Tin whiskers (i baffi da stagno)

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vixeup

2011-01-14 15:50

Eccomi con un altro argomento, parecchio interessante a mio modo di vedere, pertinente il settore dell'elettronica.

Quello dei "tin whiskers" è un fenomeno riscontrato piuttosto recentemente, da quando cioè una normativa europea (RoHS) ha proibito l'uso del piombo nei processi di saldatura dei circuiti elettronici. Proibizione derivante dalla tossicità evidenziata nell'utilizzo del piombo (nonostante tutto ancora molto piombo viene utilizzato per le saldature, soprattutto nel settore hobbystico).

Prima della RoHS i rocchetti di stagno in commercio (purtroppo ancora presenti) erano composti dal 60% di stagno e dal 40% di piombo. Oggi invece esistono essenzialmente due tipi di leghe: Sn 99% / Cu 1% oppure Sn 96,5% / Ag 3,5%.

Nel frattempo l'alta percentuale di stagno nelle saldature ha portato alla comparsa di un fenomeno non ancora indagato a fondo, quello dei cosiddetti tin whiskers o "baffi metallici". Dopo un certo periodo dalle saldature a stagno possono generarsi filamenti di metallo lunghi fino a 10 millimetri che possono risultare fatali all'elettronica dei componenti, creando ponti conduttivi tra due aree che non dovrebbero venire a contatto e portando quindi a cortocircuiti.

Foto al microscopio:

Il piombo in passato fungeva da calmiere al fenomeno, visto che apparentemente una lega di stagno contenente il suddetto non genera baffi ad un livello apprezzabile o pericoloso, oltre ad avere un punto di fusione più basso che garantisce una maggiore stabilità di funzionamento per i dispositivi elettronici.

Mi chiedo se voi esperti di chimica abbiate delle possibili spiegazioni per questo fenomeno Rolleyes

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the-rock-91

2011-01-15 20:33

vixeup ha scritto:

Prima della RoHS i rocchetti di stagno in commercio (purtroppo ancora presenti) erano composti dal 60% di stagno e dal 40% di piombo.

Ecco perchè calcolando la densità di un vecchio filo per saldature mi veniva un valore compreso fra quello dei due metalli! E io che continuavo ad usare quel metallo come se fosse stagno! azz!

Marzio

2011-01-15 21:04

Io ci lavoro in elettronica e mi capita spesso di andare da ditte di montaggi e saldatura di schede che ora sono convertite al nuovo "stagno" e sono tutti incazzati neri. Le saldature durano molto meno e mi sembra che sono garantite per molti meno anni di quelle al piombo.

Il nuovo stagno richiede più temperatura,usura precocemente le punte del saldatore manuale e genera molte più scorie e problemi nelle saldatrici ad onda.

Ci avremo guadagnato un pò in salute (ma non so manco quanto) ma sicuramente per ora è una schifezza e sono tutti concordi.

Fortunatamente la vecchia lega 60/40 si trova ancora e almeno per delle applicazioni e saldature manuali si può usare quella, che fa bestemmiare molto meno.

Interessante questo fenomeno,nessuno me lo aveva spiegato così bene.

Saluti

arkypita

2011-01-15 22:09

vixeup ha scritto:

Prima della RoHS i rocchetti di stagno in commercio (purtroppo ancora presenti) erano composti dal 60% di stagno e dal 40% di piombo

Confermo!

Ne ho acquistato uno di recente e è ancora una lega, ma aggiungo... per fortuna! Ne ho un altro che penso sia solo stagno e non si riesce a usare!

Del fenomeno non ne avevo finora sentito parlare e non ho nemmeno un idea del perché ci sia, tuttavia adesso che mi hai messo la pulce nell' orecchio proverò ad informarmi.

vixeup

2011-01-17 14:35

Felice di scoprire altri appassionati di elettronica in questo forum Rolleyes Posso riportarvi la mia esperienza. E' vero che la nuova lega richiede temperature di fusione un poco superiori rispetto a quelle per la lega Sn/Pb, ma io nel mio hobby non ho riscontrato inconvenienti o difficoltà di utilizzo. La vecchia lega richiedeva ca. 185°C per la fusione mentre quella nuova in stagno ca. 220 °C. Preciso che per i miei piccoli lavori uso un saldatore da 15W della ERSA, mentre per lo stagno si tratta di Sn 99% Cu 1% prodotto dalla Cookson Electronics (diametro 0.75 mm, autosaldante 2,2%). I residui della saldatura (si parla cioè del flussante contenuto nello stagno) sono pochi e non creano inconvenienti. La resistenza delle saldature è inoltre regolare. Io credo che parecchio dipenda dalla qualità del prodotto e soprattutto da quella del flussante. Certo immagino che a livelli di produzione industriale le cose possano cambiare. Non ho ancora consumato il mio rocchetto da mezzo chilo, ma vorrei in futuro testare anche la lega Sn 96,5% / Ag 3,5% e fare i confronti. Per il punto di fusione non ci sono differenze rilevanti rispetto alla lega Sn 99% Cu 1%. Cambia però il colore della saldature che mi pare di ricordare sia più scuro.

