Catto / Mapa de Temas · Tecnología Electrónica 5to nivel
Tecnología Electrónica · 120 h · Contenido 8 de 9

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.

Soldadura blanda SAC305 Refusión Perfil térmico IPC-A-610

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.

AleaciónFusiónComentario
Sn63Pb37183 °C (eutéctica)La clásica; hoy restringida por la directiva RoHS salvo excepciones
SAC305 (Sn96,5 Ag3 Cu0,5)217 a 220 °CLa más usada sin plomo; exige más temperatura
SnCu0,7227 °CBarata, para soldadura por ola
SnBi138 °CDe baja temperatura, para componentes sensibles; más frágil

02Los métodos

MétodoUso
Manual, con soldadorPrototipos, reparaciones y retoques; punta con temperatura controlada
Por olaComponentes de inserción: la placa pasa sobre una ola de soldadura fundida
SelectivaUna pequeña fuente de soldadura suelda punto por punto los componentes de inserción en placas mixtas
Por refusiónMontaje superficial: pasta aplicada con esténcil, componentes colocados por máquina y horno
Fase vaporRefusión 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:

ParámetroValor típico
Rampa de subidano más de 3 °C/s
Meseta entre 150 y 200 °C60 a 120 s
Tiempo sobre el líquidus (217 °C)60 a 90 s
Temperatura de pico235 a 250 °C
Enfriamientono 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:

\[ \frac{dT}{dt} = \frac{T_{zona}(t) - T}{\tau} \] En la práctica, el perfil se mide con termocuplas pegadas en varios puntos de una placa real, y se ajustan las temperaturas de las zonas y la velocidad de la cinta hasta que todos caen en la ventana.
Laboratorio · perfil de refusión

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

DefectoCausa típica
Junta fría o sin mojarTemperatura o tiempo insuficientes, superficies oxidadas
PuenteExceso de pasta, esténcil mal alineado
Efecto lápidaLas dos islas de un chip funden en momentos distintos y el componente se levanta
Bolitas de soldaduraPasta húmeda o precalentamiento demasiado rápido
Huecos en BGAGases 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

Actividad 1 · Soldadura manual

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.

Actividad 2 · Perfil de un horno

Con termocuplas y un registrador, medir el perfil de un horno de refusión de mesa y ajustarlo a la ventana de la pasta.

Actividad 3 · Retrabajo

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.
Desarrollo del contenido «Soldadura en electrónica» de Tecnología Electrónica (quinto nivel), según el diseño curricular de Ingeniería Electrónica, Plan 2023 — Ordenanza N° 1849 del Consejo Superior de la UTN. Volver al Mapa de Temas · catto.ar