La distinción entrepasta de soldadurayflujosigue siendo uno de los temas más confusos en el ámbito del montaje electrónico. Los técnicos los combinan. Los agentes de compras piden el material equivocado. Los ingenieros especifican fundente cuando se refieren a pasta. Las dos sustancias comparten una química superpuesta y ambas involucran esa sustancia gris y algo pegajosa que hace que la soldadura realmente funcione-por lo que la confusión tiene sentido. Pero equivocarse cuesta dinero real y crea defectos que aparecen semanas o meses después.
¿Qué hace realmente Flux?
El fundente es fundamentalmente un agente de limpieza. Nada más exótico que eso.
Las superficies metálicas se oxidan. Las almohadillas de cobre en una PCB desarrollan ese deslustre característico a las pocas horas de su fabricación. Los cables de los componentes llegan de proveedores con capas de óxido ya formadas. Cuando intentas soldar metal oxidado, la aleación fundida forma perlas y se niega a mojar la superficie. El porro tiene un aspecto terrible y tiene un mal comportamiento.
El fundente contiene activadores-normalmente ácidos orgánicos como el ácido abiético de la colofonia de pino o compuestos más agresivos según la formulación-que atacan químicamente esas capas de óxido durante el calentamiento. Básicamente, el fundente limpia el metal exactamente en el momento en que lo necesita: cuando la soldadura fundida intenta formar una unión.
La química aquí es más antigua de lo que la mayoría de la gente cree. El fundente de colofonia se remonta a siglos atrás para aplicaciones de metalurgia. La industria electrónica lo heredó y luego pasó décadas perfeccionando variaciones para aplicaciones cada vez más exigentes.
Tres familias Flux (y por qué importan más de lo que piensas)
El fundente a base de colofonia-proviene de la savia del pino. En serio. La resina natural se procesa y se combina con varios activadores para crear las clasificaciones R, RMA y RA a las que todos hacen referencia sin comprenderlas completamente. La colofonia simple (tipo R) funciona suavemente en superficies relativamente limpias. La colofonia ligeramente activada (RMA) maneja la oxidación moderada. La resina activada (RA) aborda superficies muy contaminadas pero deja residuos corrosivos que es absolutamente necesario limpiar.
¿El problema con el fundente de colofonia? Ese residuo pegajoso. Atrae el polvo. Parece poco profesional. Y si más adelante recubrirá la placa, buena suerte para que el recubrimiento se adhiera a la contaminación por fundente.
El fundente-soluble en agua resuelve el dolor de cabeza de la limpieza mediante el uso de activadores que se disuelven en agua corriente. Suena genial hasta que te das cuenta de que estas formulaciones tienden a ser significativamente más agresivas-de lo que tienen que ser, ya que el residuo se elimina con el lavado de todos modos. ¿Dejar residuos de fundente soluble en agua-en una tabla? Corrosión garantizada. Los ácidos orgánicos siguen atacando el metal.
En la década de 1990 no surgió ningún-flux limpio, ya que los fabricantes intentaron eliminar por completo el paso de limpieza. El concepto: formular activadores lo suficientemente suaves como para que los pequeños residuos que quedan después del reflujo no dañen nada. En teoría, se salta el proceso de lavado, se ahorra tiempo y se reducen los residuos químicos.
¿En la práctica? Bien.
El mito de la falta de limpieza
Esto es lo que nadie me dijo cuando comencé en esta industria: "no-limpio" no significa "nunca necesita limpieza".
Significa que el residuo probablemente no causará fallas en condiciones operativas normales en entornos normales durante la vida útil esperada del producto. Probablemente.
El residuo todavía absorbe humedad. Todavía tiene algo de contenido iónico. Todavía previene la adhesión del recubrimiento conformado. Todavía parece basura bajo inspección.
¿Para que los productos electrónicos de consumo vayan a parar a un vertedero dentro de tres años? Ninguna-limpieza funciona bien. ¿Para dispositivos médicos? ¿Aeroespacial? ¿Aplicaciones automotrices bajo-el capó? Limpia ese fundente. Los estándares IPC no permiten-que queden residuos limpios, pero cualquier ingeniero que especifique ensamblajes militares o de alta-confiabilidad lo sabe mejor.
He visto tableros regresados del campo con dendritas-crecimientos de metal cristalino-rastros de puentes porque ningún-residuo limpio absorbió suficiente humedad con el tiempo para permitir la migración electroquímica. El residuo era "seguro" según la hoja de datos. La junta fracasó de todos modos.
