pasta solder, campuran partikel paduan logam halus yang tersuspensi dalam media fluks, menunjukkan kompatibilitas metalurgi selektif daripada penerapan universal. Asumsi bahwa setiap sambungan solder dapat dicapai dengan formulasi standar Sn-Ag-Cu atau Sn-Pb pada dasarnya salah memahami batasan elektrokimia dan termodinamika yang mengatur pembentukan ikatan intermetalik.
Jawaban singkatnya adalah tidak-tapi itu hanya permukaan saja
Inilah masalahnya. Ketika saya pertama kali mulai bekerja dengan perakitan elektronik, saya membuat kesalahan pemula dengan berasumsi bahwa pasta solder adalah sejenis lem ajaib untuk logam. Mencoba mengikat heat sink aluminium secara langsung. Bencana total. Pastanya baru saja terbentuk dan menempel di sana seperti air di mobil yang sudah diberi lilin.
Kenyataannya? Mungkin 40% logam umum dapat berfungsi dengan baik-pasta-solder yang tersedia. Sisanya? Anda melawan fisika.
Apa yang sebenarnya terjadi pada tingkat molekuler
Sudut pembasahan menentukan segalanya. Ketika solder cair bersentuhan dengan permukaan logam, tiga hal dapat terjadi:
Solder menyebar rata dan tipis (θ di bawah 30 derajat )-Anda mendapatkan sambungan yang kokoh. Tembaga melakukan ini dengan indah. Begitu pula emas, perak, dan sebagian besar paduan kuningan.
Atau soldernya menggembung, menolak mengalir (θ di atas 90 derajat). Aluminium. Setiap saat.
Zona perantara sekitar 60-70 derajat adalah tempat di mana segala sesuatunya menjadi tidak dapat diprediksi. Nikel tinggal di sini. Terkadang berhasil, terkadang tidak. Tergantung pada hari, aktivitas fluks, apakah Merkurius berada dalam keadaan mundur.
Film oksida: musuh yang tak terlihat
Aluminium membuatku gila.
Logam itu sendiri meleleh pada suhu 660 derajat. Lapisan oksida melapisinya? 2072 derajat. Jadi, Anda memiliki cangkang keramik yang sangat tipis secara mikroskopis yang berubah bentuk hanya dalam hitungan detik setelah dikeluarkan. Fluks rosin standar tidak dapat menyentuhnya. Fluks asam yang agresif tidak dapat menyentuhnya. Oksida hanya menertawakan usaha Anda.
Titanium melakukan trik yang sama. Baja tahan karat juga, meskipun lapisan kromium oksida sedikit lebih mudah dikelola dengan fluks khusus dengan peringkat H (aktivitas tinggi) berdasarkan IPC J-STD-004.
| Logam | Penghalang oksida | Hasil praktis |
|---|---|---|
| Tembaga | Cu₂O, minimal | Pembasahan yang sangat baik |
| Aluminium | Al₂O₃, ulet | Membutuhkan pelapisan nikel terlebih dahulu |
| titanium | TiO₂, beregenerasi secara instan | Hanya mematri vakum |
| Tahan karat | film pasif Cr₂O₃ | Fluks khusus, mungkin |
Logam yang berfungsi
Tembaga. Timah. Memimpin. Perak. Emas (dengan peringatan). Kuningan. Perunggu.
Ini adalah teman-temanmu. Pasta SAC305 standar, profil reflow standar, hasil standar. Energi permukaan sejajar. Fluks melakukan tugasnya. Senyawa intermetalik terbentuk pada antarmuka-Cu₆Sn₅ dan Cu₃Sn pada sambungan tembaga-dan Anda mendapatkan sambungan mekanik dan listrik yang andal.
Emas memang menarik. Terlalu banyak emas pada sambungan menyebabkan penggetasan. Intermetalik timah-emas AuSn₄ rapuh seperti kaca. Inilah sebabnya lapisan akhir ENIG menjaga lapisan emas tetap tipis-biasanya 0,05 hingga 0,1 mikrometer. Menjadi lebih tebal dan persendian Anda retak karena siklus termal.
Lalu ada daftar yang mustahil
Tungsten. Molibdenum. Tantalum.
Titik lelehnya sangat tinggi sehingga pasta solder konvensional pada dasarnya adalah bahan-bersuhu ruangan. Tungsten berada pada 3422 derajat. Suhu rata-rata-pasta bebas timah Anda adalah sekitar 220 derajat . Perhitungannya tidak berhasil. Anda memerlukan paduan mematri aktif yang mengandung titanium atau zirkonium, tungku vakum, atmosfer terkendali.
Tidak terjadi pada jalur SMT standar.
Logam tahan api memerlukan pendekatan yang sangat berbeda
Saya tidak akan berpura-pura menjadi ahli dalam mematri vakum-ini adalah disiplin ilmu yang sama sekali berbeda. Namun prinsipnya melibatkan elemen aktif yang secara kimia mengurangi lapisan oksida di tempat sementara paduan braze menjadi basah dan mengalir. Suhu berkisar dari 800 derajat hingga lebih dari 1000 derajat. Biaya peralatan sangat besar.
