¿Qué hace que la soldadura se endurezca?

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El alambre de soldadura es muy blando y flexible, pero la soldadura en una placa de circuito es dura. ¿Por qué? No he podido encontrar una respuesta definitiva, pero algunas ideas que me vienen a la mente son:

  • Algún tipo de reacción química que tiene lugar cuando la soldadura se calienta y luego se enfría. Si es así, ¿cuál es esta reacción? Tal vez con el flujo reacciona de alguna manera, pero ¿qué pasa con la soldadura que no tiene flujo?

  • El alambre de soldadura es menos denso, ya sea por ser hueco o tener un núcleo de fundente, lo que hace que parezca más fácil doblarlo. Esto parece menos probable, porque los bigotes de estaño parecen mucho más duros que el alambre de soldadura a pesar de ser más delgados.

soldering Miguel
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1
Los bigotes son mucho más duros y rígidos. Los bigotes son estructuras monocristalinas. El alambre de soldadura es policristalino. La soldadura en una placa de circuito es policristalina, pero donde el tamaño físico es comparable al tamaño del cristal, las propiedades de volumen dependen en gran medida de la disposición física.
David
La soldadura en una PCB no debería ser diferente al 'alambre' de soldadura de la que provino a menos que esa PCB haya sido sometida a algunas condiciones extremas y la soldadura se haya "desintegrado".
brhans
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Probablemente deberías preguntar esto nuevamente en el sitio de física y / o química SE. Las respuestas a continuación, aunque muy votadas, son el asiento de los pantalones. No puedo afirmar una comprensión profunda de la metalurgia, pero tenga en cuenta que la soldadura forma una aleación con Cu en la superficie. Por eso se apega a eso. El otro tema de la [re] cristalización, etc., no sé mucho al respecto. Lo que sí puedo decir con certeza es que por qué la soldadura se vuelve más difícil o no cuando se derrite [re] no es un tema que normalmente se enseña en una clase de EE.
Fizz
1
¿Alguien tiene un probador de dureza a mano?
Spehro Pefhany

Respuestas:

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@Kaz y @LongStrokinYerMomma están cerca de la explicación correcta.

Cuando hablamos de las propiedades mecánicas de un metal / aleación, tenemos que considerar las estructuras reticulares. Y en este caso no nos preocupa mucho la reacción química.

Usted ve, dos fenómenos son responsables de esta observación:

1. Recristalización

La capacidad del metal / aleación para ser arrastrada al alambre se llama ductilidad. Cuando el tocho del alambre de soldadura se extrae a través de varios troqueles de diámetros reductores, se somete a un proceso llamado endurecimiento por deformación que lo hace más resistente (es decir, doblar repetidamente sin fracturarse fácilmente) a las fuerzas de corte / deformación en comparación con el tocho cúbico inicial de la misma aleación. Por lo tanto, cuando lo derrite, pierde el endurecimiento por deformación y sufre una recristalización que lo hace parecer más frágil .

2. Perfección de la estructura reticular.

El diamante es el material más duro, no solo por sus enlaces, sino también por su perfecta estructura reticular. Si compara el grado de perfección de las redes por unidad de masa de un cubo pequeño, digamos 1 mm 3 y un cubo grande, digamos 20 mm 3 de aleación / metal / mezcla químicamente idéntica , encontrará que el cubo más pequeño es más perfecto, por lo tanto más fuerte / más duro que el cubo más grande, a pesar de que sus composiciones químicas son exactamente las mismas (esto es lo que el usuario @LongStrokinYerMomma señaló en su resumen de ese documento )

Para tener una sensación cotidiana más simple, piense en romper un palo, puede romper fácilmente un palo de 2 pies de largo pero no un palo de 10 cm de largo, sí, en este caso, la palanca / brazo de torsión juega un papel, pero usted captar la idea.

Tu lógica:

El alambre de soldadura es menos denso, ya sea por ser hueco o tener un núcleo de fundente, lo que hace que parezca más fácil doblarlo. Esto parece menos probable, porque los bigotes de estaño parecen mucho más duros que el alambre de soldadura a pesar de ser más delgados.

es perfectamente válido, explica en parte por qué el alambre de soldadura es flexible. Pero tenga en cuenta que la afirmación de Soldadura en una placa de circuito es tan suave como la soldadura de alambre de la que proviene es definitivamente incorrecta.

