La lega SnPb nella “brasatura dolce” in elettronica, meglio nota come “saldatura” .

La brasatura dolce in elettronica  (d’ora in avanti utilizzerò il termine comune di saldatura) come è noto interessa l’unione dei reofori di componenti elettronici con le piazzuole e quindi le piste dei circuiti stampati (o pcb) per la realizzazione di circuiti elettronici in schede elettroniche, poi assemblate per la realizzazione di dispositivi elettrici.

Come materiale di unione nella saldatura, si utilizza il materiale di apporto noto con il nome di stagno (Sn) ed in realtà si tratta di una lega composta in percentuale da stagno ed altri metalli, che hanno temperature di fusione intorno ai 190°C ed oltre a seconda della lega, e con la loro fusione vanno a stringere in collegamento elettrico e meccanico il reoforo del componente con la piazzuola del circuito stampato.

Si qui, nulla di nuovo si è detto, semplicemente descritto la fase di brasatura dolce in elettronica, che poi è l’aspetto pratico che interessa ad ogni elettronico o appassionato come me.

In effetti, in questa esposizione l’idea non è quella di trattare la fase di brasatura dolce, bensì considerare l’aspetto chimico che interessa il materiale di apporto utilizzato, ovvero la lega di stagno e la sua composizione, in seno all’aspetto sicurezza, lasciando da parte l’interesse elettronico per quello del chimico ( per quest’ultimo da profano della materia) per provare a chiarirmi i rischi relativi all’utilizzo della lega saldante che da tempo si è ed ho utilizzato in elettronica.

Da sempre, per decenni, nella saldatura in elettronica si è utilizzato il famigerato “filo di stagno” così brevemente chiamato, pur sapendo che questi è una lega di stagno Sn e piombo Pb  in percentuali rispettivamente del 60% e 40%, con l’aggiunta all’interno dell’anima del filo, di un “flussante”, un agente chimico che aiuta la fase di saldatura, o meglio brasatura.

Da qualche tempo però pare che sia rischioso e vietato utilizzare la lega SnPb, e si sarebbe continuato ad utilizzare ancora oggi, se nel Luglio del 2006 non venne recepita una Direttiva Europea del 2003, la Direttiva RoHS ovvero la normativa 2002/95/CE (RoHS: Restriction of Hazardous Substances Directive)  la quale fa parte di una serie di direttive UE connesse all’ambiente e molto legate alla Direttiva RAEE (Rifiuti Apparecchiature Elettriche Elettroniche).

La Direttiva RoHS di fatto limita l’impiego di sostanze pericolose nella realizzazione di apparecchiature elettriche ed elettroniche, o meglio queste sostanze non devono superare il limite di concentrazione massimo stabilito, e queste sostanze sono:

• Piombo (Pb)
• Mercurio (Hg)
• Cadmio (Cd)
• Cromo Esavalente (Cr VI)
• Bifenili polibromurati (PBB)
• Eteri di difenile polibromurati (PBDE)

La concentrazione massima è fissata nello 0,1% del peso del materiale omogeneo per ogni sostanza, ad eccezione del cadmio che viene fissato il limite allo 0,01 %.

Con l’indicazione di materiale omogeno si vuole significare una singola sostanza, che teoricamente potrebbe essere separata da altre sostanze, quindi la brasatura dolce su un reoforo-piazzuola contiene materiali omogenei differenti. Pertanto se si vuole considerare gli elementi indicati nella direttiva si può trovare che:
-il piombo interessa nella brasatura con elevato punto di fusione, è superiore all’ 85%, nel vetro dei vecchi CRT, nei componenti elettronici e nei tubi fluorescenti,
-il mercurio, che si trova ancora oggi disponibile nelle lampade CFL, ha reso fuori commercio- utilizzo alcuni strumenti quali ad esempio il termometro al mercurio e gli sfigmanometri ed alcuni strumenti elettronici,
-il cadmio utilizzato nella cadmiatura, ma ancora disponibile nelle batterie al cadmio seppur in stato di abbandono per limiti prestazionali,
-il cromo esavalente utilizzato in alcuni frigoriferi ad assorbimento.

Senz’altro la Direttiva ha avuto come obiettivo quello della tutela della salute e dell’ambiente, pertanto vietando o meglio limitando l’uso di queste sostanze, condizione dalla quale se ne trae del beneficio, trovandoci con dispostivi, strumenti ed attrezzature esenti da sostanze nocive, ed anche attività come quella della saldatura in elettronica in cui quelle sostanze siano limitate o meglio assenti.

