На Хабрі якраз вийшла стаття на цю тему.

Давним, давно, коли я був школярем і добував радіодеталі переважно з різних викинутих на смітник плат, помітив я незвичайне явище в процесі розпаювання чергової такої плати: деякі пайки моментально відвалювалися від фольги, варто було в них ткнути паяльником. Контактна площадка залишалася чистою від припою, гладкою і сріблясто облуженою, а крапля припою на виведення деталі мала внизу таку ж блискучу плоску підставку.

Помітив і забув до слушної миті. А в позаминулому році, беручи участь в науковій експедиції в Арктику, я несподівано зіткнувся з несподіваним виходом з ладу приладу, з яким працював. Прилад був саморобним – робили його інші люди, але на щастя, забезпечили мене схемою і усією документацією, взяв я з собою про всяк випадок і паяльник і необхідні прилади. Довго несправність шукати не довелося: всередині корпусу валявся інтегральний стабілізатор на 5 В в корпусі D-Pak, який просто відвалився від плати. У контактних майданчиків і «черева» стабілізатора були такі ж красиві блискучі поверхні.

Останній випадок був зі стареньким ноутбуком, у якого, за словами колишнього його господаря, в якомусь підвалі за тисячу рублів поміняли роз’єм живлення після того, як старий перестав контачити. Згодом з контактом в цьому роз’ємі знову виникли проблеми і я, виявивши, що роз’єм просто погано припаяли і він просто бовтався в платі, взяв і пропаяв роз’єм, як слід. Але минув час і несправність повернулася.

Як ви здогадалися, причина у всіх цих явищ одна і вона згадана в заголовку статті і показана на КДПВ. Але звідки він взявся на платах і навіть в ноутбуці?

У перших двох випадках виною всьому чиєсь рацпропозиція, яке в якийсь момент стало мало не загальноприйнятим способом лудіння друкованих плат у радіоаматорів, і судячи з усього, проникло і в виробництво. Кинув плату в суміш води, гліцерину і лимонної кислоти, нагріту до ста градусів, кинув туди трохи гранул сплаву Розе, розігнав розплавився сплав гумовим шпателем – ось і готові гарно облужене і легко паяючі доріжки.А ноутбук, як ми пам’ятаємо, побував у неофіційних ремонтників, у яких є один милий прийомчик – як відпаяти припаяне до масивних полігонів плати, та ще й безсвинцевим припоєм, кволим паяльником. Для цього служить все той же сплав Розе, який, сплавляючись з тугим бессвинцем, швидко його плавить і дозволяє легко демонтувати роз’єм, не “вгрівши» на платі все навколо і не відшарувавши мідь від текстоліту. І у всіх трьох випадках сплав Розе, змішавшись з припоєм, різко знижував температуру його плавлення, що призводило до неприємностей.

Здавалося б, трошки сплаву Розе мало б дуже сильно змінити властивості припою. Але це не так. Чому – давайте згадаємо, що сплав Розе – це потрійна евтектика в системі олово-свинець-вісмут.

Поговоримо про евтектику

Давайте подивимося на фазову діаграму двухкомпонентної системи з необмеженою розчинністю в рідкому стані і незначною розчинністю в твердому. По горизонтальній осі тут відкладений склад сплаву, а по вертикальній – температура. А лінії на ній представляють собою залежності температур початку плавлення (солидус – ADCB) і кінця плавлення (ликвидус – AEB). Ще є дві гілки, що відокремлюють області однорідного твердого розчину від двофазної області, але вони нас зараз не будуть цікавити. В області між солидусом і ликвидус ми маємо двухфазну систему з розплаву і твердої фази.

Точка E – особлива, в ній солидус і ликвидус торкаються один одного: сплав такого складу найбільш легкоплавкий і плавиться він відразу, подібно чистого металу. Це і є евтектика. Хороший припой зазвичай являє собою саме евтектики і саме таким є ПОС-61 або ПОС-63.

А якщо склад сплаву не відповідає евтектиці? Доводилося вам коли-небудь паяти припоєм ПОС-40, який зазвичай продавався в радянських хозмазі у вигляді товстого дроту? Під жалом паяльника він спочатку перетворюється в своєрідну кашу, а потім тільки плавиться остаточно. Твердне він в зворотному порядку, спочатку перетворившись в кашу, а потім завмерши остаточно.

А якщо ми візьмемо олово і додамо в нього всього лише 5% свинцю? Буде абсолютно те ж саме, тільки між солидусом і ликвидус «каша» буде практично тверда. Але нетривка, так як рідка фаза буде заповнювати тонкі прошарки між кристалами.
І ось тепер зверніть увагу, що лінія солідусу горизонтальна. Це означає, що плавлення будь-якого сплаву олова та свинцю (в діапазоні складів 2,6-80,5% свинцю) почнеться при однаковій температурі, незалежно від його складу. При тій же температурі закінчиться затвердіння, і до речі – склад цих останніх крапель розплаву дорівнює складу евтектики.

