La pasta de soldadura se utiliza en la fabricación de placas de circuitos impresos para conectar componentes de montaje superficial a las almohadillas de la placa. También es posible soldar componentes de pasta con orificios pasantes imprimiendo pasta de soldadura en los orificios y sobre ellos. La pasta pegajosa mantiene los componentes en su lugar temporalmente; luego, se calienta la placa, lo que derrite la pasta y forma una unión mecánica, así como una conexión eléctrica. La pasta se aplica a la placa mediante impresión por inyección , impresión con esténcil o jeringa ; luego, los componentes se colocan en su lugar con una máquina de selección y colocación o a mano.
La mayoría de los defectos en el ensamblaje de placas de circuitos se deben a problemas en el proceso de impresión de la pasta de soldadura o a defectos en la pasta de soldadura. Hay muchos tipos diferentes de defectos posibles, por ejemplo, demasiada soldadura o la soldadura se derrite y conecta demasiados cables (puenteo), lo que resulta en un cortocircuito. Una cantidad insuficiente de pasta da como resultado circuitos incompletos. Los defectos de cabeza en almohada , o coalescencia incompleta de la esfera de matriz de rejilla de bolas (BGA) y el depósito de pasta de soldadura, es un modo de falla que ha aumentado la frecuencia desde la transición a la soldadura sin plomo. A menudo pasado por alto durante la inspección, un defecto de cabeza en almohada (HIP) aparece como una cabeza apoyada en una almohada con una separación visible en la unión de soldadura en la interfaz de la esfera BGA y el depósito de pasta refluida. [1] Un fabricante de productos electrónicos necesita experiencia con el proceso de impresión, específicamente las características de la pasta, para evitar una costosa reelaboración de los ensamblajes. Las características físicas de la pasta, como la viscosidad y los niveles de fundente, deben monitorearse periódicamente mediante la realización de pruebas internas.
Al fabricar PCB (placas de circuito impreso), los fabricantes suelen probar los depósitos de pasta de soldadura mediante SPI (inspección de pasta de soldadura). Los sistemas SPI miden el volumen de las almohadillas de soldadura antes de que se apliquen los componentes y se derrita la soldadura. Los sistemas SPI pueden reducir la incidencia de defectos relacionados con la soldadura a cantidades estadísticamente insignificantes. Los sistemas en línea son fabricados por varias empresas como Delvitech (Suiza), Sinic-Tek (China), Koh Young (Corea), GOEPEL electronic (Alemania), CyberOptics (EE. UU.), Parmi (Corea) y Test Research, Inc. (Taiwán). [2] Los sistemas fuera de línea son fabricados por varias empresas como VisionMaster, Inc. (EE. UU.) y Sinic-Tek (China).
Una pasta de soldadura es esencialmente soldadura en polvo suspendida en pasta fundente . La pegajosidad del fundente mantiene los componentes en su lugar hasta que el proceso de reflujo de soldadura funde la soldadura. Como resultado de la legislación ambiental, la mayoría de las soldaduras actuales, incluidas las pastas de soldadura, están hechas de aleaciones sin plomo [ cita requerida ] .
El tamaño y la forma de las partículas metálicas de la pasta de soldadura determinan la calidad de la "impresión" de la pasta. Una bola de soldadura tiene forma esférica; esto ayuda a reducir la oxidación de la superficie y garantiza una buena formación de la unión con las partículas adyacentes. No se utilizan tamaños de partículas irregulares, ya que tienden a obstruir la plantilla y provocar defectos de impresión. Para producir una unión de soldadura de calidad, es muy importante que las esferas de metal tengan un tamaño muy regular y un bajo nivel de oxidación [ cita requerida ] .
Las pastas de soldadura se clasifican según el tamaño de partícula según la norma IPC J-STD 005. [3] La siguiente tabla muestra el tipo de clasificación de una pasta en comparación con el tamaño de la malla y el tamaño de partícula. [4] Algunos proveedores utilizan descripciones de tamaño de partícula patentadas; las descripciones de Henkel/Loctite se proporcionan a modo de comparación. [5]
Según la norma IPC J-STD-004 "Requisitos para fundentes de soldadura", las pastas de soldadura se clasifican en tres tipos según los tipos de fundente:
Los fundentes a base de colofonia se elaboran con colofonia , un extracto natural de los pinos. Estos fundentes se pueden limpiar, si es necesario, después del proceso de soldadura, utilizando un disolvente (que puede incluir clorofluorocarbonos ) o un eliminador de fundente saponificante.