RinkyPinku
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44
Parece que estás en algo (a diferencia de la respuesta más votada aquí). Por ejemplo, el libro de Tu Solder Joint Technology: Materials, Properties, and Reliability tiene un capítulo sobre la transición dúctil a frágil en soldadura, hacia el final del libro. Esto es después de las cosas más comúnmente conocidas en las formas de soldadura de aleaciones, etc. La reacción cobre-estaño parece ser un factor en dicha transición. Sin embargo, algunas partes de su publicación hacen inferencias bastante tenues basadas en analogías (con el diamante, etc.) que en realidad pueden no ser válidas.
Fizz
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La soldadura en una placa de circuito es tan suave como la soldadura de alambre de la que proviene, ya que es el mismo material. Sin embargo, la soldadura de alambre no es compatible con nada, por lo que se siente mucho más flexible. Tenga en cuenta que la suavidad no es lo mismo que la flexibilidad. La soldadura de alambre también puede sentirse más suave con algo como pellizcar con las uñas porque la mayoría de la soldadura es hueca con un núcleo de flujo suave, y usted la está colapsando al pellizcar.

La soldadura en una placa de circuito suele ser una capa delgada que está bien soportada por la placa en sí a través de una capa delgada de cobre y pines de cualquier dispositivo que se esté soldando. Esto hace que se sienta mucho más difícil que el cable no compatible.

Olin Lathrop
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3
El mismo material ... igual que el lápiz, el carbón y los diamantes, pero no son igualmente duros / blandos. Y eso ni siquiera entra en el trabajo en frío o recocido de materiales como el cobre.
Passerby
2
Y la soldadura que se ha cortado del soporte subyacente como el cobre es aún más difícil que la soldadura antes de fundirse. Y op hizo un punto sobre bigotes de estaño.
Passerby
66
@Passerby El carbón y los diamantes no son el mismo material, aunque uno se puede hacer reorganizando los átomos en el otro.
user253751
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@Passerby: Acabo de hacer un experimento y corté 2 cm de soldadura gruesa 60/38/2 de un trazo de corriente fuerte en mi placa, la formé aproximadamente a 1 mm de grosor, puse una y una soldadura de 1 mm de grosor del mismo tipo (debería ser incluso el mismo rollo del que salió) en mi tercera mano, colgué un transistor de gran potencia y ambos se doblaron como espagueti mojado. No me sorprende, ya que supongo que en la fábrica para formar la aleación, la soldadura también se fundió una vez.
PlasmaHH
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@Passe: el carbón y el diamante contienen los mismos átomos, pero son materiales muy diferentes. Cómo están ordenados los átomos importa. En el caso de la soldadura, ambos están congelados, el alambre y una gota en un tablero son la misma aleación congelada de estaño y plomo. Habrá alguna diferencia en la dureza debido a cómo se fundió y trabajó exactamente, pero ambos siguen siendo básicamente el mismo material, a diferencia del grafito, el diamante y varias fullerinas, todas hechas de átomos de carbono.
Olin Lathrop
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Se trata de la forma. Una pequeña cuenta de nylon es dura. Una fibra de nylon (como un hilo de pescar) es flexible. Lo mismo para el vidrio y otros materiales. El vidrio puede ser una bola de cristal rígida, un panel de ventana algo flexible, tela o un aislamiento suave y esponjoso en sus paredes.

Kaz
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7

Hay una cosa más que no veo en las respuestas:

La mayoría de las soldaduras en carretes tienen el flujo en el núcleo. Este flujo puede ser hasta el 45% del alambre de soldadura en masa, y se quema como parte de la operación de soldadura. El flujo es mucho más flexible que los metales, por lo que la cantidad real de metal en el alambre de soldadura es en realidad menor que el peso base, lo que hace que el alambre en general sea más flexible.

El propósito del fundente es limpiar las superficies a soldar y es la sustancia que vemos quemar durante la soldadura.

Peter Smith
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Voy a arriesgarme aquí y decir que hay una relación básica entre la estructura de cristal metálico de la soldadura y su rendimiento mecánico. Este artículo dice que:

ABSTRACTO

Con el continuo aumento de la densidad de integración en la electrónica, las dimensiones de las interconexiones para componentes electrónicos se han miniaturizado a una escala que es comparable a las de su estructura cristalográfica. Por ejemplo, una unión de soldadura SnAgCu en el paquete de chip flip puede contener solo uno o unos pocos granos. En este caso, se espera que el comportamiento mecánico de la microunión cambie de una base policristalina a una monocristalina.

usuario72849
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Bienvenido a EE: SE! Es una buena idea agregar información de los enlaces que publique aquí para que su respuesta siga siendo útil si (cuando) el enlace muere. Sugerí una edición para agregar parte del resumen a su respuesta; siéntase libre de editarlo nuevamente si cree que tiene un extracto mejor.
Greg d'Eon