Limpiar los Residuos de la Pasta para Soldar sin Limpieza (No-Clean) en el Montaje de SMT

Amigos,

Hay mucho interés en limpiar los tableros de circuito impreso (PCB) que han sido montados con pastas para soldar sin limpieza. 

Hace poco tiempo discutí el tema con mi buen amigo Mike Bixenman de Kyzen.

Dr. Ron (DR)

Mike, muchas de las pastas para soldar que mejor funcionan, tanto las libres de plomo como las con plomo, son sin limpieza. Han sido diseñadas para resolver problemas de montaje como los defectos de apelmazamiento y head-in-pillow (cabeza en almohada). Para la gran mayoría de las aplicaciones, la pequeña cantidad de residuos que deja una pasta sin limpieza no es un problema. Sin embargo, algunos ensambladores quieren el resultado de las pastas sin limpieza, pero deben limpiar el residuo sin limpieza ya que tienen requisitos de confiabilidad extrema o cosméticos. ¿Existen soluciones de limpieza para estas situaciones?

Mike Bixenman (MB)

¡Desde luego que sí!

DR

¿Puede contarnos un poco acerca del uso de estas soluciones de limpieza?

MB

Se deben considerar muchos factores cuando la ingeniería electrónica ensambla productos de limpieza. Los factores de diseño incluyen la composición de la tierra, la exposición al calor, el espacio libre del eje Z bajo los componentes de terminación posterior, la compatibilidad del material, y el equipo de limpieza. Los objetivos típicos de proceso exigen que sean eliminados todos los fundentes en un ciclo de limpieza, uniones brillantes de soldadura (sin ataque químico a la aleación), una velocidad rápida de producción, que no haya efectos materiales para las etiquetas y otros materiales de construcción, un largo tiempo de vida del baño químico, y baja concentraciones operativas.  

Las soluciones de limpieza varían dependiendo del equipo de limpieza. Para los sistemas de solventes, se necesita un agente de limpieza disolvente, con propiedades que permitan la no-inflamabilidad, la mezcla constante de ebullición y que sean amigables para el medioambiente y los trabajadores. Para los productos de limpieza disolventes que se enjuagan con agua, el producto de limpieza requiere una mezcla disolvente que pueda ser enjuagada con agua al tiempo que esté a la altura de la tierra y el equipo de limpieza.  Para productos de limpieza acuosos, el producto de limpieza está diseñado con propiedades que proporcionan solvencia para la tierra, polaridad para inducir un dipolo y/o oxidar y reducir la tierra, baja tensión de la superficie para reducir el ángulo de humedecimiento, búfers para estabilizar el pH, antiespumante para reducir la tendencia a espumarse a presiones altas, e inhibidores para ampliar el rango de pasivación en las aleaciones metálicas.

La propiedad más crítica es la naturaleza de la tierra. A medida que las temperaturas de soldado se elevan y el tiempo expuesto a temperaturas más altas aumenta, las provisiones de material de pasta para soldar deben mejorar la barrera del oxígeno y evitar que se consuma el fundente. Esto requiere de composiciones de peso molecular más alto que podrían cambiar la naturaleza de la tierra y la solución de limpieza necesaria para quitar la tierra. Deben ser considerados otros factores tales como condiciones de procesamiento y cómo estas condiciones pueden cambiar las propiedades de limpieza de la tierra.  Por ejemplo, la exposición excesiva al calor puede polimerizar el residuo de fundente que hace que la tierra no se pueda limpiar. Para comprender y planificar mejor estos factores, la prueba y cotejo de solubilidad del producto de limpieza con la tierra ayudan a los formuladores a diseñar productos de limpieza que sean efectivos en un rango amplio de residuos de material de soldado. 

DR

¿Qué tipo de equipo es necesario normalmente?

MB

Deben compararse dos factores clave para limpiar:

1: La energía potencial del producto de limpieza para la tierra y 

2: La energía cinética de la máquina limpiadora para distribuir el producto de limpieza a la tierra necesaria para crear el canal de flujo requerido para desplazar la tierra en forma rápida.   

