TS 15
Adecuado para
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La soldadura por ola es un proceso de soldadura en masa utilizado en la fabricación de productos electrónicos para conectar componentes electrónicos a una placa de circuito impreso. El proceso se utiliza normalmente para componentes con orificios pasantes, pero también puede emplearse para soldar algunos componentes SMD (Suface Mount Device) que se pegan con un adhesivo SMT (Surface Mount Technology) a la cara inferior de la placa de circuito impreso antes de pasar por el proceso de soldadura en ola. El proceso de soldadura por ola consta de tres pasos principales : Fundido, precalentamiento y soldadura. Una cinta transportadora traslada las placas de circuito impreso a través de la máquina. Las placas de circuito impreso pueden montarse en un bastidor para evitar tener que ajustar la anchura del transportador para cada placa de circuito impreso diferente. El fundido se realiza normalmente mediante un fundidor de pulverización, pero también es posible el fundido por espuma y el fundido por chorro. El flux líquido se aplica desde la parte inferior de la placa de circuito impreso en la superficie y en los orificios de la canaleta. La finalidad del flux es desoxidar las superficies soldables de la placa de circuito impreso y los componentes y permitir que la aleación de soldadura líquida establezca una conexión intermetálica con dichas superficies dando lugar a una unión soldada. El precalentamiento tiene tres funciones principales. Es necesario evaporar el disolvente del flux, ya que pierde su función una vez aplicado y puede provocar defectos en la soldadura, como la formación de puentes y bolas de soldadura, cuando entra en contacto con la ola de soldadura en estado líquido. En general, los flux a base de agua necesitan más precalentamiento para evaporarse que los flux a base de alcohol. La segunda función del precalentamiento es limitar el choque térmico cuando la placa de circuito impreso entra en contacto con la soldadura líquida de la ola de soldadura. Esto puede ser importante para algunos componentes SMD y materiales de PCB. La tercera función del precalentamiento es favorecer la humectación de la soldadura a través de los orificios. Debido a la diferencia de temperatura entre la placa de circuito impreso y la soldadura líquida, ésta se enfriará al subir por el orificio pasante. Las placas y los componentes térmicamente pesados pueden extraer tanto calor de la soldadura líquida que ésta se enfría hasta el punto de solidificación, donde se congela antes de llegar a la parte superior. Este es un problema típico cuando se utilizan aleaciones de Sn(Ag)Cu. Un buen precalentamiento limita la diferencia de temperatura entre la placa de circuito impreso y la soldadura líquida y, por tanto, reduce el enfriamiento de la soldadura líquida al subir por el orificio pasante. Esto da más posibilidades de que la soldadura líquida llegue a la parte superior del agujero pasante. En un tercer paso, la placa de circuito impreso se pasa por una ola de soldadura. Se calienta un baño lleno de una aleación de soldadura hasta alcanzar la temperatura de soldadura. Esta temperatura de soldadura depende de la aleación de soldadura utilizada. La aleación líquida se bombea a través de canales hasta un formador de olas. Existen varios tipos de formadores de olas. Una configuración tradicional es una ola de virutas combinada con una ola principal laminar. La onda de chip inyecta la soldadura en la dirección del movimiento de la placa de circuito impreso y permite soldar la cara posterior de los componentes SMD que están protegidos del contacto de la onda en la onda laminar por el cuerpo del propio componente es. La ola laminar principal fluye hacia delante, pero la placa trasera ajustable está colocada de tal forma que la placa empujará la ola hacia atrás. Esto evitará que la placa de circuito impreso sea arrastrada por los productos de reacción de la soldadura. Un formador de olas que está ganando popularidad es el de olas Wörthmann, que combina la función de la ola de chip y la ola principal en una sola ola. Esta ola es más sensible al ajuste correcto y al puenteado. Debido a que las aleaciones de soldadura sin plomo necesitan altas temperaturas de trabajo y tienden a oxidarse bastante, muchos procesos de soldadura por ola se realizan en atmósfera de nitrógeno. Una nueva tendencia del mercado y el considerado por algunos como el futuro de la soldadura es el uso de una aleación de bajo punto de fusión, ej. LMPA-Q. LMPA-Q necesita menos temperatura y reduce la oxidación. También tiene algunas ventajas relacionadas con los costes, como la reducción del consumo eléctrico, la reducción del desgaste de los soportes y la no necesidad de nitrógeno. También reduce el impacto térmico sobre los componentes electrónicos y los materiales de las placas de circuito impreso.