Ahora sobre la soldadura en pasta
La soldadura en pasta es fundamentalmente diferente del fundente porque contiene metal real.
El material tiene aproximadamente un 50% de fundente en volumen pero un 90% de metal en peso. Esa proporción suena contradictoria hasta que recuerdas cuán densos son el estaño y la plata en comparación con los compuestos orgánicos. La porción metálica consta de pequeñas partículas esféricas-desde 75 micrones hasta 15 micrones dependiendo de la aplicación-suspendidas en el medio fundente.
Cuando la gente dice "pasta de soldadura", se refiere a un mecanismo de entrega para colocar cantidades controladas con precisión de aleación de soldadura en las almohadillas de PCB durante el ensamblaje de montaje en superficie. El componente fundente limpia las superficies durante el reflujo. Las partículas de metal se funden y forman la unión propiamente dicha.
No se puede sustituir la soldadura en pasta por fundente. El fundente no contiene metal. No creará una conexión eléctrica. Simplemente... limpia.
En realidad, tampoco se puede sustituir la pasta de soldadura por fundente en aplicaciones de soldadura manual. La pasta de soldadura está diseñada para impresión de esténciles y hornos de reflujo. La reología es totalmente incorrecta para la alimentación de alambre-en una punta de soldador.
La pesadilla del almacenamiento
Nadie me advirtió sobre el frigorífico.
La pasta de soldadura requiere almacenamiento refrigerado-normalmente entre 2 y 10 grados -con una humedad cuidadosamente controlada. Los activadores de flujo dentro de la pasta reaccionan lentamente con el polvo metálico incluso a bajas temperaturas. Con el tiempo suficiente, esas reacciones hacen que las partículas se suelden formando grumos que obstruyen las aberturas de la plantilla y las agujas dispensadoras.
La mayoría de las pastas de soldadura tienen una vida útil de seis meses refrigeradas. Las formulaciones-solubles en agua a veces solo duran tres meses. Las pastas de brea fina-con partículas más pequeñas se degradan más rápido porque el aumento de la superficie acelera la reacción de soldadura.
Y no puedes simplemente sacar un frasco del refrigerador y empezar a imprimir.
La pasta fría tiene una viscosidad completamente incorrecta. Se imprimirá como basura. Necesita de cuatro a seis horas a temperatura ambiente antes de que el material se estabilice lo suficiente para su uso. ¿Apresurar este calentamiento calentando la pasta? Acabas de separar el fundente del metal y arruinaste todo el contenedor.
Luego está el problema de la condensación. Abra un recipiente de pasta fría y la humedad del aire se condensará inmediatamente en la superficie. Esa humedad provoca bolas de soldadura y salpicaduras durante el reflujo. Deje que la pasta se selle tibia. Siempre.
El flujo por sí solo es mucho más indulgente. El flujo líquido en una botella suele durar uno o dos años a temperatura ambiente. El alambre de soldadura con núcleo fundente-básicamente nunca caduca si se mantiene seco. El fundente dentro del cable está encapsulado lejos del aire.
Cuando las cosas van mal
Los defectos de la pasta de soldar llenan libros de texto enteros. Mencionaré los que atormentan mis pesadillas.
El tombstoning ocurre cuando un componente del chip-generalmente una pequeña resistencia 0402 o 0201-se levanta en un extremo durante el reflujo y la almohadilla opuesta se levanta por completo. La tensión superficial de la soldadura fundida en un lado literalmente voltea la pieza vertical. Parece exactamente una lápida, de ahí el nombre. Las causas incluyen depósitos de pasta desiguales, calentamiento desigual, diseño asimétrico de la almohadilla o componentes colocados descentrados.
Las tasas de desintegración se disparan con las soldaduras sin plomo-porque las temperaturas de reflujo más altas aumentan las fuerzas de tensión superficial. He visto líneas de producción que funcionaban perfectamente con estaño-plomo y de repente produjeron tasas de desecho del 2% después de la transición RoHS.
Los puentes se producen cuando la soldadura se extiende entre pads adyacentes, creando cortocircuitos. Los culpables habituales: demasiada pasta, aberturas de plantilla demasiado grandes, cables de componentes que empujan la pasta hacia los lados durante la colocación. Los QFP de tono fino- son fábricas puente si su proceso no está configurado.
