¿Para qué se utiliza la pasta de soldadura?

¿Qué hace realmente la pasta de soldadura?

Dichopasta de soldadurase "usa para soldar" es técnicamente correcto pero no dice nada. Después de 15 años en esta industria, he notado que la mayoría de las personas todavía tienen una comprensión bastante superficial-de lo que realmente hacen estas cosas. Déjame desglosarlo.

La pasta de soldar existe por una razón fundamental:-establecer conexiones entre componentes electrónicos y PCB. Estas conexiones tienen que hacer dos cosas a la vez: conducir electricidad y mantener las piezas en su lugar. Si te pierdes cualquiera de ellos, tendrás un problema.

El proceso de la línea SMT es sencillo: imprima soldadura en pasta en las almohadillas, seleccione-y-coloque los componentes de las gotas de la máquina en la parte superior, y toda la placa pasa por un horno de reflujo. Cuando la temperatura alcanza los 230 grados, las partículas metálicas de la pasta se derriten, fluyen, humedecen las almohadillas y los cables y luego se solidifican formando uniones de soldadura.

Suena bastante simple. Pero piénselo:-la placa base de un teléfono inteligente tiene miles de uniones soldadas y todas y cada una de ellas tienen que funcionar. Una mala articulación y todo el dispositivo se muere. Una vez tuvimos un lote en el que un BGA humedecía mal una sola junta debajo. La tasa de retorno se disparó hasta el 3%. Ese mes se fue el bono de todos.

La gente se olvida de este.

Las máquinas-de recogida-y-de alta velocidad pueden montar decenas de miles de componentes por hora. Después de colocarla, antes de que la tabla llegue al horno-¿qué impide que todas esas piezas pequeñas se deslicen? La pegajosidad de la pasta.

No subestimes esto. Pueden pasar horas entre la impresión y el reflujo. Los tableros se transportan, manipulan y, a veces, se almacenan temporalmente. Si la pasta pierde su pegajosidad demasiado rápido, los componentes se desvían o se caen por completo. La industria utiliza la "vida útil" para medir esto. Diferentes marcas, diferentes modelos-gran variación. Debe hacerlo coincidir con el tiempo de ciclo de su línea.

La pasta de soldadura no es polvo de metal puro. Una parte importante es el flujo. Sin fundente, la soldadura simplemente no funciona.

Las almohadillas de cobre se oxidan cuando se exponen al aire. No se puede ver la capa de óxido, pero impide que la soldadura se humedezca adecuadamente. El fundente se activa cuando se calienta, reacciona con los óxidos y limpia la superficie del metal. También reduce la tensión superficial de la soldadura fundida, lo que ayuda a que se propague.

Hay algunos tipos: a base de colofonia-,-soluble en agua, no-limpio. No-la limpieza predomina ahora ya que se omite el paso de lavado después de soldar. Pero si después aplica un revestimiento conformado o necesita que la placa luzca impecable, aún debe limpiarla.

El perfil de temperatura de reflujo tiene cuatro etapas. La pasta se comporta de forma diferente en cada uno:

Precalentar(temperatura ambiente a ~150 grados): los disolventes comienzan a evaporarse. Si aumenta demasiado rápido, el disolvente se evaporará violentamente.-Se obtendrán bolas de soldadura por todas partes. Manténgalo entre 1 y 3 grados por segundo.
Remojar(~150 grados a 190 grados): El fundente activa y ataca los óxidos en las almohadillas y los cables. Esta etapa también ayuda a igualar las temperaturas en todos los ámbitos para que los componentes grandes y los pequeños no tengan temperaturas muy diferentes.
Reflujo(pico alrededor de 235-245 grados para sin plomo-): las partículas metálicas se derriten y se fusionan en soldadura líquida, humedeciendo y llenando los espacios entre las almohadillas y los cables. El líquido reacciona con el metal base para formar una capa de compuesto intermetálico. Esta parte sólo dura entre 30 y 60 segundos; si continúa más tiempo, el IMC se vuelve demasiado grueso, lo que en realidad perjudica la confiabilidad.
Enfriamiento: La soldadura se solidifica. Generalmente 3-4 grados por segundo. Demasiado lento y se obtiene una estructura de grano grueso y uniones más débiles. Demasiado rápido y corre el riesgo de sufrir estrés térmico.

Mucha gente asume que la soldadura en pasta es sólo para grandes líneas SMT. No es cierto.

Prototipado y pequeños lotes:

Los ingenieros que toman muestras utilizan plantillas simples para la impresión manual y luego un horno de reflujo de mesa o una pistola de aire caliente. Menos eficiente, pero la calidad puede acercarse a los niveles de producción. Hice mucho de esto cuando estaba empezando. Una mano temblorosa y todo el tablero se arruina.

Rehacer:

Placas defectuosas de la línea, el cliente regresa-cada vez que reemplaza componentes, necesita soldadura en pasta. Proceso estándar: quitar pieza defectuosa, limpiar pads, volver a aplicar pasta, colocar nuevo componente, calentamiento localizado.

A través del-agujero en reflujo

Los componentes de orificio pasante se refieren a soldadura por ola. Ahora, más fábricas colocan piezas-agujeros y SMT en la misma placa y ejecutan todo a través del reflujo juntos. Usted diseña aberturas especiales en la plantilla, imprime pasta adicional en las ubicaciones de los orificios pasantes-, inserta componentes y refluye. Elimina un paso de soldadura por ola y reduce costos.

BGA, CSP, QFN:

Articulaciones ocultas bajo el chip. No puedo tocarlos con una plancha. La única forma es soldar en pasta más reflujo. A medida que los paquetes se encogen y el paso se vuelve más estrecho, los requisitos de tamaño de partícula y precisión de impresión siguen aumentando.

