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La Soldadura en Electrónica Moderna

By 14 mayo, 2018Artículos de interés

La calidad de la soldadura es relevante al momento de decidir por la vida útil de la electrónica que la va a utilizar

La soldadura tiene dos propósitos claves para unir dos materiales: Una conexión eléctrica y una unión mecánica. Ambos deben ser duraderos, es decir, resistentes a condiciones agresivas de uso durante toda su vida útil, como son vibraciones, golpes y variaciones térmicas. La unión mecánica duradera puede lograrse sólo cuando  la soldadura fundida se introduce y forma una capa intermetálica entre el pin del componente y la pista del PCB o Printed Circuit Board, y ambas capas se recalientan en 15°C aprox. por sobre la temperatura de fusión  de la soldadura.

Tanto las herramientas soldadoras para reparar PCBs, como también las máquinas soldadoras para el ensamblaje seriado de los componentes, deben aplicar este concepto para lograr los mejores resultados de repetibilidad, calidad y costos.

Las herramientas, deben tener un lazo cerrado de control, rápido, con un termopar en la punta del cautín para comandar el lazo cerrado de control, con procesadores precisos y calefactores potentes y eficientes. A continuación se muestra la diferencia de resultados de soldaduras manuales en serie, un caso con cautines que no tienen un lazo cerrado de control, ni rápido, preciso ni eficiente, y de las que sí lo tienen, logrando el buen material intermetálico. En resumen, uno lo forma sólo en una unión de las tres, el otro lo forma en las tres uniones.

Si la unión no está lo suficientemente caliente, entonces no se formará suficiente material intermetálico. La unión se cortará, o se irá a intermitente, vía generación de óxido. Esto se conoce como “soldadura fría”. Por otra parte, si la unión se ha calentado demasiado, se producirá excesivo material intermetálico, disminuyendo la resistencia mecánica de la unión.

El gráfico siguiente muestra el fenómeno de disminución de la resistencia mecánica de la unión en función de la cantidad de material intermetálico,

Por otra parte, los hornos de reflujo también deben tener sistemas de medición y control de temperaturas, tanto en los puntos críticos de soldadura como en las cavidades de las distintas zonas de calefacción. Ambas mediciones son distintas, sin embargo la de la soldadura es la que interesa para el concepto mencionado. Para ello se utilizan termopares volantes que monitorean las curvas de calentamiento en las uniones críticas del PCB, y softwares de control que ajustan automáticamente las condiciones de velocidad y temperatura del transportador interno del horno hasta lograr el perfil de temperatura programado.

 La soldadura sin plomo:

Desde el año 2006 que se utiliza exclusivamente soldadura libre de plomo para los productos electrónicos que se comercializan en Europa, Japón, y otros países. Las razones de esto es principalmente la salud de las personas que manipulan los PCBs durante su vida útil. En la economía global esto significa que la mayoría de las empresas que quieran ser exitosas con sus productos electrónicos, internacionalmente en tales países al menos,  deberían utilizar la soldadura sin plomo. Es un argumento más de venta de los productos electrónicos.

El inconveniente es que es más difícil de procesar que la con plomo. La con plomo, eutéctica Sn63Pb37, funde a 183°C, la cual, aún agregándole los 15°C adicionales para formar el material intermetálico, todavía está lejos de romper el componente, lo que sucede normalmente a 250°C aprox. Es decir, la ventana de control de proceso es amplia. Por otro lado, la soldaduraq sin  plomo, por ejemplo SAC305, Sn96.5Ag3.0Cu0.5, funde a unos 217°C, es decir, 34°C más alto que la soldadura con plomo eutéctica. Al agregarle los 15°C  para el material intermetálico, llega a 232°C, peligrosamente muy cerca de los 250°C. Es decir, la ventana de control de proceso se hace más estrecha, requiriéndose de herramientas soldadoras y hornos de producción con controles de temperaturas más precisos, potentes y rápidos para producir el material intermetálico, sin dañar el componenente ni el PCB.