Principales ventajas
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La colofonia, también llamada colofonia, es una sustancia derivada de los árboles que suele utilizarse en los flux para soldadura. Puede utilizarse tanto en flux líquidos como en flux en gel. Los flux que contienen colofonia pueden identificarse por la denominación "RO" en la clasificación IPC. En general, la colofonia proporciona una buena ventana de proceso en tiempo y temperatura, pero tiene una serie de desventajas dependiendo de la aplicación en la que se utilice el flux que contiene colofonia. En los flux líquidos para soldadura por ola y selectiva, la colofonia supondrá un mayor riesgo de bloqueo de la boquilla de los sistemas de aplicación de flux por pulverización y micro chorro, lo que se traducirá en un mayor mantenimiento y riesgo de malos resultados de soldadura. Los residuos de un flux con base de colofonia (=colofonia) en la máquina de soldar y en las herramientas y soportes son bastante difíciles de eliminar y normalmente se necesita un limpiador con base de disolvente. Cuando el flux con colofonia acaba accidentalmente en los contactos de un conector o en estructuras de peine de contacto como las de un mando a distancia o en contactores / relés / interruptores electromecánicos, se sabe que da problemas de contacto y mal funcionamiento de la unidad electrónica sobre el terreno. Además los residuos del flux que quedan en la placa pueden dar problemas de contacto con las pruebas eléctricas de pines ( ICT= In Circuit Testing) lo que puede dar lugar a retrasos en la producción por falsos errores. Esto suele requerir la limpieza de la placa de circuito impreso y/o de las clavijas de prueba. Estas caras clavijas de prueba son bastante frágiles y sensibles a ser dañadas por la limpieza. Además, se sabe que los residuos de un flux de colofonia no son compatibles con los revestimientos conformados en el tiempo. El residuo de colofonia forma una capa de separación entre la placa de circuito impreso y el revestimiento de conformación que con el tiempo puede provocar el desprendimiento del revestimiento de conformación y también grietas, especialmente cuando la unidad electrónica experimenta muchos ciclos de temperatura (calentamiento y enfriamiento). Por estas razones, los flux sin colofonia y, más concretamente, los flux de la clasificación "OR" se utilizan generalmente para la soldadura por ola y selectiva. La colofonia también puede utilizarse en los hilos de soldadura. Aunque la colofonia proporciona una buena ventana de proceso en tiempo y temperatura, es muy sensible a la decoloración cuando se calienta. La decoloración dependerá del tipo de colofonia y de la temperatura que haya visto. Como las temperaturas de las puntas de soldadura suelen ser bastante elevadas, la colofonia en el hilo de soldadura dará lugar a la formación de residuos visuales bastante pesados alrededor de las juntas de soldadura. Esto las distinguirá de las demás juntas de soldadura realizadas en reflujo, ola y soldadura selectiva. Cuando esto no es deseable, es necesario realizar una operación de limpieza. Además, los humos de una colofonia que contiene hilo de soldadura se consideran peligrosos. Una extracción de humos es obligatoria, pero, en cualquier caso, aconsejable para cualquier operación de soldadura manual. Los alambres que contienen colofonia se siguen utilizando bastante, pero los alambres de soldadura sin colofonia y, más concretamente, los alambres de soldadura de la clasificación "RE" están ganando importancia. La colofonia también se utiliza en las pastas de soldadura. Además de proporcionar una buena ventana de proceso en tiempo y temperatura, también proporciona una buena estabilidad de la pasta de soldadura sobre el esténcil. Esto facilitará un proceso de impresión estable y, por tanto, unos resultados de soldadura y unos índices de defectos estables. La decoloración de la colofonia en la soldadura por reflujo no es tan prominente como en el caso del hilo de soldadura porque las temperaturas en la soldadura por reflujo son más bajas que en la soldadura manual. Aun así, el residuo de colofonia tiene poca compatibilidad con el revestimiento de conformación y con el tiempo, tras los ciclos térmicos, podría mostrar grietas o desprendimiento del revestimiento de conformación. Aunque la mayoría de los fabricantes aplican el revestimiento de conformación sobre los restos de pasta de soldadura, para obtener resultados óptimos es aconsejable limpiar los restos de pasta de soldadura. Dadas las ventajas de la colofonia descritas anteriormente, la mayoría de las pastas de soldadura contienen colofonia.
