Solda para Eletrônica: Ligas, Ponto de fusão e Aplicações

Basicamente a solda utilizada em eletrônica é uma mistura de chumbo e estanho. O chumbo puro funde-se a uma temperatura de 327ºC e o estanho funde-se a temperatura de 232ºC. Porém quando se misturam estes dois materiais, a temperatura de fusão modifica-se em função da maior ou menor porcentagem que exista, seja de chumbo ou estanho, obviamente. Assim, observando a curva da figura 1, verificamos que existem vários pontos de fusão para diversas misturas. Registremos aqui que as melhores soldas são aquelas que possuem até 60% de estanho.

Figura 1 — Liga chumbo-estanho.

Observando a figura 1 notamos que existem pontos de fusão da mistura, que são inferiores ao ponto de fusão do chumbo ou do estanho, individualmente. Este ponto é denominado "ponto eutético" que indica um ponto de fusão menor do que os componentes individualmente. Na figura 2 indicamos o ponto eutético para uma porcentagem de 63% de estanho. Nesta curva vemos os pontos de fusão do chumbo, estanho e da mistura. Os metais, como chumbo puro e estanho puro, tem pontos muito agudos de condição pastosa, quando passam de sólido para líquido. Esta condição pastosa fica situada em uma faixa muito estreita de temperatura, ou seja, em fração de um grau, podem passar do sólido para o líquido e vice-versa. Isto também sucede na mistura com 63% de estanho. O ponto pastoso é muito agudo. Porém quando a porcentagem de estanho é acima de 15% o estágio pastoso é mais amplo.

Figura 2 — Estados: líquido, pastoso e sólido de mistura chumbo-estanho.

Este estado pastoso é importante na soldagem, porque uma vibração ou movimento durante a soldagem pode causar fraturas, se o estado pastoso for demorado demais. Notar que na figura 2 todas as misturas estão completamente solidificadas a temperatura de 183ºC, seja qual for a porcentagem de chumbo/estanho da solda.

A razão da popularidade da liga 60/40 (60% de estanho) é óbvia. Ela possui um ponto de fusão baixo e uma faixa pastosa pequena o que é uma ótima combinação para soldagem manual. O ponto baixo de fusão permite a utilização de soldadores de baixa potência (o que significa inclusive economia de energia elétrica). O uso de soldadores de baixa potência, além da economia de eletricidade, evita danos por aquecimento a certos componentes. Na porcentagem de 60/40 a faixa pastosa situa-se entre 180 a 188ºC; isto significa que a solda "esfriará" rapidamente (basta soprar levemente...) e logo ficará firme.

Observando o gráfico da figura 1 não dá para perceber certos méritos da mistura 60/40 (60% estanho). É que esta porcentagem é uma das mais fortes e o outro é que esta mistura permite melhor condutividade de todas as ligas de estanho/chumbo. É de cerca de 11,5% da condutividade de cobre puro.

As soldas mais comuns tem misturas tais como: 60/40, 50/50, 45/55 e 40/60. As misturas com menor teor de estanho são para locais onde a temperatura é mais elevada (bases de lâmpadas, motores elétricos, fusíveis etc.) e também locais sujeitos a grandes vibrações mecânicas.

A mistura estanho/chumbo ataca o cobre. Por esta razão as pontas dos soldadores apresentam, após pouco tempo de uso, crateras que devem ser eliminadas por limagem se desejamos ter um soldador sempre em ótimas condições. Este problema de ataque da liga estanho/chumbo é muito sério em produções industriais de circuitos impressos onde os filetes de ligação são atacados pela mistura e podem ficar muito delgados, conduzindo a futuros problemas de trinca.

Para evitar isto certos fabricantes de solda incluem uma pequena porcentagem de cobre (1,5%). Existe no mercado uma solda desta natureza vendida sob o nome registrado de SAVBIT sendo utilizada inclusive na soldagem de equipamentos de grande responsabilidade (uso militar, aviação, medicina, etc.).

Porém nem todas as soldas são na porcentagem 60/40. Existem soldas para alta temperatura, com apenas 5% de estanho (ponto de fusão 301ºC) e no outro extremo, composições não-tóxicas que possuem 96,3% de estanho e 3,7% de prata. Este último tipo de solda deve ser utilizado quando se trata de serviços que possam ter contato com alimentos, etc.

Há também uma liga, para solda, com um ponto de fusão em 145ºC que contém 50% de estanho e 18% de cadmio. Esta solda é apropriada para soldar ouro e conexões internas dos circuitos integrados.

Outra liga de baixo ponto de fusão possui 62% de estanho, 2% de prata e 36% de chumbo e que é muito indicada para soldagem em superfícies prateadas e soldagem de cerâmicas no metal. 

Na tabela 1 damos dados de algumas ligas, ponto de fusão e aplicação.

Tabela 1 — Ligas, ponto de fusão e aplicação.

Os metais utilizados na solda não são os únicos responsáveis pelo processo. Quando soldamos um metal a outro, a temperatura a ser utilizada deve ser bem elevada e isto permite que o oxigênio presente na atmosfera ataque os metais e a solda. Também é desejável que a solda se espalhe sobre a superfície a ser soldada. Este espalhamento de um líquido sobre uma superfície sólida é grandemente afetada pela presença de outros metais. Por esta razão utiliza-se um fluxo, para limpar a superfície dos metais a serem soldados e também formar uma camada protetora contra o ataque do oxigênio.

As pastas de soldar e o material contido dentro das soldas (são ocas e cheias de uma resina que é denominado "fluxo") são indicadas para esta ação de limpeza. Um produto fácil e muito útil é o breu. Mergulhar a ponta do soldador no mesmo provoca a limpeza e mergulhar os fios e terminais dos componentes no breu, derretido pela ação do soldador, permitem um estanhado muito bom. Outra solução, particularmente indicada para circuitos impressos, chaves de onda e contatos de difícil acesso é dissolver breu em pó, em álcool. A mistura é então aplicada com um pincel pequeno ou uma haste de bambu, no local a ser soldado. O calor do soldador evapora o álcool e o xarope formado pelo pó de breu, permitindo uma soldagem muito limpa.

Uma última palavra de cautela. O chumbo é venenoso. Deve-se evitar soldar em recintos pouco ventilados.

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