Fonte imagine “Lead electrolytic and 1cm3 cube” di Alchemist-hp (talk) (www.pse-mendelejew.de) –

Opera propria. Con licenza FAL tramite Wikimedia Commons –

La presenza del piombo nella lega saldante, è indice di rischio che si corre nel manipolare la lega, portandosi a contatto con la sostanza ritenuta tossica, appunto il piombo.
Tanto per avere qualche info in più, su questo elemento ritenuto tossico, ho trovato che:

Il piombo a temperatura ambiente è un metallo solido, il suo punto di fusione è 327,4°C ed emette vapori a temperature maggiori di quella di fusione, temperature dell’ordine di 450°C-470°C. Malleabilità, resistenza alla corrosione, tenerezza sono le sue principali caratteristiche che lo rendono molto versatile in applicazioni tipo leghe, come quella con il rame per le bronzine o come quella con l’arsenico per i pallini da caccia e non ultima quella con lo stagno per le saldature, senza dimenticarne la presenza in prodotti farmaceutici, in benzine, nei giocattoli nello scatolame …ed in alcuni alimenti.
A quanto pare noto da tempo, il piombo è un metallo nocivo, particolarmente nella sua manifestazione acuta nota come saturnina , anche se attualmente la soglia critica è stata abbassata a Pb di 30 µg/dl come potenzialmente pericolosa.
Questo elemento viene assorbito per respirazione e nutrizione, la parte che non viene eliminata si distribuisce nei tessuti minerali (ossa e denti), nei tessuti molli (reni, midollo osseo, fegato e cervello) e nel sangue dove presente nei globuli rossi e legato all’emoglobina si manifesta come sintomo di anemia per poi distribuirsi su tutti gli altri tessuti.
In sostanza il piombo danneggia tutti i tessuti particolarmente i reni ed il sistema immunitario, ed il sistema nervoso (neuropatia periferica) e per esposizioni intense a dosi di piombo si provoca l’encefalopatia: insonnia, cefalea, vertigini, irritabilità, crisi convulsive.
Quindi vien da se che la Direttiva abbia considerato la pericolosità di questo elemento , presente nella lega SnPb, e questa sia stata bandita dal commercio ed utilizzo, e sostituita con la nuova lega di saldatura denominata SAC dalla composizione di Sn Ag Cu, con percentuali rispettivamente del (Sn95, 8Ag3, 5Cu0,7), la lega SC (Sn99, 3Cu0,7) e SA (Sn96, 5Ag3,5) e note anche con il nome di “Lead Free” (senza piombo) lega con la quale occorre prendere confidenza in quanto presenta delle caratteristiche come il punto di fusione più alto, che la rende meno agevole nell’utilizzo.

Con la nuova lega si dovrà eseguire la brasatura dolce con temperature superiori (360 °C e 410 °C) rispetto alle precedenti (180°C-200°C) della lega SnPb, fermo restando che utilizzare temperature alte non è mai positivo, va considerato di volta in volta, determinando condizioni in cui perché si stresserà maggiormente la punta del saldatore, ed i componenti sotto brasatura lavoreranno al limite della loro tollerabilità; i tempi di saldatura dovranno essere più contenuti, e l’aspetto meno lucente potrebbe ingannare sull’esito della qualità di saldatura, anche se non è detto che una piazzuola saldata se presenta un aspetto lucente sia perfetta … insomma sarà diversa la mano da mettere in pratica della saldatura, però tutto a vantaggio della salute … 😉
Nell’utilizzo della lega SnPb ora vietata, l’azione di utilizzarla in luoghi areati, e di lavarsi bene le mani ad attività terminata, restano comunque delle abitudini che valgono ancora, questo perché comunque si maneggiano leghe di elementi chimici, e comunque perché rimane sempre presente nell’anima del filo di lega saldante la presenza del flussante, una sostanza resinosa che viene utilizzata per rendere più fluida la brasatura, ed eliminare eventuali presenze di ossido sulle superfici dei materiali di brasatura, ovvero la superfice della piazzuola e del reoforo del componente, ed è responsabile di quel caratteristico fumo bianco quando si esegue la brasatura.
L’elemento flussante presente nella lega in genere è la colofonia , è una resina vegetale è formata da diversi acidi resinosi (acido abietinico, acido pimarico, acido silvinico) presente anche in lubrificanti, vernici, isolanti, ed utilizzata anche in farmacologia per la preparazione di unguenti resinosi, pomate, ecc. e in terapia per le loro svariate proprietà.

Bibliografia di riferimento: Wikipedia