Untuk tujuan penghobi, jika Anda menemukan tungsten atau molibdenum dalam suatu proyek, pengikat mekanis atau perekat konduktif adalah pilihan realistis Anda.
Catatan tentang magnesium
Magnesium layak mendapat peringatan tersendiri. Selain masalah oksida (yang parah), magnesium mudah terbakar. Menerapkan panas dengan adanya senyawa fluks yang mengandung halogen menciptakan kondisi yang benar-benar berbahaya. Sebagian besar fasilitas melarang upaya penyolderan magnesium secara langsung.
Hanya saja, jangan.
Perawatan permukaan mengubah persamaan
Di sinilah hal ini menjadi menarik untuk aplikasi praktis. Aluminium tidak bisa disolder secara langsung-tapi lapisi dengan nikel, dan tiba-tiba Anda bekerja dengan permukaan nikel. Pasta standar berfungsi dengan baik.
Industri semikonduktor terus-menerus mengeksploitasi hal ini. Silikon tidak bisa disolder. Substrat keramik juga tidak bisa. Namun simpan-lapisan metalisasi film tipis-lapisan adhesi titanium, penghalang nikel, lapisan emas-dan Anda telah membuat permukaan yang dapat disolder pada bahan yang secara inheren tidak dapat disolder.
Pelapisan umum yang memungkinkan penyolderan:
- Emas imersi nikel tanpa listrik (ENIG)
- Pengawet kemampuan solder organik (OSP) dibandingkan tembaga
- Perataan solder udara panas (HASL)
- Perak perendaman
- kaleng pencelupan
Tingkat aktivitas yang berubah-ubah lebih penting daripada yang disadari orang
Sistem klasifikasi IPC J-STD-004 membagi fluks menjadi tiga tingkat aktivitas. Kebanyakan orang mengambil apa pun yang ada di laci tanpa berpikir.
Aktivitas rendah (sebutan L) berfungsi untuk tembaga bersih dengan permukaan segar. Medium (M) menangani oksidasi ringan dan sebagian besar skenario produksi. Tinggi (H) menyerang oksida yang lebih berat tetapi meninggalkan residu korosif yang memerlukan pembersihan menyeluruh.
Untuk logam yang sedikit dapat disolder-nikel, beberapa kadar tahan karat, tembaga tua-yang melonjak ke-fluks aktivitas tinggi terkadang menentukan keberhasilan dan kegagalan. Tapi Anda benar-benar harus membersihkannya setelahnya. Residu tersebut bersifat higroskopis. Mereka akan menyerap kelembapan dan secara perlahan merusak sendi Anda dari dalam.
Suhu menciptakan kendala tersendiri
Pasta-bebas timbal memerlukan suhu reflow yang lebih tinggi dibandingkan timah-tradisional. Suhu puncak biasanya mencapai 240-250 derajat, terkadang lebih tinggi untuk paduan SAC.
Hal ini menyebabkan masalah pada:
Seng (meleleh pada suhu 419 derajat, tetapi sangat terdistorsi pada suhu penyolderan)
Substrat polimer tertentu
Komponen yang sensitif terhadap suhu-di sekitar
Dan di sisi lain, logam-yang memiliki titik leleh rendah seperti solder berbasis indium-ada untuk skenario ini-tetapi logam tersebut mengorbankan kekuatan mekanis dan juga tidak kompatibel dengan semua logam dasar.
Penilaian jujur saya untuk kerja praktek
Jika Anda melakukan perakitan PCB dengan jejak tembaga standar dan penghentian komponen umum, pasta solder berfungsi persis seperti yang diharapkan. Jangan terlalu memikirkannya.
Jika Anda ingin mencoba sambungan struktural aluminium, rakitan baja tahan karat, atau paduan logam eksotik-berhentilah dan pelajari kombinasi metalurgi spesifiknya terlebih dahulu. Lembar data produsen pasta tidak akan memberi tahu Anda segalanya. Anda mungkin memerlukan pra-pelapisan timah, fluks khusus, pelapisan penghalang, atau proses penyambungan yang sangat berbeda.
Dan jika seseorang memberi Anda elektroda tungsten dan meminta untuk menyoldernya ke batang bus tembaga, katakan saja tidak.
Prinsip yang lebih luas
Penyolderan pada dasarnya adalah-proses pengikatan metalurgi bersuhu rendah yang dioptimalkan untuk sejumlah kecil material yang kompatibel. Ini berkembang seiring dengan manufaktur elektronik, yang secara historis hampir secara eksklusif menggunakan tembaga, timah, timah, dan paduan terkait. Proses ini tidak perlu mengakomodasi logam tahan api atau logam reaktif atau logam dengan penghalang oksida yang kuat.
Bahan-bahan tersebut memerlukan proses yang sama sekali berbeda: mematri, mengelas, mengikat difusi, mengikat secara mekanis. Masing-masing mempunyai tempatnya masing-masing. Pasta solder juga mempunyai tempatnya-hanya lebih terbatas daripada yang mungkin disarankan oleh materi pemasaran.
