Apa yang membuat solder mengeras?

31

Kawat solder sangat lunak dan lentur, tetapi solder pada papan sirkuit sulit. Mengapa? Saya belum dapat menemukan jawaban yang pasti, tetapi beberapa ide yang muncul di benak saya adalah:

  • Beberapa jenis reaksi kimia yang terjadi ketika solder dipanaskan dan kemudian mendingin. Jika demikian, apa reaksi ini? Mungkin dengan fluks bereaksi entah bagaimana, tetapi bagaimana dengan solder yang tidak memiliki fluks?

  • Kawat solder kurang padat, baik karena berlubang atau memiliki inti fluks, membuatnya tampak lebih mudah untuk ditekuk. Ini tampaknya kurang mungkin, karena kumis timah tampaknya jauh lebih sulit daripada kawat solder meskipun lebih tipis.

soldering Michael
sumber
1
Kumis jauh lebih keras dan kaku. Kumis adalah struktur kristal tunggal. Kawat solder adalah polikristalin. Solder pada papan sirkuit adalah polikristalin, tetapi jika ukuran fisiknya sebanding dengan ukuran kristal, sifat curahnya sangat tergantung pada pengaturan fisik.
david
Solder pada PCB tidak boleh berbeda dengan solder 'kawat' asalnya dari kecuali bahwa PCB telah mengalami beberapa kondisi ekstrem dan solder telah "dealloyed".
brhans
3
Anda mungkin harus menanyakan ini lagi di situs SE fisika dan / atau kimia. Jawaban di bawah ini, meskipun sangat terangkat, adalah kursi-of-the-celana. Saya tidak bisa mengklaim pemahaman yang mendalam tentang metalurgi, tetapi perlu dicatat bahwa solder membentuk paduan dengan Cu di permukaan. Itu sebabnya itu melekat padanya. Masalah lain dari [re] kristalisasi dll, saya tidak tahu banyak tentang. Apa yang dapat saya katakan dengan pasti adalah mengapa solder tidak atau semakin sulit saat [dicairkan] bukanlah topik yang biasanya diajarkan di kelas EE.
Fizz
1
Apakah tidak ada yang punya alat uji kekerasan?
Spehro Pefhany

Jawaban:

20

@Kaz & @LongStrokinYerMomma dekat dengan penjelasan yang benar.

Ketika Anda berbicara tentang sifat mekanik logam / paduan, kita harus mempertimbangkan struktur kisi. Dan dalam hal ini tidak banyak reaksi kimia yang menjadi perhatian kami.

Anda lihat, dua fenomena bertanggung jawab atas pengamatan ini:

1. Kristalisasi ulang

Kemampuan logam / paduan untuk ditarik ke dalam kawat disebut daktilitas. Ketika billet kawat solder ditarik melalui berbagai die dari diameter reduksi - ia mengalami proses yang disebut pengerasan regangan yang membuatnya lebih tangguh (yaitu untuk menekuk berulang kali tanpa mudah patah) untuk gaya geser / deformasi dibandingkan dengan billet kubik awal dari paduan yang sama. Oleh karena itu ketika Anda melelehkannya, kehilangan pengerasan regangan & mengalami kristalisasi ulang yang membuatnya tampak lebih rapuh .

2. Kesempurnaan struktur kisi

Berlian adalah bahan yang paling sulit, bukan hanya karena ikatannya tetapi karena struktur kisi yang sempurna. Jika Anda membandingkan tingkat kesempurnaan kisi PER satuan massa kubus kecil, katakan 1mm 3 & kubus besar, katakanlah 20mm 3 paduan / logam / campuran yang identik secara kimia , Anda akan menemukan kubus yang lebih kecil lebih sempurna maka lebih kuat / lebih keras daripada kubus yang lebih besar, meskipun komposisi kimianya persis sama (ini yang ditunjukkan oleh pengguna @ LongStrokinYerMomma dalam abstraknya dari makalah itu )

Untuk mendapatkan kesan sehari-hari yang lebih sederhana, pikirkan mematahkan tongkat, Anda dapat dengan mudah mematahkan tongkat sepanjang 2 kaki tetapi tongkat tidak panjang 10 cm, ya dalam hal ini tuas-aksi / torsi-lengan berperan, tetapi Anda dapatkan ide.

Logika Anda:

Kawat solder kurang padat, baik karena berlubang atau memiliki inti fluks, membuatnya tampak lebih mudah untuk ditekuk. Ini tampaknya kurang mungkin, karena kumis timah tampaknya jauh lebih sulit daripada kawat solder meskipun lebih tipis.

sangat valid, sebagian menjelaskan mengapa kawat solder lentur. Tetapi perhatikan bahwa pernyataan Solder pada papan sirkuit sama lembutnya dengan solder yang asalnya pasti salah.