Steel

2011-01-18 09:54

scusate la mia ignoranza in materia ma come mai non si usa lo stagno puro? è una sorta di drogaggio per aumentarne la conduttivita?

vixeup

2011-01-18 12:30

Steel ha scritto:

scusate la mia ignoranza in materia ma come mai non si usa lo stagno puro? è una sorta di drogaggio per aumentarne la conduttivita?

Non ricordo i dettagli ma si tratta di una misura che rende meglio lavorabile lo stagno. Credo infatti che lo stagno puro sarebbe poco malleabile e richiederebbe temperature di fusione ancora maggiori. La conduttività non c'entra.

D'altro canto si deve notare che le nuove saldature in stagno/rame o stagno/argento siano più resistenti delle precedenti stagno/piombo, proprio per la maggiore percentuale di stagno (questo, come già detto, a fronte di una temperatura di fusione più alta).

I seguenti utenti ringraziano vixeup per questo messaggio: Steel

Steel

2011-01-18 15:11

riflettendo un attimo sui dati sembrerebbe essere un problema che è esordito non tanto perchè si è cambiato il metallo a cui viene unito lo stagno nei circuiti ma solo perche ne è aumentata la percentuale! secondo me si dovrebbe vedere, anche home made, se una saldatura in stagno puro generi lo stesso problema, con la stessa velocita e dimensione, delle saldutare con stagno-argento e stagno-rame. Solo dopo si puo dire che la chiava di volta del problema era il piombo prensente nelle saldature e non la percentuale piu bassa di stagno.

vixeup

2011-01-18 17:52

Steel ha scritto:

riflettendo un attimo sui dati sembrerebbe essere un problema che è esordito non tanto perchè si è cambiato il metallo a cui viene unito lo stagno nei circuiti ma solo perche ne è aumentata la percentuale!

E' proprio questo il problema. Come ho spiegato nel primo post, il piombo nella lega precedente faceva da calmiere al fenomeno, mentre con il subentro di una lega di stagno quasi pura esso è "esploso".

Lo stagno puro (non unito a rame o argento) sarebbe ancora più soggetto al fenomeno dei tin whiskers, oltre che inadatto alla saldatura.

Steel

2011-01-18 19:36

chiedo venia avevo capito che il piombo facesse da calmiere per le sue caratteristiche non per la percentuale :-D

Marzio

2011-01-19 17:09

Io non la penso proprio come te!! Anche io ho usato la lega Sn/Cu e davvero crea problemi oltre a cambiare punte al saldatore moooolto spesso! Da ricordare che con la nuova lega non si può usare la spugnetta imbevuta di acqua per pulire la punta,se provate a farlo bruciate la punta subito! Per pulirla occore usare una lana di acciaio e basta. A livello industriale spesso nei piccoli fori passanti delle schede, spesso "scoppia" e provoca corti! Specie se le schede hanno assorbito umidità. Con la vecchia lega succedeva molto meno. . .va bè. . .io almeno a mano per le piccole riparazioni finche posso userò la vecchia 60/40,anche se sono curioso di provare la lega Sn/Ag per fare una comparativa. Appena mi capita un rotolo a tiro provo. Per ora la stagno piombo è imbattuta! Saldature belle e lucenti mentre con la nuova sono tutte opache!Sembrano saldature fredde! Saluti

vixeup

2011-01-19 17:45

Marzio ha scritto:

Da ricordare che con la nuova lega non si può usare la spugnetta imbevuta di acqua per pulire la punta,se provate a farlo bruciate la punta subito! Per pulirla occore usare una lana di acciaio e basta.

Devo dissentire. Sono oramai anni che uso con la nuova lega Sn/Cu la classica spugnetta inumidita (con acqua demineralizzata) e senza riscontrare alcun inconveniente. Uso, ripeto, un saldatore ERSA da 15W e non ho mai sostituito la punta. Certo, il mio è solo un hobby e non eseguo una mole notevole di lavori, ma dire che la punta del saldatore si bruci questo no, è la prima volta che sento dire una cosa simile. Durante la saldatura il ricorso alla pulizia della punta (soprattutto per l'accumulo dei residui di flussante) è molto frequente. Sarebbe impensabile non poter disporre della spugnetta bagnata, data la sua praticità e la sua efficienza. Oltretutto, utilizzare la lana di acciaio credo che deteriori facilmente la punta del saldatore. Quale saldatore usi? Wattaggio? Marca?

