fischerscope

concentrazioni minime. La norma RoHS disciplina l’utilizzo di varie
sostanze nocive, tra cui il Pb, nei componenti elettronici, affi nchè
non venga incrementata la quantità di queste sostanze che viene
poi rilasciata nell’ambiente. Per questa ragione, negli ultimi anni le
piombature contenenti piombo sono state sostituite con quelle
senza piombo e adesso è necessario verifi care se il Pb si attesti al di
sotto del valore limite di 1000 ppm. Anche la legge americana per
il miglioramento della sicurezza dei prodotti di consumo (Consumer
Product Safety Improvement Act – CPSIA) disciplina l’utilizzo
del piombo e nel 2011 ha abbassato a 100 ppm il valore limite
consentito. Tuttavia, nel settore aeronautico o delle tecnologie
mediche (applicazioni High Reliability) vengono richieste esclusivamente
piombature contenenti Pb. In questi casi, è necessario
dimostrare che nelle leghe di piombo è contenuto almeno il 3 % di
piombo, poichè lo Sn puro tende a formare trichite. Le trichiti sono
monocristalli di Sn aghiformi, che si compaiono superfi cialmente
dopo un determinato periodo di tempo e possono innescare un
corto circuito. Ne consegue che la verifi ca di questi componenti è
un compito importante e di grande responsabilità, che richiede un
controllo della quasi totalità dei componenti. L’analisi a fl uorescenza
da raggi X consente di misurare la composizione delle leghe di
stagno in modo rapido e non distruttivo. Con il software WinFTM è
inoltre possibile determinare lo spessore e soprattutto la composizione
esatta del rivestimento in SnPb di vari componenti elettroni-
Immagine degli
elettroni retrodiffusi
SEM
Valore nominale Pb
in massa %
ci come circuiti stampati, prese e contatti, strumenti e attrezzature
aziendali o resistenze SDM e condensatori (Immagine 1). Nel corso
della misura della composizione di SnPb dello strato di copertura
dei componenti SDM è necessario prestare molta attenzione poiché
il Pb potrebbe essere rilevato anche nella ceramica o negli strati
sommersi. In questo caso, è disponibile una speciale operazione
di misura che prevede questa evenienza. Lo Sn e il Pb formano una
lega eutettica, in cui si alternano continuamente una fase ricca
di Sn e un’altra ricca di Pb. La solubilità massima del Pb nello St
corrisponde a 2,5 massa % e quella dello Sn nel Pb corrisponde a
19 massa %. Tuttavia, l’effettiva composizione delle fasi,
l’omogeneità e la struttura di questa lega dipendono da diversi
fattori. Ad esempio, il processo di produzione esercita una particolare
infl uenza: se la lega è stata temprata oppure è stata lasciata a
FISCHERSCOPE ®
campione di
riferimento a snPb3
campione
snPb3
raffreddare lentamente, la lavorazione meccanica della superfi cie,
l’immagazzinamento e l’invecchiamento dei campioni, ecc. La Tabella
1 mostra immagini di elettroni retrodiffusi SEM di vari campioni
di SnPb con un contenuto di Pb superiore al 3%, così come i
risultati corrispondenti ottenuti senza l’applicazione di standard.
In corrispondenza delle «isole» di colore più chiaro si trovano le fasi
ricche di Pb, mentre in corrispondenza della «matrice» grigio scuro
si trovano le fasi ricche di Sn. Si nota che l’estensione di tali isole
può variare e che esse sono distribuite in maniera più o meno omogenea.
Le dimensioni e la disomogeneità infl uiscono anche sui
rapporti di intensità delle linee di fl uorescenza a raggi X. Nel caso
di campioni di riferimento omogenei, il valore XRF senza taratura
coincide in gran parte con il valore nominale e questo consente di
verifi care il contenuto di Pb senza l’adozione di standard. Con
l’aumento della disomogeneità, aumenta anche la deviazione dal
valore nominale (vedere Tabella 1).
Nelle leghe di SnPb con contenuto di Pb, un effetto di invecchiamento,
che è noto anche in letteratura, può manifestarsi nell’ordine
dei ppm. Di conseguenza, soprattutto per i campioni che sono
stati conservati in modo inappropriato (ad esempio, a temperature
troppo elevate), dopo alcuni anni, si potrebbe registrare un
aumento della concentrazione di Pb. Il Pb si sarebbe accumulato
sulla superfi cie del campione così conservato, che quindi dovrà
campione
snPb8
filo eutettico
snPb38
10 μm 10 μm 10 μm 50 μm
3,1 (+/- 0,15) 3,0 8,5 38
Pb misurato in massa % 3,0 2,8 7,5 33,6
Diff. rel. Valore nominale
– misurato in %
3 6 12 12
s inh (inomogeneità) 0,05 0,11 0,3 1,0
Tabella 1: Misurazioni di varie leghe di SnPb con lo strumento FISCHERSCOPE® XDAL®. (50 kV, filtro al Ni, 0.2 mm, diaframma *0.2 mm, superficie 3 mm *3 mm
2 2 2 con 64 punti, tempo di misurazione100 s, l’inomogeneità sinh si calcola come segue: s = sges – swdh ).
inh
essere nuovamente levigata prima di eseguire la misura. A questo
proposito è necessario fare attenzione che all’interno del campione
non si inseriscano corpi estranei. Questa problematica dimostra
chiaramente l’importanza di una creazione attenta delle referenze
per il sistema SnPB e del loro controllo regolare. Helmut Fischer
GmbH offre per entrambe le applicazioni (RoHS e High Reliability)
delle referenze, che sono stati sviluppati ponendo grande cura
all’omogeneità del materiale.
Oggi è possibile migliorare notevolmente la qualità della lega di
SnPb con il 3% di Pb con un nuovo procedimento di fabbricazione,
affi nchè anche con gli strumenti a fl uorescenza da raggi X sia possibile
ottenere una suddivisione ottimale della fase ricca di Pb, in
cui nessun punto di misura è inferiore a 50 μm (ad es. con XDV®-μ
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