Soldadura 101: La simplicidad de la soldadura – La complejidad de la pasta de soldadura

Amigos,

La soldadura de cobre a cobre con una soldadura a base de estaño, como una soldadura eutéctica de estaño-plomo o una soldadura común libre de plomo como SAC305, requieren solamente la soldadura líquida y el cobre para formar la unión intermetálica estaño-cobre. Junto con una pequeña trampa, los colegas de Speedline Technologies me trajeron a casa esta simplicidad. Tomaron un PWB con componentes de orificio pasante montados y lo hicieron pasar a través de una máquina de soldadura por olas sin el uso de fundente alguno. Resultó algo cómico. El PWB pesaba aproximadamente 10 libras pues presentaba carámbanos colgando de él. El óxido que se formó sobre el cobre fue el responsable de este desastre. Al hacer pasar la tarjeta de nuevo por la máquina con un manto de nitrógeno produjo una soldadura de ola bien formada, lista para el envío. Así que, en realidad, bien sea un fundente o nitrógeno, preferiblemente ambos se requieren para realizar una soldadura por olas, además de la soldadura y el cobre; aun así, es relativamente simple.

Lástima por los científicos de soldadura de finales de la década del 70 e inicios de la década del 80. SMT era una tecnología emergente y el mundo deseaba comprar pasta de soldadura; sin embargo, la única experiencia que muchos de los científicos de soldadura tenían era con la soldadura en olas. En la soldadura en olas, el principal trabajo del fundente es remover los óxidos de las almohadillas PWB y los componentes.  Las principales preocupaciones no son la soldadura en su estado derretido y su oxidación. En el proceso de soldadura, el operario de soldadura solo toca la tarjeta durante unos pocos segundos y la tarjeta solo se expone a las altas temperaturas durante este corto período.

Imagino que algunas de las pastas de soldadura iniciales consistían en polvo de soldadura con fundentes similares a aquellos usados en la soldadura por ondas. De ser así, probablemente no funcionaban del todo bien. Consideren las diferencias dramáticas que la pasta de soldadura experimenta en comparación con la soldadura en la soldadura de ondas. El "fundente" en la pasta de soldadura debe retirar los óxidos de las almohadillas PWB, los cables de componentes y las partículas de soldadura, pero también debe proteger todas esas superficies contra la reoxidación durante varios minutos mientras se pasa por el horno de reflujo. Para lograr esta protección, el "fundente" debe contener materiales que actúen como una barrera de oxígeno. Los materiales más comunes que se utilizan en las pastas de soldadura no limpias son las colofonias y las resinas. Las colofonias, las resinas modificadas o las colofonias sintéticas, generalmente son compuestos orgánicos de peso molecular medio a alto con 80-90% de ácido abiético. Típicamente, se encuentran en las coníferas. Las colofonias y resinas son pegajosas en naturaleza y presentan cierta actividad de fundente y resistencia a la oxidación durante el proceso de reflujo.

La razón por la cual escribí "fundente" en el párrafo anterior es que a lo que muchas personas se refieren como fundente es una combinación compleja de materiales. Esos "fundentes" consistirán de:

• Colofonias o resinas: para barrera de oxígeno y cierta actividad de fundente.

• Aditivos reológicos: para otorgar las mejores propiedades de impresión; por ejemplo, buena respuesta a la pausa, buena eficiencia de transferencia, excelente resistencia al declive, buena pegajosidad, etc.

• Solventes: para disolver los materiales.

• Activadores: para realizar la acción principal de fundente (retirar los óxidos).

Figura. Las pastas de soldadura son uno de los materiales que implican grandes cantidades de diseño.

Las pastas de soldadura modernas deben presentar una buena capacidad de actuar como barrera de oxígeno. En la mayoría de perfiles de reflujo, la pasta de soldadura se encuentra a temperaturas superiores a los 150ºC por más que varios minutos. Durante ese transcurso de tiempo, se requiere una barrera de oxígeno para proteger las partículas de soldadura y las superficies de las almohadillas y los cables.

Un ejemplo común de una barrera insuficiente de soldadura es el defecto de grapado o su defecto relacionado, el defecto head-in-pillow (cabeza en la almohada). Si está experimentando uno de estos defectos, le ayudará utilizar una pasta de soldadura con mejores propiedades de barrera de oxígeno.

Antes del reflujo, la pasta de soldadura debe imprimirse bien, debe poseer buena respuesta a la pausa, sin cizalladuras delgadas, debe resistir a las depresiones en frío y debe tener buena "pegajosidad" para soportar los componentes después de la colocación. Durante el reflujo, además del desafío de la barrera de oxígeno, la pasta de soldadura no debe presentar depresiones en caliente, debería mantener los “Vacíos a raya TM,” no debe crear el defecto  head-in-pillow” (HIP), debe funcionar con todos los acabados comunes de almohadillas PWP y producir uniones de soldadura confiables en ciclado térmico, choque por goteo y entornos con vibración. ¡Vaya! Qué desafío tan complejo.

Como resultado yo argumentaría que la pasta de soldadura es un candidato a ser el material con mayor cantidad de diseño en el mundo... y ciertamente NO es una mercadería.

Saludos
Dr. Ron