RinkyPinku
sumber
4
Anda sepertinya menyukai sesuatu (tidak seperti jawaban yang dipilih di sini). Misalnya, buku oleh Tu Solder Joint Technology: Bahan, Properti, dan Keandalan memiliki bab tentang transisi daktil ke rapuh di solder, menjelang akhir buku. Ini adalah setelah hal-hal yang lebih umum diketahui pada bentuk-bentuk solder paduan dll. Reaksi tembaga-timah tampaknya menjadi faktor dalam transisi tersebut. Namun, beberapa bagian dari posting Anda membuat kesimpulan agak renggang berdasarkan analogi (dengan berlian, dll.) Yang mungkin tidak benar-benar berlaku.
Fizz
33

Solder pada papan sirkuit sama lembutnya dengan soldernya, karena bahannya sama. Namun, solder kawat tidak didukung oleh apa pun, sehingga terasa jauh lebih bisa ditekuk. Perhatikan bahwa kelembutan tidak sama dengan bendableness. Kawat solder juga bisa terasa lebih lunak untuk sesuatu seperti mencubit dengan kuku Anda karena kebanyakan solder berlubang dengan inti fluks yang lembut, dan Anda mengempisnya dengan mencubit.

Solder pada papan sirkuit biasanya merupakan lapisan tipis yang didukung dengan baik oleh papan itu sendiri melalui lapisan tipis tembaga, dan pin perangkat apa pun yang sedang disolder. Ini membuatnya terasa jauh lebih sulit daripada kabel yang tidak didukung.

Olin Lathrop
sumber
3
Bahan yang sama ... begitu juga pensil, arang, dan berlian, tetapi tidak sama keras / lunaknya. Dan itu bahkan tidak masuk ke pekerjaan dingin atau anil bahan seperti tembaga.
Pejalan kaki
2
Dan solder yang telah terputus dari dukungan mendasar seperti tembaga masih lebih sulit daripada solder sebelum meleleh. Dan op membuat titik tentang kumis timah.
Pejalan kaki
6
@Passerby Arang dan berlian bukan bahan yang sama, meskipun yang satu dapat dibuat dengan mengatur ulang atom yang lain.
user253751
4
@Passerby: Saya baru saja melakukan percobaan dan memotong 2cm 60/38/2 solder tebal dari jejak arus yang tebal di papan saya, membentuknya kira-kira setebal 1mm, menempatkan bahwa satu dan satu solder tebal 1mm dari jenis yang sama (seharusnya bahkan gulungan yang sama itu berasal dari) ke tangan ke-3 saya, menggantung transistor kekuatan lemak ke atasnya, dan keduanya membungkuk seperti spageti basah. Tidak mengherankan bagi saya karena saya akan menebak di pabrik untuk membentuk paduan solder itu meleleh juga.
PlasmaHH
5
@ Hall: Arang dan berlian mengandung atom yang sama, tetapi mereka adalah bahan yang sangat berbeda. Bagaimana atom-atom diatur itu penting. Dalam hal penyolderan, keduanya membekukan kawat dan gumpalan pada papan adalah paduan timah dan timah beku yang sama. Akan ada beberapa perbedaan dalam kekerasan karena bagaimana tepatnya meleleh dan bekerja, tetapi keduanya pada dasarnya masih merupakan bahan yang sama, tidak seperti grafit, berlian, dan berbagai fullerine yang semuanya terbuat dari atom karbon.
Olin Lathrop
10

Ini semua tentang bentuk. Benang nilon kecil itu sulit. Serat nilon (seperti tali pancing) fleksibel. Ditto untuk gelas dan bahan lainnya. Kaca bisa berupa bola kristal yang kaku, panel jendela yang agak fleksibel, kain, atau isolasi yang lembut dan halus di dinding Anda.

Kaz
sumber
7

Ada satu hal lagi yang tidak saya lihat dalam jawaban:

Kebanyakan solder pada gulungan memiliki fluks di inti. Fluks ini dapat mencapai 45% dari kawat solder secara massal, dan dibakar sebagai bagian dari operasi penyolderan. Fluks jauh lebih fleksibel daripada logam, sehingga jumlah sebenarnya logam dalam kawat solder sebenarnya lebih kecil dari berat dasar, sehingga membuat keseluruhan kawat lebih fleksibel.

Tujuan dari fluks adalah untuk membersihkan permukaan yang akan disolder dan zat yang kita lihat terbakar selama penyolderan.

Peter Smith
sumber
3

Saya akan mengambil risiko di sini dan mengatakan bahwa ada hubungan dasar antara struktur kristal logam solder dan kinerja mekanisnya. Makalah ini mengatakan bahwa:

ABSTRAK

Dengan peningkatan kepadatan integrasi yang terus-menerus dalam elektronik, dimensi interkoneksi untuk komponen elektronik telah miniatur ke skala yang sebanding dengan struktur kristalografi mereka. Misalnya, sambungan solder SnAgCu dalam paket flip chip hanya dapat berisi satu atau beberapa butir. Dalam hal ini, perilaku mekanis dari sambungan mikro diperkirakan akan berubah dari yang berbasis polikristalin menjadi kristal tunggal.

pengguna72849
sumber
Selamat datang di EE: SE! Sebaiknya tambahkan beberapa informasi dari tautan apa pun yang Anda poskan di sini agar jawaban Anda tetap berguna jika tautan tersebut mati. Saya telah menyarankan edit untuk menambahkan bagian dari abstrak ke jawaban Anda - jangan ragu untuk mengeditnya lagi jika Anda pikir Anda memiliki kutipan yang lebih baik.
Greg d'Eon