Come scegliere la lega di saldatura più adatta nella produzione elettronica
Foto: Barre in lega di saldatura SN100C® utilizzate principalmente per alimentare il bagno di lega nei processi di wave soldering nell’assemblaggio di PCB.
La scelta della lega di saldatura ha un impatto diretto sulla qualità dei giunti, sulla stabilità del processo SMT e sull’affidabilità del prodotto nel tempo.
La selezione della lega deve sempre essere valutata insieme ad altri parametri di processo, come il deposito della pasta saldante, il profilo termico e le operazioni di lavaggio dei PCB, che influenzano direttamente la formazione e la qualità dei giunti di saldatura.
Ogni lega possiede caratteristiche specifiche che influenzano:
temperatura di fusione
bagnabilità
resistenza meccanica del giunto
comportamento nei cicli termici
stabilità del processo di saldatura
Per questo motivo la selezione della lega deve essere sempre valutata in funzione del processo produttivo (reflow, wave o selettiva) e dei requisiti di affidabilità dell’applicazione finale.
In questo articolo analizziamo le principali leghe utilizzate nell’assemblaggio di PCB e PCBA, con indicazioni pratiche per orientare la scelta nel processo SMT.
Cos’è una lega di saldatura
Una lega di saldatura per l’elettronica è una miscela di metalli progettata per creare connessioni elettriche e meccaniche affidabili tra componenti elettronici e circuiti stampati.
Lo stagno (Sn) rappresenta la base della maggior parte delle leghe utilizzate nell’elettronica. A questo vengono aggiunti altri elementi che ne modificano le proprietà fisiche e metallurgiche.
Gli elementi più comuni sono:
Argento (Ag)
Rame (Cu)
Nichel (Ni)
Bismuto (Bi)
Antimonio (Sb)
Piombo (Pb)
La combinazione di questi elementi consente di controllare parametri fondamentali come bagnatura, resistenza del giunto, comportamento termico e stabilità del processo di saldatura.
Tipi di leghe di saldatura per PCB
Nel settore dell’assemblaggio elettronico le leghe più utilizzate appartengono a due grandi famiglie:
leghe stagno-piombo
leghe lead-free (senza piombo)
Leghe stagno-piombo (SnPb)
Per molti anni la lega di riferimento nella produzione elettronica è stata Sn63Pb37, una lega eutettica caratterizzata da:
temperatura di fusione di circa 183°C
eccellente bagnabilità
solidificazione rapida
processo molto stabile
Queste caratteristiche hanno reso questa lega uno standard industriale per decenni.
Oggi viene ancora utilizzata in alcune applicazioni grazie alle esenzioni della direttiva RoHS, soprattutto nei settori aerospaziale, militare e in alcune applicazioni ad alta affidabilità.
Leghe lead-free (senza piombo)
Con l’introduzione della direttiva RoHS (Restriction of Hazardous Substances), l’industria elettronica ha progressivamente adottato leghe senza piombo.
Le più diffuse appartengono alla famiglia SAC (SnAgCu).
La più conosciuta è:
SAC305
Composizione tipica:
96.5% stagno
3% argento
0.5% rame
SAC305 è diventata uno standard nel processo SMT grazie al buon equilibrio tra:
prestazioni di bagnatura
affidabilità del giunto
stabilità del processo
Evoluzione delle leghe lead-free
Nel tempo sono state sviluppate nuove formulazioni per migliorare prestazioni e costi delle leghe senza piombo.
Leghe low-silver
Per ridurre il costo dell’argento sono state introdotte leghe con contenuto ridotto di Ag, come:
SAC105
SAC0307
Queste leghe consentono di contenere il costo del materiale mantenendo prestazioni adeguate per molte applicazioni.
Leghe silver-free
Alcune formulazioni eliminano completamente l’argento.
Un esempio è SN100C, molto diffusa nei processi di wave soldering grazie a:
minore formazione di scorie (dross)
ridotta dissoluzione del rame
buona stabilità di processo
Leghe lead-free di nuova generazione
Negli ultimi anni sono state sviluppate nuove formulazioni progettate per migliorare le prestazioni rispetto alle leghe SAC tradizionali.
Queste leghe introducono elementi come bismuto e nichel, che permettono di ottenere:
migliore bagnatura sui terminali dei componenti
maggiore resistenza alla fatica causata dagli stress termici.
riduzione della formazione di void
maggiore stabilità del processo SMT
Tra queste soluzioni rientrano anche alcune leghe sviluppate da AIM Solder.
REL61 è una lega progettata per offrire un buon equilibrio tra prestazioni e costo.
Grazie alla presenza di bismuto migliora la bagnatura e può contribuire a ridurre la formazione di void rispetto alle leghe SAC tradizionali.
REL22, invece, è progettata per applicazioni ad alta affidabilità, dove i giunti di saldatura devono resistere a cicli termici severi o condizioni operative particolarmente impegnative, come nel settore automotive o industriale.
Queste formulazioni rappresentano una nuova generazione di leghe lead-free progettate per migliorare le prestazioni nei processi di assemblaggio elettronico moderni.
Come scegliere la lega di saldatura giusta
Onda di Saldatura
Processo di wave soldering utilizzato nell’assemblaggio di circuiti stampati.
La scelta della lega deve sempre considerare diversi fattori tecnici.
1. Processo di saldatura
Il processo produttivo influisce direttamente sulla scelta della lega:
Reflow soldering
Wave soldering
Selective soldering
Ogni processo richiede proprietà metallurgiche specifiche.
2. Affidabilità richiesta
Applicazioni come:
automotive
elettronica industriale
power electronics
richiedono leghe con elevata resistenza alla fatica causata dagli stress termici..
3. Temperatura di processo
Assemblaggi con componenti sensibili al calore possono richiedere leghe con temperature di fusione più basse per ridurre lo stress termico.
4. Costo totale di produzione
Il prezzo della lega è solo uno dei fattori da considerare.
Una lega più performante può ridurre:
difetti di saldatura
rilavorazioni
instabilità di processo
migliorando il costo totale di produzione.
Conclusioni
Non esiste una lega di saldatura universale adatta a tutte le applicazioni elettroniche.
La scelta corretta deve bilanciare:
prestazioni tecniche
costo del materiale
requisiti normativi
compatibilità con il processo produttivo
Comprendere le differenze tra SnPb, SAC e nuove formulazioni lead-free consente di ottimizzare il processo di assemblaggio elettronico e migliorare l’affidabilità dei prodotti nel tempo