Solder bebas timbal merupakan inovasi material yang dirancang sebagai solusi ramah lingkungan untuk menggantikan solder berbahan dasar timbal, yang selama ini banyak digunakan dalam berbagai aplikasi penyambungan logam, khususnya dalam industri elektronik atau teknisi perangkat elektronik konsumen. Kandungan timbal yang tinggi pada solder konvensional sekitar 37% diketahui memiliki dampak buruk terhadap lingkungan serta menimbulkan risiko kesehatan serius, seperti kerusakan sistem saraf dan gangguan perkembangan jika terpapar dalam jangka panjang. Oleh karena itu, pengembangan solder alternatif berbahan non-timbal menjadi fokus penting dalam mendukung prinsip keberlanjutan sekaligus menjaga performa penyambungan.
Salah satu sistem paduan yang menjanjikan adalah kombinasi antara timah (Sn), tembaga (Cu), dan perak (Ag), yang dikenal dengan nama paduan Sn-Ag-Cu. Paduan ini menawarkan berbagai keunggulan, seperti kekuatan mekanik yang baik, daya hantar listrik dan termal yang tinggi, serta kestabilan fasa saat digunakan dalam proses penyolderan. Dalam penelitian ini, paduan diformulasikan dengan kadar tembaga yang rendah dan ditambahkan perak dalam jumlah tertentu untuk mengoptimalkan sifat-sifat fisis dan mekanisnya.
Proses peleburan paduan dilakukan menggunakan tungku muffle pada suhu tinggi selama durasi waktu tertentu untuk memastikan pencampuran homogen antar unsur. Setelah proses peleburan, berbagai metode karakterisasi dilakukan untuk mengevaluasi performa paduan yang dihasilkan. Pengujian kekerasan dilakukan menggunakan metode Vickers untuk menilai ketahanan mekanik material, sedangkan karakterisasi termal dilakukan dengan alat Differential Scanning Calorimetry (DSC) guna mengidentifikasi titik leleh dan rentang transisi fasa. Selain itu, dilakukan pula pengukuran densitas, uji daya sebar (wetability), serta analisis mikrostruktur dan distribusi unsur menggunakan Scanning Electron Microscope (SEM) dan Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS).
Hasil analisis menunjukkan bahwa penambahan unsur Ag secara signifikan mempengaruhi sifat fisis dari paduan solder. Pada paduan tanpa tambahan perak, terbentuk fasa intermetalik γ-Cu₅Zn₈. Namun, seiring dengan penambahan perak, fasa tersebut berubah menjadi fasa ε-AgZn₃ yang lebih dominan. Transformasi ini menunjukkan peran penting Ag dalam membentuk struktur mikro yang lebih stabil. Daya basah paduan pun meningkat secara signifikan, mencerminkan kemampuan solder untuk menyebar dan melekat dengan baik pada permukaan logam yang disambung. Densitas paduan juga menunjukkan peningkatan kestabilan akibat distribusi unsur yang lebih merata dan sifat Ag yang tahan terhadap oksidasi.
Dari sisi mekanik, penambahan perak dalam kadar tertentu mampu meningkatkan kekerasan paduan secara bertahap. Hasil uji kekerasan menunjukkan bahwa semakin tinggi kandungan perak, semakin kuat struktur mikro yang terbentuk, yang dikaitkan dengan presipitasi fasa intermetalik AgZn₃. Senyawa ini memperkuat jaringan mikrostruktur paduan sehingga meningkatkan ketahanan terhadap deformasi mekanis, yang merupakan aspek penting dalam proses penyambungan elektronik.
Dengan hasil-hasil yang menjanjikan tersebut, dapat disimpulkan bahwa paduan solder bebas timbal berbasis Sn-Cu-Zn yang dimodifikasi dengan penambahan Ag memiliki potensi besar untuk dikembangkan lebih lanjut. Tidak hanya memberikan performa penyambungan yang setara bahkan lebih baik dibandingkan solder timbal konvensional, paduan ini juga lebih aman bagi lingkungan dan kesehatan manusia. Oleh karena itu, riset lanjutan dan optimalisasi formulasi sangat penting untuk mendorong penerapan paduan solder ramah lingkungan ini secara luas dalam berbagai industri, khususnya dalam penyambungan komponen elektronik dan perangkat berteknologi tinggi.
Disusun oleh:
LPPM - Institut Teknologi Kalimantan
1. Ramah lingkungan & aman bagi kesehatan – bebas timbal, sehingga mengurangi pencemaran dan risiko penyakit akibat paparan logam berat.
2. Kinerja penyambungan optimal – daya sebar tinggi dan ikatan logam yang kuat, cocok untuk reparasi laptop, perangkat konsumen, dan manufaktur elektronik canggih.
3. Sifat mekanik unggul – kekerasan meningkat berkat presipitasi AgZn₃, sehingga sambungan lebih tahan retak dan deformasi.
4. Konduktivitas listrik & termal baik – tetap menjaga performa listrik/termal setara atau lebih baik daripada solder timbal konvensional.