Marzio ha scritto:

A livello industriale spesso nei piccoli fori passanti delle schede, spesso "scoppia" e provoca corti! Specie se le schede hanno assorbito umidità.

Questo fenomeno, chiamato "effetto popcorn", riguarda in realtà i componenti SMD che possono contenere una quantità naturale di umidità. Se vengono riscaldati rapidamente, questa si trasforma in vapore. Se non riesce a dissolversi rapidamente, la pressione può danneggiare il componente. Io non lavoro nell'ambito SMD e comunque credo che il fenomeno non sia affatto esteso. Da notare che questo fenomeno, e altri come il tomb-stoning, erano presenti anche con la vecchia lega seppure in quantità minore, come tu stesso hai detto.

Marzio ha scritto:

Saldature belle e lucenti mentre con la nuova sono tutte opache!Sembrano saldature fredde!

Questo, francamente, credo che sia proprio l'ultimo dei problemi. Vorrei solo aggiungere che attualmente, con le nuove leghe lead-free, i problemi di tossicità si limitano ai fumi prodotti dal flussante contenuto nello stagno. Esistono comunque, per gli hobbysti più scrupolosi, specifiche mascherine ai carboni attivi con protezione FFP2 o FFP3. Ho trovato le prime in vendita a Auchan a 1,30 euro l'una.

Marzio

2011-01-19 20:00

Allora io utilizzo uno stilo saldande della weller da una 40ina di w.

Le punte che usi decidono la temperatura di esercizio del saldatore (punte magnetiche) quelle che ho adesso sono da 350°.

La storia dell'acqua l'ho provata personalmente e almeno su queste punte (che in teoria non sono proprio una ciofeca) fanno l'effetto che ti ho descritto.

Non per niente la stessa weller da un kit di pulizia punte (che uso) che consiste in una vaschetta con bordo in gomma dove far cadere lo stagno in eccesso battendo la punta e un contenitorino con della lana di acciao per pulire la punta dalle scorie.

Ho visto in giro delle punte che sembra un composito ceramico ma non le ho mai provate.

Io per ora e per la mia esperienza tifo ancora per lo stagno piombo. In futuro si vedrà. . .

Ciao

al-ham-bic

2011-01-19 22:20

Mi avete fatto incuriosire: voglio provare anch'io questa nuova famigerata lega >_> anche se non ho ancora finito il vecchio rocchetto!

E pensare i milioni di saldature che ho fatto (adesso ne faccio ben poche) sempre con la 60/40...

Marzio fai riparazioni o assemblaggi per lavoro o per hobby?

vixeup

2011-01-19 23:14

Marzio ha scritto:

Allora io utilizzo uno stilo saldande della weller da una 40ina di w. Le punte che usi decidono la temperatura di esercizio del saldatore (punte magnetiche) quelle che ho adesso sono da 350°.

Sì la Weller è un buon produttore al pari della ERSA. Secondo le info del distributore da cui ho acquistato l'ersa la punta del mio saldatore è in rame galvanizzato con temperatura di 350°C (diametro 1mm). Attualmente vendono il saldatore a 40 euro, mentre allora lo pagai ca. 30 euro. La punta di ricambio costa invece 10 euro. Stando alla tua esperienza la questione riguarderebbe essenzialmente il materiale di costruzione della punta.

Steel

2011-01-20 18:16

allora oggi in biblioteca stavo parlando con un mio amico che studia ingegneria informatica di questo problema e, oltre a confermarmi il problema, mi ha detto che di aver sentito di saldature al magnesio! Cercando su internet l'unica cosa utile che ho trovato è stato un sito che vende un manuale per l'uso delle leghe di magnesio nelle saldature! Vi posto il link magari a qualcuno interasse comprarlo!

http://www.azom.com/news.aspx?newsID=24054&lang=it

vixeup

2011-01-20 18:27

non conosco le leghe al magnesio, non credo che nel settore hobbystico siano utilizzate. Oggi un amico mi ha parlato della sua esperienza con la lega Sn/Ag sconsigliandola in quanto meno legante di quella Sn/Cu durante la saldatura.

arkypita

2011-02-02 21:24

Curiosando su piombo e stagno ho scoperto l'esistenza di un fenomeno chiamato "peste dello stagno". E' un fenomeno per cui lo stagno, in certi casi (basse temperature e presenza di certe impurità) cambia forma allotropica sgretolandosi lentamente.

http://www.youtube.com/watch?v=sXB83Heh3_c

Non so dirti cosa abbia a che fare con i "baffi di stagno" però è un'altra proprietà particolare dello stagno.

