Gente,
Richard chiede:
Caro dottor Ron,
Recentemente abbiamo riscontrato un problema di saldabilità con i terminali dei componenti con finitura in stagno e la pasta saldante SAC305. Uno dei nostri ingegneri ha affermato che il problema era dovuto al fatto che la finitura in stagno fonde a una temperatura troppo elevata (Tm = 232°C) rispetto a quella della pasta saldante SAC305 (Tm = 219°C) per poterlo sciogliere.
A quanto mi risulta, sicuramente a temperature superiori a 232°C entrambi si scioglieranno e formeranno un buon giunto di saldatura, ma anche se la temperatura fosse inferiore a 232°C, diciamo 225°C, lo stagno si scioglierebbe. Potreste spiegarmi questo fenomeno?
Richard,
Grazie per questa domanda, che può essere interpretata in due modi. Il primo sarebbe che, in un forno di rifusione a temperature superiori al punto di fusione di entrambi i metalli, quello con la temperatura di fusione più alta impedisca al metallo con la temperatura di fusione più bassa di fondersi. Ciò non è vero, poiché entrambi i metalli raggiungerebbero una temperatura vicina a quella dell’aria all’interno del forno di rifusione e si fonderebbero.
L’altra prospettiva sarebbe quella secondo cui la temperatura nel forno di rifusione è superiore alla temperatura di fusione del SAC305, ma inferiore a quella dello stagno. Quindi, come può fondersi lo stagno? Per considerare questa situazione, supponiamo che il forno sia a 228 °C. Lo stagno presente sul terminale o sul pad finirà per fondersi? La risposta è sì. Ma cerchiamo prima di comprendere il fenomeno con l’oro e lo stagno.
I metalli che presentano differenze estreme nel punto di fusione spesso si dissolvono l'uno nell'altro. Come hai affermato, lo stagno fonde a 232 °C, mentre l'oro fonde a 1064 °C.
Questo diagramma di fase è disponibile qui.
Figura 1. Il diagramma di fase oro-stagno
Per realizzare una saldatura oro-stagno, basta disporre di un bagno di stagno a una temperatura moderata, ad esempio 350 °C. Inserendo l’oro, questo si scioglierà e si fonderà con lo stagno fuso. Ciò avviene nonostante l’oro abbia un punto di fusione di 1064 °C. Questo effetto può essere dimostrato sperimentalmente. Un fenomeno simile si verifica tra l’oro e il mercurio. Il mercurio reagisce con l’oro a temperatura ambiente. Questo fenomeno può essere utilizzato per estrarre minuscole particelle d’oro dal suolo ed è oggi comunemente impiegato nell’estrazione artigianale dell’oro. Purtroppo, questo uso del mercurio è spesso tossico per i minatori e inquina l’ambiente.
Tornando al tema delle saldature nell’assemblaggio elettronico, supponiamo che una certa quantità di lega di stagno-piombo liquida venga riscaldata a 200 °C. Si veda la Figura 2a. Come si vede in questa figura, una sfera di stagno a 25 °C viene tenuta sopra la lega di stagno-piombo fusa. Nella Figura 2b, la sfera di stagno viene immersa nella lega di stagno-piombo fusa. La lega di stagno-piombo forma un menisco attorno allo stagno solido. Anche a temperatura ambiente gli atomi di stagno vibrano e, di conseguenza, alcuni di questi atomi presenti sulla sfera di stagno finiranno per fluire nella lega di stagno-piombo. Questo fenomeno lascerà un vuoto nella sfera di stagno che potrà essere riempito da un atomo di piombo proveniente dalla lega di stagno-piombo. In prossimità dell’atomo di piombo appena arrivato, la temperatura di fusione di questo micropunto di lega di stagno-piombo si abbasserà, poiché la lega di stagno-piombo ha una temperatura di fusione inferiore a quella dello stagno. Questo processo continuerà fino a quando tutto lo stagno non si sarà mescolato con la lega di stagno-piombo e vi sarà confluito, come si vede nelle Figure da 2c a 2f.
Figura 2a
Figura 2b
Figura 2c
Figura 2d
Figura 2e
Figura 2f
Di seguito è riportato un video che mostra un esperimento in cui si osserva come la lega SAC si fonda con la lega stagno-piombo a 208 °C (circa 10 °C al di sotto del punto di fusione della lega SAC). Si ringrazia Mario Scalzo per questo video.
Salute,
Dr. Ron
