Pros y contras de la soldadura de reflujo por convección mediante el uso de nitrógeno

Cualquier fabricante de dispositivos electrónicos que alguna vez haya considerado implementar el nitrógeno en su proceso de soldadura le dirá que el obstáculo inmediato y más grande es el costo. O bien se compra nitrógeno de un proveedor o se tiene que instalar algún tipo de sistema de generación de nitrógeno. El entorno que compite con el reflujo es el aire, que es abundante y totalmente gratis. Es difícil competir contra algo que tiene costo cero y está disponible en cualquier lugar incluidos los países del segundo y tercer mundo. El nitrógeno, especialmente el nitrógeno de alta pureza (bajo en oxígeno), no está disponible universalmente.

Las personas que han utilizado el nitrógeno como entorno de reflujo para montajes PCB también están conscientes de un reto asociado con los componentes pasivos como los capacitores y resistores en chips (por ejemplo, 1205, 0805, 0603, 0402, etc.). Dicho reto consiste en un defecto al que comúnmente se le conoce como cabeceo (tombstoning). Sin la presencia de oxígeno, virtualmente no se forma un recubrimiento de óxido sobre la superficie de la soldadura fundida. Este recubrimiento de óxido le imparte una baja tensión superficial a la soldadura fundida. La soldadura fundida libre de óxido presenta una tensión superficial mayor. Esto significa que, cuando la soldadura humedece las terminaciones, la fuerza ejercida en un entorno de reflujo de nitrógeno será mayor que la fuerza ejercida en un entorno de reflujo de aire. El humedecimiento de la soldadura sobre las terminaciones se puede mejorar aún más debido al hecho de que las terminaciones pueden presentar menos oxidación como resultado de ser calentados en ausencia del oxígeno. Ambos fenómenos pueden causar fuerzas de humedecimiento que sean suficientes para halar de la terminación y levantar el componente por el extremo.

Pero, definitivamente existen ciertas ventajas con el entorno de reflujo de nitrógeno. La continuación de la discusión relativa a la alta tensión superficial de la soldadura fundida cuando se hace reflujo en presencia de un entorno de nitrógeno nos lleva a una ventaja para las aplicaciones que involucran componentes de sintonización fina. La tensión superficial superior puede reducir la incidencia de formación de puentes debido a que la soldadura, una vez fundida, tendrá la tendencia a coalescer, lo que causará que la soldadura retroceda sobre la almohadilla. Este mecanismo también puede ayudar a mitigar la formación de esferas de soldadura en la parte media del chip y otros defectos similares de la soldadura depositándose en lugares donde no se desea durante el reflujo.

También se puede esperar una mejora en el humedecimiento cuando se compara el reflujo en nitrógeno y el reflujo en aire. En principio esto es bastante elemental. Las superficies, bien sean cables de componentes o almohadillas PCB, que podrían presentar una tendencia a no poder oxidarse en un entorno de reflujo de nitrógeno debido a la escases de oxígeno. Los agentes fundentes no tienen que trabajar tan duro como para limpiar las superficies y el humedecimiento puede suceder más pronto y más rápido.

Los problemas de oxidación no se limitan necesariamente a las superficies del componente y PCB. También pueden tener impacto sobre la soldadura misma. Una gran cantidad de ensambles PCB se realizan con pasta de soldadura. La pasta de soldadura es una suspensión de partículas de soldadura en un vehículo fundente. Las partículas de soldadura en la pasta están sujetas a oxidación durante el reflujo de aire, especialmente si el fundente fluye y expone las partículas de soldadura o la resistencia a la oxidación del fundente no es lo suficientemente adecuada para proteger las partículas de soldadura. Esto puede resultar en un defecto cosmético conocido con frecuencia como "graping" (formación de glóbulos).

En última instancia, virtualmente cualquier defecto asociado con la oxidación, incluso los que no se han nombrado aquí como "head in pillow" (cabeza en la almohada), se pueden mitigar con frecuencia mediante el cambio de reflujo de aire a reflujo de nitrógeno.

Se puede decir que siempre habrá aplicaciones en las que el uso de nitrógeno sea innecesario. Además, el costo haría que la gente pensara mucho antes de implementar el nitrógeno. Pero, para aquellos que busquen mejorar ciertos aspectos del proceso de soldadura por reflujo de convección, el uso del nitrógeno puede ser la clave.