Tombstone: La Muerte del Montaje de Tablero de Circuito Impreso (PCBA)

Miércoles, 30 de Noviembre de 2011 por Eric Bastow [ver biografía]

Tombstone (también conocida como efecto Manhattan, efecto puente levadizo, o efecto Stonehenge) es descripta (en el sentido más simple y común) por ocurrir cuando un extremo de un dispositivo pasivo, como ser una resistencia o condensador, se eleva de la soldadura y rompe el contacto con el circuito.   Sin embargo no está limitada a dispositivos pasivos. Otros dispositivos de montaje de superficie pueden producir irregularidades también (consulte la imagen del diodo irregular, arriba). Tombstone es un defecto “fatal” porque produce un circuito abierto.

Tombstone, nuevamente, se ha convertido en un tema central, principalmente debido a dos cuestiones importantes:

• la transición a Libre de Plomo (temperaturas de reflujo más altas, y temas relacionados con el fundente)
• miniaturización (0201s y 01005s)

• Tombstone es casi siempre el resultado de fuerzas de humedecimiento no uniformes en las terminaciones del componente. Cuando un extremo “se humedece” antes que el otro, la fuerza de humedecimiento (ahora desequilibrada) de la soldadura “tira” el componente, rotándolo, provocando que se levante.  
  
  Muchos factores contribuyen al tombstone. El que nosotros encontramos normalmente (como proveedores de soldadura en pasta) es el calentamiento no uniforme del montaje de PCB, que provoca que un depósito de pasta se derrita y humedezca antes que el otro, por componente (según lo descripto anteriormente). Tratar de lograr una temperatura de reflujo más alta, según lo requerido con las nuevas aleaciones predominantes libres de plomo puede exacerbar una pendiente térmica mayor en el PCB (y desde un extremo de un componente a otro).

Las pendientes térmicas normalmente son fácilmente reparadas con ajustes menores al perfil del reflujo:

• El operador del reflujo de horno puede disminuir el índice de rampa.  Un índice de rampa más lento permite un calentamiento más uniforme del PCBA.
• Otra técnica es emplear un "sumergimiento" justo debajo de la temperatura de derretimiento (sólido) de la aleación.  Por ejemplo, para un perfil SAC305 (217°C sólido), alguien puede implementar un “sumergimiento” en 205 a 210°C para 30 a 120 segundos. Esto permite que las partes más frías del PCBA se “pongan a nivel” con las partes más calientes.  Después de que se ha logrado el equilibrio térmico, alguien puede elevar la temperatura hasta la temperatura pico apropiada (es decir 245°C). Esta técnica (delineada en el perfil de reflujo mostrado a la derecha) permite que todos los depósitos de soldadura en pasta se derritan y humedezcan las terminaciones del componente a aproximadamente el mismo tiempo; por lo tanto, mitiga la soldadura irregular.

Las diferentes químicas de flux , y tipos, también pueden producir impacto en la soldadura irregular. Con frecuencia es deseable tener una soldadura en pasta que se humedezca bien, aún a componentes viejos y oxidados.  Un efecto secundario negativo posible de una excelente soldadura en pasta es la soldadura irregular.  Cuando la pasta se humedece “en forma agresiva” a las terminaciones del componente, causando una fuerza de humedecimiento fuerte, aún la disparidad más leve (temperatura, limpieza, área de fundente, etc.) de una terminación o almohadilla a otra puede provocar que el componente se suelde irregularmente.

La velocidad y la fuerza de humedecimiento también están directamente relacionadas con el índice al cual se derrite la soldadura. Debe ser obvio que el humedecimiento solamente ocurre cuando la soldadura está en estado líquido, no mientras está sólida.  Por este motivo, las aleaciones de soldadura que no son eutécticas (aleaciones que comienzan a derretirse a una temperatura pero no están totalmente líquidas hasta una temperatura más alta) pueden producir menos soldadura irregular que una aleación eutéctica (claramente definida punto de derretimiento), todas las otras cosas permanecen iguales. Sn63 (63Sn 37Pb) es una aleación eutéctica y hace una transición limpia de un sólido a un líquido en 183°C. Sn60 (60Sn 40Pb) no es eutéctica y comienza a derretirse a 183°C sin embargo no está totalmente líquida hasta 191°C. En el caso de una aleación “no eutéctica” como Sn60, entre 183° C y 191°C, sólido y líquido están coexistiendo.  A tal fin, algunos fabricantes de soldadura en pasta han desarrollado aleaciones que se derriten gradualmente (no son eutécticas a propósito) para combatir la soldadura irregular.

La miniaturización, según es caracterizada por los componentes más pequeños y livianos, tales como 0201s y 01005s, crea una lucha donde está involucrada el tombstone.   Los temas de la ubicación del depósito de soldadura en pasta (ver imagen a la derecha), colocación del componente, y volumen de soldadura en pasta son difíciles de controlar dado la minúscula escala general del escenario.  También, los componentes más pequeños son inherentemente más livianos, y por lo tanto, más fáciles de elevarse en el extremo.

El control del tombstone es un tema fundamental en el montaje de la SMT.

 Sin embargo, al comprender qué causa el tombstone, se lo puede controlar.

COMUNÍQUESE CONMIGO para discutir el tombstone:
Eric Bastow: Ingeniero de Soporte Técnico

Teléfono       : +1.315.853.4900
Correo electrónico: ebastow@indium.com

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