А тепер додамо ніжок вісмут

А якщо додати третій компонент, який також вільно розчиняється в рідкому стані, але не розчиняється в твердому … Тут нам потрібно вже розглядати трикомпонентну систему.
Взагалі, така система веде себе аналогічно двухкомпонентній. Тут теж є склад з трьох компонентів, де температури солідусу і ліквідусу рівні. І температура її плавлення ще нижче, ніж температури подвійних евтектики в кожній з трьох подвійних систем, складових потрійної.

На цьому малюнку зображено ликвидус, який з лінії перетворився в поверхню. А солидус … Солідус – це горизонтальна площина майже на весь трикутник (крім свинцевого кута – там інтерметалева фаза). Для системи свинець-олово-вісмут її положення відповідає постійній температурі 96 ° С – температурі плавлення сплаву Розе.
Так що якщо ми додамо до сплаву олово-свинець трохи вісмуту, ми отримаємо сплав, який починає плавитися при 96 ° С.

Правда, вісмут помітно розчиняється в олові, а особливо в свинці. Через це площина солідусу відсунута від краю трикутника – розрізу олово-свинець. Вона відстоїть приблизно на 15% вісмуту від евтектики олово-свинець, «загинаючись» вгору при наближенні до краю. Тому кількість сплаву Розе, яке призведе до неприємностей – не безкінченне мало, а приблизно 10-20%. Але на жаль, це лише в ідеальних умовах. У реальних і зашкодить і меншу кількість. Причина цього те, що пайка – процес швидкий.

Кінетичний фактор

Кінетика – це розділ хімії, присвячений швидкості протікання хімічних процесів. Пайка – процес швидкий і короткочасний, точка пайки швидко розігрівається до плавлення припою і швидко застигає. До чого це веде?

Уявіть собі контактну площадку на платі, облуженную сплавом Розе (спеціально або після того, як цим сплавом скористалися для відпайки несправної деталі). До неї припаяли контактну площадку і прибрали паяльник. Припой застиг. Час пайки – секунди. За цей час припой і сплав Розе перемішатися не встигнуть, особливо якщо паяють SMD-елемент і перемішування заважає вузький зазор між контактною площадкою і майданчиком виведення.В результаті на місці колишнього сплаву Розі на контактній площадці виходить шар збагаченого вісмутом шару, який почне плавитися при температурі 96 ° С, навіть якщо загальна кількість забруднюючого спаю вісмуту, здавалося б, недостатньо. Саме тому і відвалювалися деталі від легкого дотику паяльником, тому й набиралося «дзеркало».


Синім на цьому малюнку показаний сплав Розе, а сірим – припой. Зліва – до, а праворуч – після пайки.

Чим загрожує?

Коли припоєм зі сплавом Розе гріється припаяна деталь, результат зрозумілий: деталь просто відвалиться. При температурі вище 96 ° С кристалічні зерна припою розділені рідкими прошарками і міцність у нього – як у мокрого піску. Здавалося б, якщо деталь не гріється, боятися нема чого? Але тут вступає в дію той фактор, що від моменту пайки до моменту остаточного затвердіння проходить досить багато часу. І в цей час найменше зусилля на спаювання його зруйнує, виникнуть тріщини. Виходить свого роду «помилкова пайка»: начебто все припаяно, контакт є – а надійності немає, з часом цей контакт пропаде, особливо при механічних навантаженнях, як на роз’ємі живлення ноутбука.

Висновки

Не використовуйте сплавом Розе ні для лужіння плат, ні для випоювання деталей. А якщо потрібно припаяти сплавом Розі якусь делікатну яка дуже боїться перегріву деталь, заведіть собі для цього окремий паяльник або окреме жало. Гідною альтернативою лужіння сплавом Розе є хімічне лужіння. Тільки обов’язково потрібно нанести на «хімічне» олово флюс і оплавити його.

Коли деталь не навантажена механічно і ви її все ж відпаяли сплавом Розе (або це зробив хтось до вас), не полінуйтеся і перед пайкою приклейте її до плати яким-небудь не особливо міцним клеєм (щоб при нагоді можна було б і відірвати) . Цим ви в деякій мірі застрахуете її від зсуву під час застигання припою і зробите пайку більш надійною. Також можна пройтися по майданчиках зі сплавом Розе великою краплею припою на широкому жалі паяльника, потім видалити припой опліткою і повторити цю операцію ще 1-2 рази, але в залежності від якості плати існує ризик, що доріжки не витримають.

PS:
Подібна ж ситуація виникає, якщо ви раптом зіткнетеся з олов’яно-вісмутовий припоєм. Такий припой, будучи малотоксичним (вісмут набагато менш токсичний, ніж свинець) і легкоплавким (Tпл = 139 ° С), був би відмінним безсвинцевим припоєм, якби не утворення потрійної евтектики при попаданні свинцю. Наприклад, при ремонті плати, паяної таким припоєм, з використанням звичайного олов’яно-свинцевого припою. Проте, такий припой, як вказує Habra_nik, має певний рівень популярності в Японії. Так що потрібно бути уважним при ремонті сучасної японської електроніки.