La pasta de soldadura se utiliza en la fabricación de placas de circuito impreso para conectar componentes de montaje en superficie a las almohadillas de la placa. También es posible soldar pasadores de orificio pasante en componentes de pasta imprimiendo pasta de soldadura dentro y sobre los orificios. La pasta pegajosa mantiene temporalmente los componentes en su lugar; Luego, el tablero se calienta, derritiendo la pasta y formando una unión mecánica y una conexión eléctrica. La pasta se aplica al tablero mediante impresión por chorro , impresión con plantilla o jeringa ; luego los componentes se colocan mediante una máquina pick-and-place o manualmente.
La mayoría de los defectos en el ensamblaje de la placa de circuito se deben a problemas en el proceso de impresión de la soldadura en pasta o a defectos en la soldadura en pasta. Hay muchos tipos diferentes de defectos posibles, por ejemplo, demasiada soldadura o la soldadura se derrite y conecta demasiados cables (puentes), lo que resulta en un cortocircuito. Una cantidad insuficiente de pasta provoca circuitos incompletos. Los defectos de cabeza en almohada , o coalescencia incompleta de la esfera del conjunto de rejilla de bolas (BGA) y el depósito de pasta de soldadura, es un modo de falla que ha experimentado una mayor frecuencia desde la transición a la soldadura sin plomo. A menudo se pasa por alto durante la inspección, un defecto de cabeza en almohada (HIP) aparece como una cabeza apoyada sobre 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 costosos retrabajos en los ensamblajes. Las características físicas de la pasta, como la viscosidad y los niveles de flujo, deben controlarse 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 aplicar los componentes y derretir 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 soldadura en pasta es esencialmente soldadura en polvo suspendida en pasta fundente . La pegajosidad del fundente mantiene los componentes en su lugar hasta que el proceso de soldadura por reflujo derrite 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 de metal en la pasta de soldadura determinan qué tan bien se "imprimirá" la pasta. Una bola de soldadura tiene forma esférica; esto ayuda a reducir la oxidación de la superficie y asegura una buena formación de juntas con las partículas adyacentes. No se utilizan tamaños de partículas irregulares, ya que tienden a obstruir la plantilla, provocando defectos de impresión. Para producir una unión de soldadura de calidad, es muy importante que las esferas de metal sean de tamaño muy regular y tengan un bajo nivel de oxidación [ cita requerida ] .
Las pastas de soldadura se clasifican según el tamaño de partícula según el estándar IPC J-STD 005. [3] La siguiente tabla muestra el tipo de clasificación de una pasta en comparación con el tamaño de malla y el tamaño de partícula. [4] Algunos proveedores utilizan descripciones de tamaño de partículas adecuadas; las descripciones de Henkel/Loctite se proporcionan a modo de comparación. [5]
Según el estándar 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 están elaborados con colofonia , un extracto natural de pinos. Estos fundentes se pueden limpiar si es necesario después del proceso de soldadura utilizando un disolvente (que potencialmente incluya clorofluorocarbonos ) o un removedor 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 ahorran no sólo costes de limpieza, sino también gastos de capital y espacio. Sin embargo, estas pastas necesitan un ambiente de ensamblaje muy limpio y pueden necesitar un ambiente de reflujo inerte.
Al utilizar soldadura en pasta para ensambles de circuitos, es necesario probar y comprender las diversas propiedades reológicas de una soldadura en pasta.
La pasta de soldadura se utiliza normalmente en un proceso de impresión de plantillas 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 , mediante transferencia de pines (donde una rejilla de pines se sumerge en pasta de soldadura y luego se aplica a la placa) o mediante impresión por 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, la pasta portadora/fundente debe tener suficiente pegajosidad para sujetar los componentes mientras el conjunto pasa por los diversos procesos de fabricación, tal vez movido 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 una expansión explosiva (que puede provocar "bolas de soldadura") y, al mismo tiempo, activar el fundente. Posteriormente, la soldadura se funde. El tiempo en esta zona se conoce como Time Above Liquidus . Después de este tiempo se requiere un período de enfriamiento razonablemente rápido.
Para una buena unión soldada, se debe utilizar la cantidad adecuada de pasta de soldar. Demasiada pasta puede provocar un cortocircuito; muy poco puede provocar una conexión eléctrica deficiente o una fuerza física deficiente. Aunque la soldadura en pasta normalmente contiene alrededor del 90% de metal en sólidos en peso, el volumen de la unión soldada es solo aproximadamente la mitad que el de la soldadura en pasta 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.
Como ocurre con todos los fundentes utilizados en electrónica, los residuos que quedan pueden ser perjudiciales para el circuito y existen estándares (p. ej., J-std, JIS, IPC) para medir la seguridad de los residuos que quedan.
En la mayoría de los países, las soldaduras en pasta "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 soldar debe refrigerarse cuando se transporta y almacenar en un recipiente hermético a una temperatura entre 0 y 10 °C. Debe calentarse a temperatura ambiente para su uso.
Recientemente, se han introducido nuevas soldaduras en pasta 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 se debe minimizar la exposición.
La razón principal por la que es necesaria la evaluación de la soldadura en pasta 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 crítica.
Este procedimiento es bastante exhaustivo, pero minimiza la cantidad de pruebas necesarias para diferenciar entre soldaduras en pasta excelentes y deficientes. Si se evalúan varias soldaduras en pasta, el procedimiento se puede utilizar para eliminar las pastas deficientes debido a su mala calidad de impresión. Luego se pueden realizar pruebas adicionales, como el rendimiento del reflujo de la soldadura, la calidad de la unión de soldadura y las pruebas de confiabilidad, en los finalistas de la soldadura en pasta.
Las principales preocupaciones sobre la soldadura en pasta son:
Estas tres preocupaciones ayudaron a generar tres sistemas cerrados de impresión.