LA SOLDADURA SELECTIVA

El Concepto Bsico de la Soldadura

La unin de soldadura en electrnica tiene dos propsitos:

1. Unin elctrica para conducir seal y potencia entre dos contactos. 2. Unin mecnica duradera entre los contactos del componente electrnico y los del circuito

impreso PCB, y resistente a condiciones ambientales agresivas tales como esfuerzo mecnico repetitivo por conexin y desconexin manual, vibraciones, golpes y cambios de temperatura.

La unin mecnica duradera se logra slo si hay material intermetlico suficiente en la unin. El material intermetlico es una formacin de capas Cu3Sn y Cu6Sn5, el cobre lo aportan los contactos mientras que el Sn lo aporta la soldadura, y se logra al recalentar la soldadura entre 10C y 15C por sobre su temperatura de fusin. Si no se logra ese sobrecalentamiento no se logra material intermetlico, producindose la tpica falla de la electrnica conocida como soldadura fra, representada por microgrietas y una baja resistencia mecnica en la unin. Existe una correlacin entre cantidad de material intermetlico y resistencia mecnica de la unin: Bajo un lmite de cantidad de material intermetlico no hay unin, a partir de cierta cantidad la resistencia es mxima, luego decrece a medida de que aumenta dicho material hasta que la resistencia resulta demasiado pobre. Por lo tanto resulta crtico el que las herramientas y mquinas soldadoras sean capaces de lograr el material intermetlico en las uniones que producen. Una buena herramienta se enfra muy poco mientras transfiere su temperatura al soldar y adems recupera el calor entregado muy rpidamente para que en la unin siguiente tambin se logre formar material intermetlico. Una buena mquina debe ser capaz de lograr las temperaturas necesarias en la unin para formar dicho material. Este tema es ms crtico en la medida de que mayores sean las masas trmicas de las uniones a soldarse, y ms crtico an al utilizar soldadura sin plomo la cual requiere de temperatura de fusin mayores a las con plomo, por ejemplo 217C en vez de 183C, pues, al sumar los 15C del necesario sobrecalentamiento, ms cercano se est de la temperatura de ruptura de los componentes, normalmente 250C.

Soldadura por Ola versus Soldadura Selectiva Al soldar con mquina de ola los componentes PTH, pines que atraviesan un PCB, por ejemplo conectores, sockets, blindajes, entre otros, a pesar de tener una mayor velocidad de proceso que la soldadura selectiva, sucede lo siguiente:

1. Todas las uniones se producen con la misma temperatura, independientemente de la masa trmica de la unin.

2. Al estar la soldadura en la batea abierta en contacto con el aire y sin ambiente de nitrgeno, se produce xido de soldadura que es pura prdida, a pesar de que sta puede disminuirse cubrindola con ceras o materiales equivalentes sin embargo resultan crticos para la contaminacin de la soldadura. Una forma de corregirlo es encapsular el pote con una cmara de N2, lo cual para tal volumen requiere de un alto consumo en comparacin con el requerido para la boquilla de soldadura selectiva.

3. Se requiere de gran energa trmica para mantener fundida la gran cantidad de soldadura que se almacena en la batea de ola.

4. Los componentes que van por la cara del PCB en contacto con la ola reciben el shock trmico que significa baarse con la soldadura fundida, lo cual genera una severa restriccin para dichos componentes. Una forma de corregirlo es aplicar mscaras protectoras al circuito, las cuales son de alto costo y esclavas de cada diseo. Si el diseo cambia debe cambiarse la mscara.

En cambio, al soldar con mquina de soldadura selectiva:

1. La boquilla soldadora que se arrastra por debajo de los pines que atraviesan el PCB se puede trasladar con velocidades programables diferentes para cada lnea de pines, dependiendo de su tamao y masa trmica asociada, todo programado y controlado por el computador de la mquina.

2. No hay prdida por oxidacin de soldadura en contacto con el aire al estar el pote cerrado, aunque requiere de N2 para evitar el bloqueo por oxidacin de la boquilla y en mucho menor consumo que para la cmara de una ola,

3. Se requiere menor energa trmica por el menor volumen de soldadura almacenado en el pote.

4. Los cuerpos de los componentes que van por la cara inferior del PCB simplemente no tienen contacto con la soldadura fundida evitando tanto recalentarlos como el uso de mscaras de proteccin.

Todo lo anterior se refiere a soldadura selectiva secuencial y por boquilla individual. Otra alternativa de soldadura selectiva, para alta produccin, es del tipo simultnea por multiboquillas, siendo el rea de cada boquilla la del grupo de pines de cada componente, conformadas en una plantilla exclusiva para cada tipo de PCB.

Capacidades de Produccin y Ejemplo del Estado del Uso de la Soldadura Selectiva Existen maquinas de soldadura selectiva con una boquilla en proceso batch respecto del precalentamiento, con una boquilla en proceso en lnea, con dos boquillas en lnea, con 4 boquillas con procesos parciales en lnea y as sucesivas configuraciones modulares de acuerdo a las mayores necesidades de produccin. El poder seleccionar las condiciones de soldadura para distintas masas trmicas de un PCB con componentes PTH fue la principal motivacin para la industria automotriz alemana de alto standard, entre otras del mundo, para suspender la provisin de electrnica con componentes PTH soldada por maquina de ola, aceptando solamente la provisin de electrnica con componentes PTH soldados por soldadura selectiva del tipo secuencial. LL/27.06.14