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domingo, 4 de marzo de 2018

¿Que debo tener en cuenta al realizar un reflow? ¿Que materiales intervienen?



Plomo

Plomo, cuando se expone al aire, tiene un color gris mate. Al igual que el estaño, el plomo es un metal fácil para trabajar ya que es suave y flexible a la vez.
El plomo hace muy poco para ayudar a la unión de metal a metal durante la soldadura. Sin embargo, cuando el plomo se combina con el estaño en una proporción de 63% de estaño al 37% de plomo, el punto de fusión de la aleación resultante es inferior al de cualquiera de los dos, estaño puro o plomo puro. La abreviatura de estaño en la química es Sn y para el plomo es Pb, así que esta aleación se suele escribir Sn63Pb37. A este tipo de aleación se le llama composición eutéctica. El estaño puro funde a 232°C(449°F) y plomo puro funde a 327°C(621°F), sin embargo, la temperatura de fusión de Sn63Pb37, es 183°C (361°F), en esta temperatura, la aleación va desde un estado completamente sólido a un estado completamente líquido sin tener que pasar por una etapa de "pasta". A esta se le llama temperatura eutéctica.
Cuando la soldadura de estaño / plomo se calienta a una temperatura superior a 183 °C se dice que está en su etapa de licuefacción. La relativamente baja
temperatura de fusión ha hecho que la soldadura de aleación estaño / plomo sea la opción elegida para placas de circuito impreso porque los placas hechas de sustrato FR4 o materiales similares se pueden procesar de forma segura en este temperatura.
Además, la baja temperatura de fusión significa que el equipo que la suelda tablas no tienen que funcionar con mayor temperaturas. Por último, una ventaja que les agrada más a gerentes y contadores es el bajo costo de la aleación estaño / plomo en comparación con otros
aleaciones.

Estaño

El estaño puro es un metal suave y brillante que es más
a menudo encontrado en forma de mineral en lugar de forma de metal. Se forma y se moldea fácilmente sin romperse.
La esencia del proceso de soldadura es la capacidad de estaño fundido para disolver casi cualquier
otro metal. El cobre es uno de esos metales, y el cobre se utiliza ampliamente en la fabricación de
tarjetas de circuitos impresos. En el apartado siguiente vamos a discutir el papel de los
compuestos formados cuando el cobre es disuelto por el estaño

Compuestos intermetálicos

Como se mencionó anteriormente, el estaño fundido se disuelve en mayoría de los metales. Durante el proceso de soldadura, los metales primarios en la soldadura forman compuestos con los metales en los terminales de los componentes y el circuito impreso en los límites entre la soldadura y los pads o terminales de los componentes.
Estos compuestos intermetalicos forman una capa límite que es extremadamente fuerte cuando no es más gruesa que 1 o 2 micras. Con este grosor la natural fragilidad de la capa intermetalica no es un problema.

 
A medida que la capa intermetalica es más gruesa es más susceptible a agrietarse. El agrietamiento es causado por la expansión y contracción del substrato del circuito impreso debido a que se calienta y se enfría durante el funcionamiento normal de los componentes eléctricos que se encuentran en ella.
El grosor de la capa intermetalica es controlada primeramente controlando el tiempo en estado líquido de la soldadura. La mayoría de los fabricantes recomiendan un tiempo de estado líquido entre los 45 y 60 segundos.

Otros compuestos de soldadura.

Algunas aplicaciones requieren una aleación de soldadura diferente a estaño/plomo. Una aplicación común para otros tipos de aleación es la soldadura de doble cara. Para soldar en ambos lados de la placa se requiere que la soldadura que está en la cara inferior tenga un punto de fusión mas alto. Después la placa se voltea y los componentes de la cara superior son soldados con una aleación que tiene una temperatura de fusión más baja que estaño/plomo.
La temperatura de fusión más alta permite que la soldadura usada en los componentes en la cara inferior de la placa estén fijos durante el proceso de reflow de la cara superior y así reducir el riesgo de aumentar el crecimiento de la capa intermetalica.

Bismuto y su baja temperatura de fusión

Agregar bismuto a la aleación de plomo estaño reduce la temperatura de fusión significativamente sin tener problemas serios de soldadura. Una aleación típica de estaño/bismuto/plomo es Sn43/Bi14/Pb43. Esta aleación tiene una fase pastosa desde los 143°C-163°C. La fase pastosa significa que la soldadura ya no es sólida pero tampoco está en su estado líquido hasta que alcanza los 163°C.
La temperatura de fusión de esta y otras aleaciones similares significa que el flux utilizado será diferente de aquel utilizado en la aleación plomo/estaño. Esto cambiaría el perfil de reflow. Otra cuestión a tomar en cuenta cuando usamos soldadura de baja temperatura de fusión es que la temperatura de fusión es afectada por los metales disueltos en los terminales de los componentes o los pads para evitar la oxidación. En general esos metales contaminantes superan el punto de fusión de la soldadura. Si esto se convierte en un problema será conveniente limpiar o limar los pads y terminales antes de aplicar la soldadura.

Plata.

Algunos circuitos impresos tienen componentes con plata en sus terminales. Como se señaló en la sección anterior sobre el estaño, el estaño fundido disuelve la mayoría de los metales incluida la plata incluida en los terminales de los componentes.
Una forma de reducir esto es agregando una pequeña cantidad de plata a la aleación. La aleación Sn62/Pb36/Ag02 es buena para esta aplicación, otra aleación de popular de plata es Sn96/Ag04 con punto de fusión a 221°C y es utilizado a veces en reflow de doble cara.

Flux.

El oxígeno en el aire combinado con el metal en los circuitos impresos y los componentes de montaje superficial forman oxido. Esta oxidación bloquea la atracción molecular entre la soldadura y los metales en la superficie de los pads y los terminales de los componentes.
El flux remueve el óxido de los pads y los terminales de los componentes como también de la superficie de las partículas de soldadura. La soldadura fundida ahora puede fluir de manera uniforme sobre la superficie de los pads y terminales y formar enlaces intermetalicos con ellos.

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