Las juntas frías-conexiones opacas, granuladas y débiles-son el resultado de calor insuficiente o de tiempo por encima del estado líquido. La soldadura nunca se derritió por completo. La articulación tiene mal aspecto y funciona peor.
La vaciamiento ocurre cuando el gas atrapado dentro de una articulación crea bolsas huecas. Es aceptable cierta anulación. ¿Pero en las almohadillas térmicas debajo de los componentes eléctricos? Esos huecos actúan como aislantes térmicos. El dispositivo se sobrecalienta. Los retornos del campo empiezan a llegar.
Los problemas de flujo son diferentes
Los fallos de flujo tienden a ser más sutiles y a más largo plazo-.
Una limpieza inadecuada deja contaminación iónica que atrae la humedad y favorece la corrosión. No verá que esto falle durante las pruebas de producción. Verá que falla dieciocho meses después, cuando el cliente llame.
El uso del tipo de flujo incorrecto para la aplicación crea riesgos de confiabilidad que las pruebas no pueden detectar fácilmente. No-residuos limpios en un ambiente húmedo. Fundente de colofonia bajo revestimiento conformado. Fundente-soluble en agua que no se lavó por completo.
El flujo expirado pierde actividad. Los activadores se degradan. De repente, su soldador produce uniones que se ven bien pero que tienen una deshumectación microscópica en la interfaz porque la capa de óxido no se eliminó por completo. La articulación pasa la inspección visual. Falla el ciclo térmico.
La cuestión de la soldadura manual
Para el retrabajo manual y la creación de prototipos, el fundente separado es mucho más importante que la soldadura en pasta.
Plumas y jeringas de fundente, frascos de fundente con aplicadores de pincel-todos los técnicos deben tenerlos en la mesa de trabajo. Aplique fundente a los cables de los componentes antes de soldarlos. Aplique fundente a las almohadillas antes de colocar los componentes. Aplique fundente al trabajo de desoldar porque la soldadura vieja de esas almohadillas se ha oxidado por completo desde el ensamblaje original.
No desea-flujo limpio ni RMA para la mayoría de los trabajos de banco. Soluble-en agua si tiene equipo de limpieza ultrasónico disponible. Evite el flujo RA a menos que esté tratando con superficies muy oxidadas y tenga un proceso de limpieza real.
El alambre de soldadura con núcleo fundente-ya contiene fundente, obviamente. Pero confiar únicamente en el flujo central es un error de principiante. El fundente externo aplicado a la junta antes del calentamiento mejora drásticamente la humectación y reduce el tiempo de exposición al calor. La unión se forma más rápido y tensiona menos los componentes.
No uso-flux pegajoso limpio en una jeringa para la mayoría de los retrabajos. Aplicar una pequeña cantidad sobre la almohadilla, colocar el componente, calentar con la plancha y listo. El residuo es mínimo y seguro de dejar.
Pasta de soldadura para creación de prototipos
Algunos aficionados y pequeños talleres utilizan pasta de soldadura para prototipos SMT colocados a mano-, que se refluyen en hornos tostadores modificados o en placas calientes. Esto funciona pero requiere comprender las limitaciones.
La pasta de soldadura para dispensar tiene una reología diferente a la de la pasta de impresión. El contenido de metal es del 84-87% en lugar del 89-91%. La pasta debe fluir a través de las puntas de las jeringas sin obstruirse. Usar pasta para imprimir plantillas en una jeringa no funciona bien.
El perfil de reflujo es muy importante. Los fabricantes de pasta de soldadura especifican rampas de precalentamiento, temperaturas de remojo, tiempo por encima del estado líquido, temperatura máxima y velocidades de enfriamiento. Si se desvía significativamente, se producirán huecos, juntas frías, desprendimientos, bolas de soldadura y daños en los componentes.
La mayoría de las configuraciones de aficionados no pueden controlar los perfiles con precisión. Los resultados varían. Los profesionales utilizan hornos de reflujo reales con transporte por cinta y múltiples zonas de calentamiento por una razón.
Tomar la decisión
Cuándo usar fundente solo: soldadura manual, retrabajo, desoldadura, operaciones de retoque-, montaje de orificios- pasantes con soldadura por ola.
Cuándo utilizar soldadura en pasta: ensamblaje de montaje en superficie con soldadura por reflujo, producción automatizada, plantilla-SMT impresa.
