Solda eletronica estanho-chumbo

Solda eletronica estanho-chumbo

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Resumo - Este documento apresenta as características da liga estanho-chumbo nas suas diversas proporções e as aplicações dessa liga como solda na eletrônica.

Palavras-chave - Solda, Estanho, Chumbo, Eletrônica.

A publicação quinzenal americana "TIN RESEARCH

INSTITUTE" na matéria "Estanho e Seus Usos", revelou que alguns dos bronzes Sumarianos datados de 3500 a 3000 a.c. "sugerem que nossos ancestrais freqüentemente obtinham um standard e uma qualidade de trabalho bastante alta". Esta foi sem dúvida, uma grande realização em vista dos meios primitivos que haviam disponíveis para este propósito durante aquela época.

A contribuição moderada das "Eras Pré Históricas" sobrepuseram os esforços frustrados dos alquimistas em tentar transmutar metais. Porém os alquimistas abriram o caminho para os químicos mais tarde descobrirem novos metais. Nesse intervalo, algumas pequenas vitórias foram conseguidas no artesanato e na metalurgia, principalmente no desenvolvimento dos processos tradicionais ou pela introdução de algumas inovações. Nos tempos modernos, não só alguns sonhos dos alquimistas se tornaram realidade, como também as perspectivas para a metalurgia e trabalhos com metais tem sido estendido em um domínio novo e vasto pelas pesquisas científicas e aplicações práticas, cujas fronteiras não são ainda completamente conhecidas. Conceitos básicos e tecnologia descoberta, desenvolvida e usada na antiguidade, são ainda válidos e predominantes nos dias atuais. Um destes conceitos é a junção dos metais por soldagem. A soldagem embora tenha sido praticada como uma arte por muitos milênios, vem sendo desenvolvida como uma ciência recentemente. Nossos conhecimentos das dificuldades químicas, físicas e metalúrgicas do mecanismo de soldagem estão sendo continuamente estendidos. Há no entanto muito mais a ser descoberto, experimentado e aprendido até que todos os segredos deste complexo e excitante fenômeno seja completamente conhecido.

A. Definição de Soldagem

De forma simples e objetiva, entende-se por soldagem o processo de junção de peças metálicas através do emprego de aquecimento das partes envolvidas, até a consolidação da

E. A. C. Aranha Neto estuda na Universidade Federal do Paraná (email: earanha@gmx.net).

junta.

B. Definição de Soldas Brandas

São ligas metálicas de estanho e chumbo que possuem em geral temperatura sólida de 183º C, mais especificamente entre composições de 20 a 98% de Estanho. Ligas abaixo de 20% de estanho apresentam uma temperatura sólida mais elevada, o que permite serem utilizadas nos casos em que se exige maior temperatura na aplicação.

As diferentes formas de acabamento e tipos de ligas predeterminam o seu uso final.

O estanho, de símbolo Sn, é um elemento metálico usado pelos humanos há eras. Ele ocupa o grupo 14 ou IVa da Tabela Periódica, e tem número atômico 50 (o que o coloca na família dos Metais Representativos).

Estanho tem sido encontrado em tumbas no Egito e foi exportado para a Europa em grandes quantidades a partir de Cornwall, Inglaterra, durante o período romano. Os antigos egípcios consideravam o estanho e o chumbo como formas diferentes do mesmo metal.

Proveniente do minério de cassiterita, este metal apresenta como principal característica, elevada resistência anticorrosiva. Por este motivo é muito empregado em processos de eletrodeposição em chapas de aço onde atua consideravelmente bem contra oxidação e umidade.

A. Principais Ligas

As ligas de estanho mais comuns são o bronze (estanho e cobre), a solda (estanho e chumbo), e estanho, chumbo e antimônio (metal patente). Também é usado em liga com o titânio na indústria aeroespacial.

A solda é uma liga particularmente interessante na elétrica e eletrônica, usada para união e remendo de metais. Na eletrônica, a solda é usada para unir componentes eletrônicos a placas de circuito impresso ou fios. As soldas são comumente classificadas como macias ou duras, dependendo dos seus pontos de fusão e resistência mecânica. As soldas macias, como as usadas em eletrônica, são ligas de estanho e chumbo, algumas vezes com adição de bismuto; as soldas duras são ligas de prata, cobre e zinco (solda prateada) ou cobre e zinco.

B. Aplicações

O estanho é um metal muito procurado e utilizado em centenas de processos industriais, em especial na galvanoplastia e na formação de ligas como o bronze e as soldas. É usa-

Solda Estanho-Chumbo

Aplicações na Eletrônica E. A. C. Aranha Neto, UFPR

do no fabrico das folhas-de-flandres, que são lâminas de aço ou ferro recobertas com estanho. Serve ainda como cobertura protetora para dutos de cobre e para manufatura de latas. O estanho protege o aço contra corrosão e age como lubrificante quando o aço passa entre superfícies durante a fabricação de latas. As folhas-de-flandres podem ser usadas para recobrir fios de cobre e para confecção de contatos elétricos.

O estanho também é usado como ingrediente em alguns inseticidas. O sulfeto de estanho, também conhecido como ouro mosaico, é usado na forma de pó para acabamento de bronze em artigos de plástico ou madeira.