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al-ham-bic

2011-02-03 00:13

Già che siamo in tema di curiosità, questo metallo è famoso oltre che per la peste anche per il "grido dello stagno", un particolare scricchiolio che emette una verga di stagno puro quando viene piegata, dovuta alla struttura cristallina.

ale93

2011-02-03 12:46

Conoscevo questo fenomeno...è anche un modo per produrre stagno in polvere più reattivo

Max Fritz

2011-02-03 12:51

al-ham-bic ha scritto:

Già che siamo in tema di curiosità, questo metallo è famoso oltre che per la peste anche per il "grido dello stagno", un particolare scricchiolio che emette una verga di stagno puro quando viene piegata, dovuta alla struttura cristallina.

Io ho sentito parlare del "grido dell'indio", non sapevo che anche Sn facesse la stessa cosa.

EDIT: visto che escono argomenti curiosi, si potrebbe cambiare il titolo in "Stagno: tin whiskers e altre peculiarità del metallo".

Rocco451

2011-03-15 17:33

ma la lega Sn/Ag presenta un costo molto maggiore della Sn/Pb ? perchè potrebbe essere interessante estrarne l'argento sciogliendo lo stagno in acido solforico....cosa ne dite?

al-ham-bic

2011-03-15 21:49

Il costo è superiore, ma la risposta è secca: nessunissima, nemmeno lontana, convenienza economica nel fare quello che dici.

L'argento non è platino.

Chimico

2011-03-15 21:55

ho provato mille volte a mettere lo stagno in frigo...ma non vuole autodistruggersi!!

Max Fritz

2011-03-16 13:41

Chimico ha scritto:

ho provato mille volte a mettere lo stagno in frigo...ma non vuole autodistruggersi!!

Non sono sicuro che basti la t. del frigo... anzi. Inoltre lo stagno dev'essere molto puro per quanto ne so.

vixeup

2011-03-18 16:52

Rocco451 ha scritto:

ma la lega Sn/Ag presenta un costo molto maggiore della Sn/Pb ?

Il costo dei rocchetti di Sn/Ag non è elevato (dipende dai produttori e dai rivenditori), ma la quantità di Ag contenuta è piuttosto bassa. Quella più commercializzata è del 3,5%, ma ne esistono anche del 4% e forse superiori.

Beefcotto87

2011-03-19 10:43

Non vedo come questo possa essere attinente con la discussione, ritengo tali messaggi inutili.

I seguenti utenti ringraziano Beefcotto87 per questo messaggio: arkypita

Marzio

2011-03-23 20:33

Questa del "grido dello stagno" non la sapevo.

Anzi l'altra volta in una ditta di saldature industiali ho preso in mano una verga di lega saldante SnCu 99/1% e l'ho piegata con la forza delle braccia (non sono Hulk!!Sono spesse 3x4x30Cm!) ma nonho notato alcun grido...bò.

Saluti

P.S. Per rispondere ad Al, si per lavoro mi occupo di elettronica e saldo spessimo.

al-ham-bic

2011-03-23 21:50

Lo stagno emette quel rumore quando è puro ed in forma cristallina ed è dovuto allo "scivolamento" dei cristalli durante il piegamento. Probabilmente il rame fa in modo che ciò non avvenga.

---

In sostanza, come si salda con questa lega? Io ho sempre usato la 60/40 e vado avanti con quella per le poche saldature che ora faccio; ho visto però che questa è ritornata in vendita, mentre qualche tempo fa si trovava solo quella "moderna" senza piombo.

vixeup

2011-03-24 17:49

al-ham-bic ha scritto:

In sostanza, come si salda con questa lega? Io ho sempre usato la 60/40 e vado avanti con quella per le poche saldature che ora faccio;

Io mi trovo bene, saldo senza inconvenienti utilizzando un saldatore da 15W.

giorgio

2011-09-06 08:08

Il fenomeno dei "whiskers" è ormai storia del passato.

Questo fenomeno, che inizialmente aveva creato non pochi problemi, si verificava non tanto nelle saldature con leghe "RoHS", bensì tra le superfici placcate in stagno puro che dovevano anche queste essere prive di Pb.

La necessità di realizzare queste superfici si verificava in due casi principali: i circuiti stampati e i piedini dei componenti. Quando si passò dalla finitura Sn/Pb a quella Sn puro, i baffi crearono dei veri e propri disastri; poi si crearono una serie di leghe (prima Sn/Ag, poi Sn/Ag/Bi, poi Sn/Cu/Ag e in fine Sn/Cu) che risolsero in modo definitivo il problema.