Los materiales no son intercambiables. Intentar usar pasta de soldar para soldar a mano crea un desastre. Intentar usar fundente solo para el ensamblaje SMT no produce uniones de soldadura porque no hay metal.
Para el almacenamiento, la soldadura en pasta exige refrigeración y una vida útil corta. Flux es más indulgente pero aún se degrada con el paso de los años.
Para lograr confiabilidad, ambos requieren comprender la química específica involucrada. No-limpiar no es universalmente seguro. Soluble en agua-requiere una limpieza profunda. La colofonia necesita limpieza para el recubrimiento conformado.
¿La confusión de compra entre pasta y fundente? Sucede constantemente en esta industria. Los catálogos los enumeran uno cerca del otro. Los números de pieza parecen similares. Las descripciones mencionan "soldadura" para ambos.
Solo recuerda: la pasta tiene metal. El flujo no lo hace. Todo lo demás se deriva de esa distinción fundamental.
Una nota rápida sobre-sin plomo
La transición de la industria hacia la soldadura sin plomo-que comenzó alrededor de 2006 cambió significativamente las formulaciones de fundentes y pastas.
Las aleaciones-libres de plomo-normalmente SAC305 (96,5 % estaño, 3 % plata, 0,5 % cobre)-se funden alrededor de 217 grados, frente a los 183 grados del estaño-plomo tradicional. Esa diferencia de 34 grados parece menor, pero fuerza cambios en la química del flujo. Los activadores deben permanecer estables por más tiempo a temperaturas más altas. La ventana del proceso se estrecha. Todo se vuelve menos indulgente.
La soldadura sin plomo-también moja las superficies de forma menos agresiva que el estaño-plomo. La tensión superficial es mayor. Es más probable que los componentes se desmoronen. Los puentes se forman más fácilmente. La apariencia de las juntas es naturalmente más opaca que las juntas brillantes de estaño-plomo que solían indicar la calidad.
Las formulaciones de fundente evolucionaron para compensar. Los fundentes modernos no-limpios para aplicaciones sin plomo-utilizan activadores de temperatura-más alta y proporcionan una vida útil prolongada a temperaturas de reflujo elevadas. Pero no son necesariamente-compatibles con los procesos de estaño-plomo, y mezclar formulaciones crea problemas.
Si trabaja en un entorno que todavía utiliza estaño-plomo para aplicaciones exentas-médicas, aeroespaciales y militares-asegúrese de que el fundente y la pasta coincidan con el sistema de aleación. Las químicas se optimizan de manera diferente.
Lo que nadie menciona
La estadística del 50-90%.
Los estudios muestran consistentemente que entre la mitad y el noventa por ciento de los defectos de ensamblaje SMT se originan en la impresión de soldadura en pasta. No colocación. No reflujo. Impresión.
El depósito de pasta es incorrecto-demasiado, muy poco, manchado, desplazado, puenteado en la plantilla-y los procesos posteriores no pueden compensar. Ya has perdido antes de que los componentes lleguen al tablero.
Esto significa que la calidad de la pasta de soldadura, el manejo de la pasta, el diseño de la plantilla, la calibración de la impresora y los controles ambientales son mucho más importantes de lo que la mayoría de las fábricas reconocen. Llaman la atención las llamativas máquinas de recogida-y-colocación y los sofisticados hornos de reflujo. La impresora de pasta se descuida.
Mientras tanto, el fundente recibe aún menos atención porque es "sólo" química de limpieza. Pero los problemas con los residuos de fundente provocan retornos al campo años después. Para entonces, todos han olvidado qué fundente se utilizó en qué construcción.
Documente todo. Fecha tus materiales. Seguimiento de números de lote. El trabajo de detective necesario para diagnosticar fallas de campo relacionadas con el flujo-sin documentación es esencialmente imposible.
Este no es un consejo glamoroso. Tampoco lo es refrigerar la pasta adecuadamente ni dejarla calentar antes de usarla ni limpiar los residuos cuando sea necesario. Los fundamentos determinan si las juntas directivas funcionan de manera confiable durante diez años o fallan misteriosamente después de dieciocho meses.
La pasta de soldadura y el fundente no son materiales interesantes. No son los microprocesadores, ni los sensores, ni los componentes de RF los que hacen que la electrónica sea impresionante. Son la sustancia gris que mantiene todo unido.
Hágalos mal y nada más importará.