C. Considerações Finais e Tendências Futuras

O estanho é um metal abundante e de custo acessível. Suas características tornam-no bastante importante no emprego para a engenharia, seja para galvanização de outros metais como o aço (tornando-os resistentes à corrosão), seja na confecção das ligas de solda.

Apesar de o processo de galvanização por zinco ser mais simples e barato que utilizando estanho, este ainda deve continuar sendo bastante empregado por anos vindouros. Novos métodos de fabrico de folhas-de-flandres melhoraram em cerca de um terço a resistência contra corrosão, comparados aos métodos anteriores.

As ligas de solda com estanho ainda não encontraram substituto. Isso faz deste metal componente vital na indústria eletrônica, que faz uso abundante das soldas.

As soldas são produzidas na forma de lingotes, anodos, pastas, barras e vergas extrudadas, fitas laminadas e fios, estes últimos com ou sem injeção de um núcleo de fluxo, e trefilados nas formas e diâmetros especificados pelo cliente. Estes produtos são finalmente acondicionados em carretéis e caixas para atender às mais diversas utilizações.

Se as juntas forem projetadas com técnica, e executadas de maneira correta, permitirão que a união entre os metais e a solda propriamente dita se faça com modificação da estrutura cristalina, apresentando resistência mecânica final muito superior à da solda isoladamente, sem que ocorra a fusão dos metais a serem soldados. Também a transmissão de calor e de corrente elétrica se faz com bom desempenho através da junta soldada, o que permite sua utilização em trocadores de calor, componentes elétricos e circuitos eletrônicos.

Nas ligas de solda mais amplamente utilizadas, as ligas estanho-chumbo, o estanho representa o elemento que dá fluidez à liga (facilidade de preencher o vazio das juntas a serem soldadas), e a molhabilidade (capacidade de entrar em contato com os metais-base e formar com eles ligas metálicas). O chumbo serve como elemento de diluição para redução de custo, face ao seu menor valor comercial, mas também pode contribuir tecnicamente em alguns aspectos, como o de reduzir a temperatura de fusão para uma grande "família" de ligas, além de melhorar as propriedades mecânicas das juntas soldadas. As ligas estanho-chumbo formam um eutético simples com a composição aproximada de 63% de estanho e 37% de chumbo, o que significa que uma liga com essa composição se comporta como uma substância pura, com um ponto definido de fusão, no caso 183º C. Esta é uma temperatura inferior mesmo que a temperatura de fusão dos metais que compõem esta liga (estanho puro 232º C e chumbo puro 320º C), o que justifica sua ampla utilização na soldagem de componentes eletrônicos, onde o excesso de aquecimento deve sempre ser evitado.

Todas as demais ligas estanho-chumbo apresentam um intervalo de solidificação, ou uma faixa de temperaturas dentro da qual coexistem fase líquida e fase sólida, caracterizandose um estado pastoso.

Figura 1. Diagrama de Fase da liga Sn/Pb.

Além do chumbo, outros metais são, às vezes, intencionalmente adicionados às soldas de estanho, com o objetivo de modificar propriedades mecânicas e/ou alterar o desempenho destas ligas em serviço.

Pequenas adições de até 0,5% de antimônio não afetam a soldabilidade, mas garantem a ausência do alumínio, um importante contaminante pela facilidade com que produz óxidos. Estes óxidos reduzem o brilho das juntas soldadas, diminuem significativamente a fluidez, e chegam mesmo a causar certa arenosidade.

A prata é adicionada normalmente ao estanho puro em teores próximos ao do eutético Sn-Ag (3,5% de prata com ponto de fusão 221ºC) com a finalidade de obter um aumento substancial na dureza da junta de solda e na sua estanqueidade, além de melhorar sua resistência à oxidação.

Pequenas adições de 1 ou 2% de prata ajudam a inibir o arraste de prata em soldagem de contatos elétricos com este metal, em que pese o seu alto custo.

O cobre é adicionado em menor escala em ligas com composição próxima à do eutético Sn-Cu, sendo comuns ligas com 1,0 a 1,5% Cu, para minimizar o ataque das soldas às partes de cobre não revestidas.

Ligas de estanho-chumbo com elevadas adições de bismuto e cádmio são utilizadas com o intuito de produzir soldas com o ponto de fusão ou intervalo de solidificação muito baixos, com o eutético quaternário Bi-Sn-Cd-Pb fundindo a apenas 70° C. Estas ligas são amplamente utilizadas como fusíveis de segurança contra incêndio em instalações de gás, ou para ativar sistemas de extinção de chamas.

A tabela baixo indica as principais ligas de Sn/Pb e suas aplicações:

LIGASn / PbDENS. g/Cm³ INTERVALO DE FUSÃO

20 / 8010,20183 a 280ºCSoldagens por imersão

25 / 7510,00183 a 267ºC Soldagens por imersão, maçarico ou ferro de soldar

30 / 709,70183 a 255ºCSoldagem de radiadores de automóveis, calhas, terminais e cabos elétricos

40 / 609,30183 a 235ºC Trocadores de calor, calhas e motores elétricos

50 / 508,90183 a 212ºC

Manutenção elétrica, tubulações e conexões de cobre, terminais elétricos

60 / 408,60183 a 189ºC

Soldagem com ferro de soldar, circuitos impressos, componentes eletrônicos

63 / 378,40183ºC

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