Los fundentes solubles en agua están compuestos de materiales orgánicos y bases de glicol. Existe una amplia variedad de agentes de limpieza para estos fundentes.
Un fundente sin limpieza está diseñado para dejar solo pequeñas cantidades de residuos de fundente inerte. Las pastas sin limpieza no solo ahorran costos de limpieza, sino también gastos de capital y espacio en el piso. Sin embargo, estas pastas necesitan un entorno de ensamblaje muy limpio y pueden necesitar un entorno de reflujo inerte.
Al utilizar pasta de soldadura para ensamblajes de circuitos, es necesario probar y comprender las diversas propiedades reológicas de una pasta de soldadura.
La pasta de soldadura se utiliza normalmente en un proceso de impresión con esténcil mediante una impresora de pasta de soldadura, [6] en el que la pasta se deposita sobre una máscara de acero inoxidable o poliéster para crear el patrón deseado en una placa de circuito impreso . La pasta se puede dispensar neumáticamente , por transferencia de pines (donde una rejilla de pines se sumerge en pasta de soldadura y luego se aplica a la placa) o por impresión a chorro (donde la pasta se expulsa sobre las almohadillas a través de boquillas, como una impresora de inyección de tinta ).
Además de formar la unión de soldadura en sí, el portador de pasta/fundente debe tener suficiente adherencia para sujetar los componentes mientras el conjunto pasa por los diversos procesos de fabricación, quizás mientras se mueve por la fábrica.
A la impresión le sigue un proceso completo de soldadura por reflujo .
El fabricante de la pasta sugerirá un perfil de temperatura de reflujo adecuado para su pasta individual. El requisito principal es un aumento suave de la temperatura para evitar la expansión explosiva (que puede provocar "bolas de soldadura"), pero que active el fundente. A partir de entonces, la soldadura se funde. El tiempo en esta zona se conoce como Tiempo por encima del Liquidus . Se requiere un período de enfriamiento razonablemente rápido después de este tiempo.
Para lograr una buena unión soldada, se debe utilizar la cantidad adecuada de pasta de soldadura. Demasiada pasta puede provocar un cortocircuito; muy poca puede provocar una mala conexión eléctrica o resistencia física. Aunque la pasta de soldadura normalmente contiene alrededor del 90 % de metal en sólidos en peso, el volumen de la unión soldada es solo aproximadamente la mitad del de la pasta de soldadura aplicada. [7] Esto se debe a la presencia de fundente y otros agentes no metálicos en la pasta, y a la menor densidad de las partículas metálicas cuando están suspendidas en la pasta en comparación con la aleación sólida final.
Al igual que con todos los fundentes utilizados en electrónica, los residuos que quedan pueden ser perjudiciales para el circuito y existen normas (por ejemplo, J-std, JIS, IPC) para medir la seguridad de los residuos que quedan.
En la mayoría de los países, las pastas de soldadura "sin limpieza" son las más comunes; en los Estados Unidos , las pastas solubles en agua (que tienen requisitos de limpieza obligatorios) son comunes.
La pasta de soldadura debe transportarse refrigerada y almacenarse en un recipiente hermético a una temperatura de entre 0 y 10 °C. Debe calentarse a temperatura ambiente para su uso.
Recientemente, se han introducido nuevas pastas de soldadura que permanecen estables a 26,5 °C durante un año y a 40 °C durante un mes. [8]
La exposición de las partículas de soldadura, en su forma de polvo crudo, al aire hace que se oxiden , por lo que la exposición debe minimizarse.
La principal razón por la que es necesaria la evaluación de la pasta de soldadura es porque entre el 50 y el 90 % de todos los defectos se deben a problemas de impresión. Por lo tanto, la evaluación de la pasta es fundamental.
Este procedimiento es bastante minucioso, pero minimiza la cantidad de pruebas necesarias para diferenciar entre pastas de soldadura excelentes y malas. Si se evalúan varias pastas de soldadura, el procedimiento se puede utilizar para eliminar las pastas malas debido a su mala calidad de impresión. Luego se pueden realizar pruebas adicionales, como el rendimiento del reflujo de soldadura, la calidad de la unión de soldadura y las pruebas de confiabilidad en las pastas de soldadura finalistas.
Las principales preocupaciones sobre la pasta de soldadura son:
Estas tres preocupaciones ayudaron a generar tres sistemas cerrados para la impresión.