fluxo suave.

Todos eles afetam a umidade, a taxa de queima de materiais voláteis, a tensão superficial, os curtos, as aberturas, a lápide, etc. e garantem que o design da almofada seja otimizado para refluxo e perfil térmico.

Verifique também se a RDC foi executada antes que o design seja enviado e verificado pela oficina.

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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Muito obrigado. O que você quer dizer com: "Em alguns casos, a contaminação por solda com antimônio pode resultar em más articulações". Como isso pode acontecer?
K.Mulier
qualidade do fornecedor .. Nossa empresa já teve uma solda de verificação de produtos químicos nos anos 80 rotineiramente para antimônio e outros contaminantes quando os mainframes possuíam uma placa fina que parecia camadas externas da lâmina de barbeador Remington com 50 camadas de cobre no meio e enormes caçambas para imersão em ouro líquido de carrinho de compras chapeamento. Eu recomendo que você use algum tipo de imersão em ouro ou equivalente.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
Os contatos para revestimento de ouro são realmente piores que o HASL da usina. Para chapear ouro em cobre, você precisa de uma camada de níquel no meio, caso contrário o cobre migra pelo ouro e acaba corroendo-o. O níquel não é um condutor muito bom e, portanto, as almofadas folheadas a ouro geralmente têm maior resistência do que o cobre comum. O único motivo para chapear contatos com ouro é evitar a corrosão a longo prazo, mas você já pode usar revestimento conforme em spray para isso. O ouro também se dissolve na lata, o que altera a composição da sua solda, o que afeta a qualidade das juntas. Prata de imersão é a melhor.
Drunken Code Monkey
Obrigado DCM, eu estava pensando ENEPIG, mas disse IG, sim ENIS e IS são muito bons.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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Do ponto de vista prático, a principal diferença entre os dois é que o 63/37 é uma liga eutética. Em resumo, isso significa que ele possui um único ponto de fusão e não uma faixa de plástico como a solda 60/40.

Para prototipagem e uso hobby, é realmente mais uma questão de preferência. Se você estiver soldando fios juntos, por exemplo, o 63/37 é mais fácil de usar, pois solidifica mais rapidamente e não causa juntas de solda a frio. No entanto, se você estiver soldando componentes de montagem em superfície em uma placa de circuito impresso manualmente, a faixa de plástico de 60/40 pode ajudar, pois permite que os componentes se encaixem no lugar.

Minho
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Interessante. Você pode se aprofundar nessa coisa de "encaixar no lugar"? Eu não sabia que as duas ligas seriam diferentes dessa maneira em particular. Eu gostaria de saber mais :-)
K.Mulier
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Como muitos dispositivos SMD são muito leves, a tensão superficial da solda derretida os forçará a um alinhamento adequado. Isso só pode ocorrer quando a solda está no estado fundido. Uma liga de solda não eutética terá uma faixa mais ampla de temperatura onde será fundida e isso é importante quando você está soldando manualmente.
Minho
Isso faz sentido. Obrigado por apontar isto :-) . Você tem experiência com soldas à base de bismuto ou à base de índio?
K.Mulier
Eu usei Chip Quick Low Melt que tem bismuto na liga. O principal motivo para usar isso é para dessoldar componentes ou conectores sensíveis ao calor.
Minho
Ah, tudo bem. Mas e a solda em vez de dessoldar?
K.Mulier
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"Diâmetro muito fino para soldar pequenos componentes (como pacote LFCSP, 0402 ou até 0201 resistores"

Isso implica que você está falando sobre arame de solda, em vez de pasta de solda. Os produtos Henkel Multicore são os meus principais itens.

Minha resposta curta, pessoalmente: Henkel Multicore Sn63 / Pb37 0,38 mm Crystal 400. (Digi-Key 82-117-ND).

O Henkel Multicore Sn60 / Pb40 0.35mm Ersin 362 (o último nome é a composição do fluxo) também está bem, mas eu gosto do 63/37.

Algumas das ligas mais exóticas, como Bi58 / Sn42 (ou Bi57.6 / Sn42 / Ag0.4), podem ser obtidas como pasta de solda, mas na verdade não existem como arame de solda.

Essas ligas Bi são atraentes, pois são uma liga eutética de baixa temperatura, isenta de Pb. Muitas das desvantagens geralmente associadas às ligas sem Pb decorrem de temperaturas de trabalho mais altas.

Pessoalmente, prefiro ligas contendo Pb para uso em laboratório em pequena escala, como você. Obviamente, se você precisar de conformidade com a RoHS para seu produto, precisará de Pb e, se estiver fabricando seus conjuntos de PCB em qualquer linha industrial de PCBA, todos eles serão configurados com ligas e perfis de temperatura sem Pb, então você o usa de qualquer maneira, mesmo que não precise estritamente de RoHS.

O ChipQuik faz pastas de solda em uma variedade de ligas diferentes, incluindo as ligas de bismuto 138C, em embalagens pequenas compatíveis com pequenos usuários de P&D ou hobby.

Se você estiver refazendo uma placa que já tenha solda, é melhor usar a mesma solda originalmente na placa; caso contrário, você terá uma liga "intermediária" que pode ter propriedades metalúrgicas desconhecidas. Isso é particularmente importante com as ligas Bi / Sn de baixa temperatura, que podem alterar drasticamente seu ponto de fusão e propriedades mecânicas se houver um pouco de "doping" acidental de Pb.

A Sparkfun vende uma liga Sn96.35 / Ag3 / Cu0.5 / 0.15Sb que eles afirmam ser ótima - mas parece uma liga estranha! É próximo ao Ag03A, mas é diferente e não aparece na Grande Tabela da Wikipedia de Ligas de Solda e Solda.

Lucas
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Resposta muito interessante! Obrigado por incluir os números DigiKey.
K.Mulier