Mismo material, enfoque totalmente diferente según la industria

Electrónica de consumo

Electrónica de consumoTodo es cuestión de velocidad y costo. Los teléfonos inteligentes y las tabletas envían decenas de millones al año, las líneas funcionan rápido, la capacidad de impresión y la ventana de proceso son lo más importante. El costo es el rey-¿mejoras marginales en la confiabilidad que cuestan más? Nadie está comprando.

Automotor

Automotores un paso adelante. Las ECU en el compartimiento del motor pueden alcanzar los 125 grados, a veces los 150 grados. Añade vibración constante. La resistencia a las altas-temperaturas y a la fatiga se vuelven críticas. Diseños automotrices para una vida útil de 15 años. Una junta de soldadura defectuosa puede provocar incidentes de seguridad. El control de calidad a lo largo de toda la cadena de suministro es mucho más estricto que el del consumidor.

Médico

Médicoraya en la obsesión por la confiabilidad. Marcapasos y dispositivos implantables-el fallo de las uniones soldadas pone directamente en peligro vidas. Por lo general, significa pruebas al 100%, trazabilidad de lotes y auditorías brutales de proveedores.

Aeroespacial y militar

Aeroespacial y militares su propio mundo. Todavía uso toneladas de pasta de soldadura con plomo (exenciones reglamentarias). Décadas de-datos de confiabilidad a largo plazo sobre el estaño-plomo. La tecnología sin plomo-está avanzando, pero no se ha validado en la misma medida en entornos extremos.

Electrónica industrial y de potencia.

Electrónica industrial y de potencia.se preocupa por la alta corriente y la disipación de calor. Los dispositivos de energía en inversores y juntas de inversores solares-necesitan conducir calor, no solo electricidad. Las bajas tasas de anulación son clave. Algunas aplicaciones utilizan procesos de pasta con alto contenido de plata o de plata sinterizada.

iluminación LED

iluminación LEDtiene problemas de sustrato. Los LED suelen ir sobre sustratos de aluminio o cerámica. Los coeficientes de expansión térmica son totalmente diferentes a los del cobre. La pasta necesita una fuerte resistencia a los ciclos térmicos.

Los dispositivos electrónicos son cada vez más pequeños y potentes. Nuevos desafíos para la soldadura en pasta.

El tono se está reduciendo. La electrónica de consumo convencional ya tiene 0,3 mm o menos. Requiere partículas de tipo 5 (15-25 μm) o tipo 6 (5-15 μm). Las partículas más finas significan más superficie de óxido y requisitos de almacenamiento y manipulación más estrictos.

Sin plomo-sigue evolucionando. Han pasado casi dos décadas desde que-sin plomo se generalizó, pero el reemplazo en aplicaciones de alta-confiabilidad aún está en curso. Las formulaciones bajas en-plata y sin-plata son áreas de investigación candentes-que reducen los costos y el riesgo de bigotes.

Pasta de baja-temperatura que encuentra nuevos usos. Tradicionalmente para piezas-sensibles al calor (aleaciones de estaño-bismuto, punto de fusión de ~138 grados). Con el despegue de la electrónica flexible y los dispositivos portátiles, la demanda está creciendo porque los sustratos flexibles no pueden soportar las temperaturas de reflujo normales.

Los vehículos eléctricos y las energías renovables generan necesidades de soldadura de alta-potencia. Los sistemas de gestión de baterías y los controladores de motores-conexiones de alta-corriente necesitan uniones con gran capacidad-de transporte de corriente y{5}}disipación de calor. Impulsar el desarrollo de pastas y materiales de sinterización de alta-confiabilidad.

Todas estas aplicaciones, pero la soldadura en pasta no es mágica. Las condiciones tienen que ser las adecuadas.

La selección importa.Elija-sin plomo o con plomo, tamaño de partícula, tipo de fundente y rango de viscosidad-según su aplicación específica. Una elección incorrecta significa caídas en el rendimiento o, peor aún, lotes enteros descartados.
El control de procesos lo es todo.El grosor de la plantilla y el diseño de apertura establecen el volumen de impresión. La presión y la velocidad de la escobilla de goma afectan la consistencia. Cada parámetro en su perfil de reflujo está relacionado con la calidad de la soldadura. Demasiada pasta, se forman puentes y cortocircuitos. Demasiado poco, porros fríos. Temperatura demasiado alta, componentes dañados. Demasiado bajo, mala humectación.
El almacenamiento tiene que ser adecuado.La pasta de soldadura tiene una vida útil-normalmente de 6 meses a un año refrigerada. Una vez abierto, úsalo rápido. La exposición prolongada al aire significa absorción de humedad, oxidación y cambios de viscosidad. Detalles como el tiempo de calentamiento-y el método de agitación afectan los resultados de impresión.
No se puede omitir la inspección.SPI después de imprimir para confirmar la calidad. AOI o rayos X-después del reflujo para revisar las articulaciones. ¿BGA y otras juntas ocultas? Sólo los rayos X-pueden revelar huecos y puentes debajo.

En pocas palabras: el trabajo más básico de la soldadura en pasta es la conexión eléctrica y mecánica entre componentes y placas. Al mismo tiempo, también se encarga de la fijación temporal y la limpieza de superficies. Las aplicaciones van desde la producción en masa hasta prototipos y reelaboraciones. Diferentes industrias se preocupan por diferentes aspectos del desempeño.

Al final del día, la soldadura en pasta es lo que hace posible la tecnología de montaje en superficie. Desde los teléfonos y las computadoras que usamos todos los días hasta los satélites y los equipos médicos,-las placas de circuito internas están casi todas soldadas con pasta de soldar. Cosas sencillas, pero absolutamente esenciales para la fabricación de productos electrónicos.