A livello industriale, oggi praticamente il 100% delle saldature è realizzato con leghe Sn/Cu, senza alcun problema di whiskers e senza alcuna nostalgia per la vecchia lega.

Io consiglio anche gli hobbisti a convertirsi allo stagno "RoHS" perché tutti i componenti non hanno più il piombo nella finitura superficiale dei reofori, e saldarli con una lega a bassa temperatura (Sn/Pb) porta alla formazione di superfici di separazione tra il metallo apportato e quello dei terminali con l'effetto paradossale di avere una saldatura bella e lucente, ma senza un equivalente qualità di contatto elettrico.

I seguenti utenti ringraziano giorgio per questo messaggio: al-ham-bic

vixeup

2011-09-06 17:24

giorgio il tuo intervento rappresenta una sorta di illuminazione a mio avviso.

Ricapitolando, sostieni che il fenomeno dei baffi da stagno rappresenti un problema superato perchè riguardante solo le leghe di stagno 100% (puro) e quini che le attuali leghe Sn 99% / Cu 1% abbiano risolto del tutto l'inconveniente. Perciò, quell'1% di rame è bastato a impedire la formazione dei baffi?

giorgio ha scritto:

Io consiglio anche gli hobbisti a convertirsi allo stagno "RoHS" perché tutti i componenti non hanno più il piombo nella finitura superficiale dei reofori, e saldarli con una lega a bassa temperatura (Sn/Pb) porta alla formazione di superfici di separazione tra il metallo apportato e quello dei terminali con l'effetto paradossale di avere una saldatura bella e lucente, ma senza un equivalente qualità di contatto elettrico.

di questo non ne sapevo davvero niente. Ne parlerò senz'altro con i miei amici del forum di elettronica. Ti appoggio pienamente nell'invito ad abbandonare definitivamente la lega Sn/Pb in quanto nociva per la salute. E' vero, i produttori di componenti non la utilizzano più, ed è rimasta aimè soltanto nel settore hobbystico. Rimprovero quei piccoli negozianti che pur di smaltire le scorte continuano a vendere la vecchia lega ai propri clienti e soprattutto tutti i venditori di internet che continuano a offrire al pubblico questi prodotti, fregandosene senza esitazione della normativa RoHS.

Giorgio potresti citare qualche fonte sugli argomenti trattati?

giorgio

2011-09-07 07:30

La normativa RoHS è capitata tra capo e collo sia ai produttori di componenti, sia a quelli di apparecchiature. E' un bel esempio di cosa non fare in ambito normativo. I primi tentativi di adeguarsi furono fatti senza la dovuta sperimentazione e la deposizione galvanica di Sn puro sui terminali portò al noto problema dei baffi. L'introduzione di piccole quantità di altri metalli nella formulazione delle placcature (ma anche soluzioni più o meno segrete, legate alla finitura superficiale degli stessi riporti), tolsero di mezzo il problema in un tempo relativamente breve. In pratica i baffi continuano a formarsi, ma si spezzano in frammenti di frazioni di micron, al quanto pare innocui. Il Pb non è Pu... ho masticato tanto di quel filo da saldatura che se fosse stato così velenoso, ora non sarei più qui. Togliamo il piombo dalle saldature, ma spingiamo la sostituzione delle innocue lampade incandescenti fatte di vetro e W, con le fluorescenti compatte piene di Hg... Mah, la politica non dovrebbe mettere il naso tra di noi! Sulla questione della saldatura con lega eutettica di componenti RoHS, non è difficile capire il meccanismo: se la tua lega di saldatura fonde a temperatura più bassa di quella presente sulla superficie del terminale, si forma un'interfaccia perché la seconda non arriva a fusione... tutto qui. Le informazioni ufficiali e di papers sull'argomento si trovano nel sito dell'IPC - Association Connecting Electronics Industries www.ipc.org

I seguenti utenti ringraziano giorgio per questo messaggio: vixeup

Beefcotto87

2011-09-07 09:37

Stai attento però, i metalli pesanti danno avvelenamenti cronici da accumulo, alcuni addirittura sui nascituri (piccolo disclaimer XD) fine OT

vixeup

2011-09-10 17:48

grazie mille giorgio. Riguardo invece alla lega Sn/Ag sai dirmi qualcosa in termini di esperienza personale? Le saldature risultano più lucide o più opache? La qualità di conduzione elettrica è migliore rispetto alla lega Sn/Cu?