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La química de soldadura absolutamente libre de halógenos no contiene halógenos ni haluros añadidos intencionadamente. La clasificación IPC permite hasta 500ppm de halógenos para la clasificación más baja 'L0'. Los flux para soldadura, las pastas de soldadura y los alambres de soldadura de esta clase suelen denominarse 'libres de halógenos'. La química de soldadura absolutamente libre de halógenos va un paso más allá y no contiene este nivel 'permitido' de halógenos. Específicamente en combinación con aleaciones de soldadura sin plomo y en aplicaciones electrónicas sensibles, se ha informado de que estos bajos niveles de halógenos causan problemas de fiabilidad como, por ejemplo, corrientes de fuga demasiado altas. Los halógenos son elementos de la tabla periódica como el Cl, el Br, el F y el I. Tienen la propiedad física de que les gusta reaccionar. Esto es muy interesante desde el punto de vista de la química de la soldadura porque su función es limpiar los óxidos de las superficies a soldar. Y efectivamente los halógenos realizan muy bien ese trabajo, incluso superficies difíciles de limpiar como el latón, Zn, Ni,...o superficies muy oxidadas o degradadas de I-Sn y OSP (Protección Orgánica de Superficies) pueden soldarse con la ayuda de flux halogenados. Los halógenos proporcionan una gran ventana de proceso en la soldabilidad. Sin embargo, el problema es que los residuos y productos de reacción de los flux halogenados pueden ser problemáticos para los circuitos electrónicos. Suelen tener una alta higroscopicidad y una elevada solubilidad en agua y suponen un mayor riesgo de electromigración y de altas corrientes de fuga. Esto supone un alto riesgo de mal funcionamiento del circuito electrónico. Específicamente con las aleaciones de soldadura sin plomo hay más informes de que incluso los niveles más pequeños de halógenos pueden ser problemáticos para las aplicaciones electrónicas sensibles. Las aplicaciones electrónicas sensibles suelen ser circuitos de alta resistencia, circuitos de medición, circuitos de alta frecuencia, sensores,... Por eso la tendencia es alejarse de los halógenos en la química de la soldadura en la fabricación de productos electrónicos. En general, cuando la soldabilidad de las superficies a soldar del componente y de la placa de circuito impreso (PCB) son normales, no hay necesidad de estos halógenos. Los productos de soldadura absolutamente libres de halógenos diseñados de forma inteligente proporcionarán una ventana de proceso lo suficientemente amplia como para limpiar las superficies y obtener un buen resultado de soldadura y esto en combinación con residuos de alta fiabilidad.
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RoHS son las siglas en inglés de Restricción de Sustancias Peligrosas. Se trata de una directiva europea: Directiva 2002/95/CE. Restringe el uso de algunas sustancias que se consideran Sustancias Extremadamente Preocupantes (SHVC) en aparatos eléctricos y electrónicos para el territorio de la Unión Europea. A continuación encontrará un listado de estas sustancias: Tenga en cuenta que esta información está sujeta a cambios. Consulte siempre la página web de la Unión Europea para obtener la información más reciente: https://ec.europa.eu/environment/topics/waste-and-recycling/rohs-directive_nl https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:32011L0065 1. Cadmio y compuestos de cadmio 2. Plomo y compuestos de plomo 3. Mercurio y compuestos de mercurio(Hg) 4. Compuestos de cromo hexavalente(Cr) 5. Bifenilos policlorados (PCB) 6. Naftalenos policlorados (PCN) 7. Parafinas cloradas (PC) 8. Otros compuestos orgánicos clorados 9. Bifenilos polibromados (PBB) 10. Difeniléteres polibromados (PBDE) 11. Otros compuestos orgánicos bromados 12. Compuestos orgánicos de estaño (compuestos de tributilestaño, compuestos de trifenilestaño) 13. Amianto 14. Compuestos azoicos 15. Formaldehído 16. Cloruro de polivinilo (PVC) y mezclas de PVC 17. Éster difenílico decabromado (a partir del 1/7/08) 18. PFOS : Directiva 76/769/CEE de la UE (no se permite en una concentración igual o superior al 0,0005% en masa) 19. Bis(2-etilhexil) ftalato (DEHP) 20. Butilbencilftalato (BBP) 21. Dibutilftalato (DBP) 22. Diisobutilftalato 23. Deca éster difenílico bromado (en equipos eléctricos y electrónicos) Otros países fuera de la Unión Europea han introducido su propia legislación RoHS, que en gran medida es muy similar a la europea.