La máquina limpiadora requiere de energía para distribuir el fluido limpiador en una distancia y crear una fuerza suficiente para desviar los fluidos bajo el Eje Z. La atracción capilar para mover el fluido limpiador hacia adentro y afuera de los espacios estrechos es creada por el flujo del fluido, la presión de impacto del rociado y los efectos de tensión de la superficie. Cuando se limpia bajo espaciados estrechos, los productos de limpieza que humedecen (forman gotas pequeñas) mejoran la acción capilar, la penetración y el humedecimiento del residuo. El índice de solubilidad depende de la tierra, los efectos de la temperatura y la concentración del producto de limpieza necesario para disolver la tierra. Las tierras duras se limpian a un índice más lento y quitan la tierra en forma concéntrica (efecto túnel). Las tierras suaves se limpian a un índice rápido y quitan la tierra en un efecto de canal (túneles múltiples).

La altura del espacio del eje Z tiene una correlación directa con la energía requerida para penetrar y quitar la tierra bajo los componentes, el tiempo requerido para limpiar la tierra y temperatura de lavado. La ironía es que los espacios inferiores del eje Z aumentan la acción capilar del fundente para el faltante de material del lado inferior del componente. Cuando esto ocurre, sofoca los residuos de fundente y cierra cualquier canal de flujo bajo el componente. Los resultados de la investigación indican que se necesitan chorros coherentes de rociado de alta presión ya que la caída de energía es menor y la energía defectuosa es más alta.  El tiempo de lavado necesario para limpiar bajo un espacio de 1 a 2 mil según lo comparado con un espacio de 4 a 6 mil puede variar desde 4 a 8 veces más.  Las temperaturas más altas de lavado aumentan el efecto de suavizado y ayudan a penetrar y quitar la tierra. El efecto neto es que, como los componentes disminuyen en tamaño, la altura del espacio del eje Z se reduce y los factores de limpieza necesarios para limpiar la tierra aumentan.  Estos efectos favorecen el equipo de limpieza de rociado en aire por encima del equipo de limpieza de inmersión.

DR

¿Cómo se evalúan los resultados de limpieza, de manera que sepamos que los tableros están verdaderamente limpios?

MB

El primer nivel por el cual nosotros juzgamos el rendimiento de limpieza es la presencia visual de residuo luego de la limpieza. La mayoría de los procesos de limpieza no tienen problemas para eliminar el residuo de la superficie desde el montaje. El tema es el residuo debajo del lado inferior del componente. Esto complica el tema ya que el residuo debajo de un componente específico es donde ocurren la mayoría de las fallas. Estas fallas específicas en el lugar pueden reducir la confianza en los estándares IPC existentes que correlacionan los residuos iónicos de anión y catión sobre el área completa de la superficie del tablero. Entonces, cuando se diseña el proceso de limpieza, utilizamos tarjetas de prueba con componentes de terminación inferior y juzgamos el rendimiento de limpieza por el nivel de residuo de fundente remanente bajo estos componentes.  Para lograr este valor, todos los componentes son eliminados y el área de la superficie del residuo bajo los componentes está graduada y es analizada en forma estadística. 

Permíteme terminar agregando que las interconexiones muy densas montadas en tableros de circuitos están avanzando a un paso rápido. El espaciado de componente tradicional de SMT entre los conductores era más grande. Los residuos post soldadura sin limpieza plantearon riesgos mínimos para la confiabilidad. La era de la información nos ha consentido y esperamos mayor funcionalidad en espacios más pequeños. A medida que los montajes se reducen en el tamaño y aumentan los niveles de funcionalidad, la limpieza se hace más importante. Espero que los factores de limpieza discutidos en esta entrevista proporcionen comprensión para las consideraciones de diseño del proceso de limpieza que pudieran ser de ayuda.

DR

Gracias Mike. Con quién deben comunicarse las personas si les gustara más información acerca de limpiar los tableros montados con pastas para soldar sin limpieza.

MB

Gracias por permitirme compartir esto con tus lectores. Me encantaría ayudar a cualquier persona con los desafíos de limpieza que enfrente. Comuníquese conmigo a mikeb@kyzen.com.

Saludos,

Dr. Ron 

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