Soldadura en electrónica
El mismo horno que funde bien la pasta en una placa liviana deja a una placa pesada 11 °C más fría y apenas 43 s sobre el punto de fusión. La masa térmica de la placa también forma parte del perfil.
01La soldadura blanda
En electrónica se usa la soldadura blanda: una aleación que funde por debajo de 450 °C une las piezas sin fundirlas. La soldadura moja el cobre y reacciona con él formando una capa delgada de compuestos intermetálicos, que da la unión eléctrica y mecánica; si esa capa crece demasiado, por exceso de tiempo o de temperatura, la junta se vuelve frágil. El fundente quita los óxidos y protege la superficie mientras se suelda.
| Aleación | Fusión | Comentario |
|---|---|---|
| Sn63Pb37 | 183 °C (eutéctica) | La clásica; hoy restringida por la directiva RoHS salvo excepciones |
| SAC305 (Sn96,5 Ag3 Cu0,5) | 217 a 220 °C | La más usada sin plomo; exige más temperatura |
| SnCu0,7 | 227 °C | Barata, para soldadura por ola |
| SnBi | 138 °C | De baja temperatura, para componentes sensibles; más frágil |
02Los métodos
| Método | Uso |
|---|---|
| Manual, con soldador | Prototipos, reparaciones y retoques; punta con temperatura controlada |
| Por ola | Componentes de inserción: la placa pasa sobre una ola de soldadura fundida |
| Selectiva | Una pequeña fuente de soldadura suelda punto por punto los componentes de inserción en placas mixtas |
| Por refusión | Montaje superficial: pasta aplicada con esténcil, componentes colocados por máquina y horno |
| Fase vapor | Refusión en el vapor de un líquido que hierve a temperatura fija; calienta parejo |
Los componentes plásticos absorben humedad del ambiente; en el horno se vaporiza y puede partir el encapsulado. Por eso se clasifican por su nivel de sensibilidad a la humedad (MSL), vienen en bolsas selladas con desecante y, si se exceden del tiempo fuera de la bolsa, se hornean antes de soldar.
03El perfil de refusión
En la refusión, la placa recorre un horno de varias zonas sobre una cinta. Su temperatura sigue un perfil: una rampa de precalentamiento, una meseta que activa el fundente y empareja la temperatura de componentes grandes y chicos, un pico por encima del punto de fusión (líquidus) y un enfriamiento controlado. Los fabricantes de pasta dan una ventana; para SAC305, valores típicos son:
| Parámetro | Valor típico |
|---|---|
| Rampa de subida | no más de 3 °C/s |
| Meseta entre 150 y 200 °C | 60 a 120 s |
| Tiempo sobre el líquidus (217 °C) | 60 a 90 s |
| Temperatura de pico | 235 a 250 °C |
| Enfriamiento | no más de 6 °C/s |
La placa no alcanza la temperatura de cada zona: se acerca a ella con una constante de tiempo que depende de su masa térmica. Con un modelo de primer orden se ve el efecto:
Un horno de nueve zonas de 40 cm: cinco de precalentamiento a 120, 150, 165, 180 y 190 °C, dos de refusión a la temperatura elegida y dos de enfriamiento a 40 °C. La curva es la temperatura de la placa; la franja verde, el líquidus de SAC305.
04Defectos e inspección
| Defecto | Causa típica |
|---|---|
| Junta fría o sin mojar | Temperatura o tiempo insuficientes, superficies oxidadas |
| Puente | Exceso de pasta, esténcil mal alineado |
| Efecto lápida | Las dos islas de un chip funden en momentos distintos y el componente se levanta |
| Bolitas de soldadura | Pasta húmeda o precalentamiento demasiado rápido |
| Huecos en BGA | Gases del fundente atrapados |
La norma IPC-A-610 define los criterios de aceptación de los montajes en tres clases: 1, productos de uso general; 2, de servicio dedicado; y 3, de alta confiabilidad. La inspección se hace a simple vista o con lupa, con inspección óptica automática (AOI) y, para las juntas ocultas bajo un BGA, con rayos X. La confiabilidad a largo plazo de las juntas se vio en confiabilidad: la fatiga térmica es su principal mecanismo de falla.
05En el laboratorio
Soldar componentes de inserción y SMD 0805 con estaño con plomo y sin plomo, y comparar el aspecto de las juntas con los criterios de IPC-A-610.
Con termocuplas y un registrador, medir el perfil de un horno de refusión de mesa y ajustarlo a la ventana de la pasta.
Desoldar y reemplazar un circuito integrado SOIC con aire caliente, protegiendo los componentes vecinos.
06Errores frecuentes
- Usar el perfil de una placa para otra. La masa térmica cambia el perfil real aunque el horno sea el mismo.
- Subir la temperatura del soldador para compensar una punta sucia. Se dañan las islas y los componentes.
- Dejar los componentes sensibles a la humedad fuera de la bolsa. El encapsulado se parte en el horno.
- Mezclar aleaciones con plomo y sin plomo. Las juntas resultantes son poco confiables.
07Autoevaluación
¿A qué temperatura funde el SAC305?
Entre 217 y 220 °C.
¿Para qué sirve la meseta del perfil?
Para activar el fundente y que todos los componentes lleguen a una temperatura pareja antes de fundir.
¿Qué causa el efecto lápida?
Que una isla funde antes que la otra y la tensión superficial levanta el componente.
En el laboratorio, ¿cómo se recupera el tiempo sobre el líquidus en una placa pesada?
Bajando la velocidad de la cinta o subiendo la temperatura de las zonas de refusión.
08Para ampliar
- Ning-Cheng Lee. Reflow Soldering Processes and Troubleshooting: SMT, BGA, CSP and Flip Chip Technologies. Newnes, 2002. El proceso de refusión, el perfil y los defectos.
- Clyde F. Coombs y Happy T. Holden (eds.). Printed Circuits Handbook. 7.ª ed., McGraw-Hill, 2016. Los capítulos de montaje, soldadura e inspección.
- Ray P. Prasad. Surface Mount Technology: Principles and Practice. 2.ª ed., Springer, 1997. El montaje superficial de punta a punta.