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Los residuos tras la soldadura son inherentes al proceso de soldadura. Algunos productos de soldadura dejarán más residuos que otros. En general, los productos de soldadura que dejan pocos residuos son los preferidos. Los residuos suelen ser indeseables por más razones potenciales. Una de esas razones es estética. Cuando el cliente final recibe sus placas, obviamente le gusta que estén lo más limpias posible. Los residuos también pueden interferir en las pruebas eléctricas por muestreo, como las ICT (pruebas en circuito) o las sondas volantes. Pueden crear problemas de contacto y falsas lecturas que pueden obstruir el flujo de producción. Los residuos también pueden acumularse en las clavijas de prueba, donde es necesario limpiarlos. Estas clavijas de prueba son bastante frágiles y el riesgo de dañarlas durante la limpieza es real. Los residuos del proceso de soldadura también pueden interferir con las señales de alta frecuencia de las aplicaciones electrónicas sensibles. Los residuos creados por la colofonia y la resina suelen ser poco compatibles con los revestimientos conformados. Además, se sabe que causan problemas de contacto cuando acaban en los contactos de los conectores, los contactos (de carbono) de los mandos a distancia, las superficies de contacto de interruptores, relés, contactores,... y provocan fallos en campo. Cuando el producto de soldadura se clasifica como 'No-clean' es una indicación de que los residuos de estos productos de soldadura pueden permanecer en la unidad electrónica. Esto se basa en la superación de pruebas de fiabilidad como las pruebas de Resistencia al Aislamiento Superficial (SIR) y las pruebas de electro migración (química). Existen muchas normas en todo el mundo que especifican este tipo de pruebas. La norma más aceptada es la norma IPC. En estas pruebas de fiabilidad se suelda una placa de prueba con un patrón de peine con parámetros especificados con el producto de soldadura. La placa de prueba se somete a condiciones de alta humedad y temperatura elevada durante un periodo de tiempo definido en el que se controla la resistencia de aislamiento de la superficie. Esta resistencia de aislamiento superficial no puede caer por debajo de un valor definido y las placas también se inspeccionan visualmente con un microscopio en busca de anomalías como, por ejemplo, electro migración (química).
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Los flux para soldadura a base de alcohol son flux líquidos que tienen alcohol(es) como disolvente(s) principal(es). La mayoría de los flux líquidos utilizados en la fabricación de productos electrónicos siguen siendo de base alcohólica. Las razones principales son su uso histórico y, por tanto, su cuota de mercado y su ventana de proceso, en general, mayor en comparación con los flux de base acuosa. Los flux de base acuosa tienen numerosas ventajas frente a los de base alcohólica, como un menor consumo, la ausencia de emisiones de COV (compuestos orgánicos volátiles, VOC en sus siglas en inglés), la ausencia de riesgo de incendio, la no necesidad de transporte y almacenamiento especiales, un menor olor en la zona de producción, ... Sin embargo, muchos fabricantes de electrónica parecen preferir la mayor ventana de proceso de los flux de base alcohólica a las ventajas de los flux de base acuosa. En general, los flux con base de alcohol son menos sensibles a los ajustes correctos del pulverizador flux para conseguir una buena aplicación del flux en la superficie y en los orificios pasantes. Además, se evaporan más fácilmente en el precalentamiento y ofrecen menos riesgo de que las gotas de disolvente restantes creen bolas de soldadura, salpicaduras de soldadura o puentes al entrar en contacto con la ola. Otro parámetro que complica la implantación de los flux al agua es que cambiar un flux en algunos casos puede ser un proceso largo y costoso. Suele implicar pruebas de homologación y la aprobación de los clientes finales. Específicamente para los EMS (Electronic Manufacturing Services = subcontratistas) esto puede suponer un reto. Algunos países ya han aplicado una legislación que limita las emisiones de COV de las chimeneas de las fábricas o que impone impuestos a las emisiones de COV. Esto parece ser un incentivo adicional para cambiar a los flux de base acuosa. Un acontecimiento reciente ha obligado a muchos fabricantes a interesarse por los flux de base acuosa. La pandemia de COVID, a principios de 2020, aumentó repentinamente la demanda de desinfectantes a base de alcohol hasta el punto de que en un momento dado la disponibilidad de alcoholes en el mercado era prácticamente inexistente. Por suerte, la industria que produce alcoholes pudo aumentar sus volúmenes justo a tiempo para evitar que los fabricantes de electrónica se quedaran sin flux para hacer funcionar sus máquinas de soldar.
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