Defectos de soldadura y atmósfera en la soldadura

Los sistemas de soldadura por convección de Rehm Thermal Systems contribuyen a evitar defectos de soldadura por medio de su opcional atmósfera de nitrógeno

Una pregunta típica que se le hace a un fabricante de sistemas de soldadura por reflujo como Rehm Thermal Systems con frecuencia es: “¿Cuál es el beneficio de una atmósfera de nitrógeno?” A continuación, exploraremos esta pregunta en relación con escenarios de defectos típicos, incluidos aquellos que involucran bolas de soldadura, rebordear, huecos, bigotes, graping, cabeza en almohada, defectos de humectación y lápidas. Si bien la atmósfera de soldadura seleccionada puede causar o acelerar varios defectos de soldadura, también puede prevenirlos o reducirlos. Los sistemas de soldadura por convección de la serie Vision de Rehm Thermal Systems están diseñados como sistemas tanto de aire como de nitrógeno.

Bolas de Soldadura/Rebordeo

Un defecto muy común involucra bolas o perlas de soldadura en componentes de dos terminales (chips) y, por lo tanto, se denomina cordón o rebordeo. El rebordeo se produce cuando los granos de soldadura en la pasta se abren paso por debajo del componente y luego se deslizan por el espacio debajo del chip durante el reflujo. Todas las soldaduras en pasta examinadas mostraron una reducción del reobordeo después de la soldadura por reflujo en una atmósfera de nitrógeno. La razón de esto parece ser la mejor y más rápida fusión de los granos de soldadura individuales en la pasta en un volumen de soldadura uniforme. La ausencia de oxígeno evita la formación de películas de óxido en la superficie de los granos de la soldadura, lo que dificultaría la fusión. Esto reduce la probabilidad de que los granos de soldadura individuales penetren en el espacio por debajo del chip.  

Huecos

De manera similar, la formación de poros más bajos – también conocida como huecos – en la soldadura de QFNs y superficies se atribuye a una mejor humectación. La rápida humectación de la soldadura puede expulsar los gases producidos durante el reflujo de la soldadura de manera más eficiente que de su volumen líquido. Sin embargo, estos resultados no se pueden generalizar a todas las uniones de soldadura.   

Graping (Racimo de uvas)

Las propiedades del flux están sujetas a cambios y mejoras constantes. Sin embargo, las propiedades clásicas como el desplome en frío y en caliente no deben descuidarse en el perfil de reflujo. El tiempo por encima del estado líquido y los gradientes de las pendientes no son los únicos factores decisivos aquí. En la miniaturización, el tamaño de grano de la pasta también juega un papel. Cuánto más pequeños se vuelven los diámetros, más deben ser “protegidos” por el flux. Si el flux protector ha desaparecido del grano de la pasta debido a un “rebordeo” en el área de precalentamiento (desplome en caliente), se oxida y posteriormente se volverá a fundir, pero ya no se fusionará con otras partes de la pasta. La capa de óxido es impenetrable y la apariencia se asemeja a un racimo de uvas, de ahí el nombre graping (racimo de uvas). La atmósfera inerte agranda la ventana del proceso, pero no elimina por completo la influencia del flux.

Cabeza en almohada (HiP, por sus siglas en inglés)

El efecto de cabeza en almohada o cabeza sobre la almohada es causado por una capa de óxido en la bola del BGA que evita que los granos de pasta se fusionen. Típicamente, la torsión y deformación del BGA y/o del PCB provoca la separación del depósito de pasta de la bola del BGA. La falta de activación del flux hace que se forme una capa de óxido en la bola, que luego evita que se “fusione” con el depósito de pasta, aunque se “sumerja” de nuevo en el depósito de pasta refundida. Como el flux se ha agotado en este punto, la capa de óxido ya no se puede reducir y no se produce la conexión, lo que le da a la bola la apariencia de estar descansando en una almohada (cabeza en almohada; HiP) o sobre una almohada (cabeza sobre la almohada). Si una atmósfera inerte (N2 o fase de vapor) evita la oxidación durante la separación, el depósito de pasta y la bola pueden fusionarse. Sin embargo, todavía debe estar presente un pequeño grado de activación residual por el flux. Aquí también, una atmósfera inerte protege el flux, ya que hay menos óxidos para reducir.                                                                                      

Defectos de humectación

Las buenas condiciones de humectación bajo nitrógeno generalmente conducen a una mejor dispersión de la soldadura y previenen defectos de soldadura debido a los déficits de humectación de las superficies de soldadura (IPC 610). Si bien esto es bien conocido, los resultados de soldadura mejorados esperados no siempre se logran. La soldadura de chips se caracteriza, entre otras cosas, por la forma del menisco resultante. La altura de la soldadura elevada es una característica de calidad. La altura de humectación observada puede ser menor bajo nitrógeno que bajo aire. En otras palabras: el área no humectada (separación) aumenta. La razón de esto es en realidad la mejor distribución de la soldadura bajo nitrógeno. Dado que la soldadura tiene que trabajar contra su gravedad para humectar la conexión del componente, el pad del PCB se humecta más fácilmente; además, la altura de la bola es menor cuando hay un esparcimiento más grande.   

Lápidas

Las lápidas son causadas por diferencias en los tiempos de humectación entre los dos lados de una soldadura de dos terminales. Si una de las uniones de soldadura se funde antes que la otra, las fuerzas de humectación y la tensión superficial de la soldadura líquida hacen que el componente se pare. El segundo depósito de soldadura, que se funde con un retraso de tiempo, ya no puede humectar la segunda conexión del componente. Bajo una atmósfera de nitrógeno, con frecuencia se observa un mayor número de lápidas después de la soldadura por reflujo. La razón de esto es una vez más, la mejora de la humectación que, generalmente aumenta la diferencia de tiempo de humectación entre las dos conexiones del componente. Sin embargo, las interacciones con otros factores de influencia también pueden ser considerables en el efecto de lápidas.       

Se adjuntan imágenes: (1) Imagen de un defecto de racimo de uvas (graping) en el Centro de Tecnología de Rehm, (2) Imagen mostrando el análisis de un BGA con el defecto de cabeza en almohada en el Centro de Tecnología de Rehm, (3) Fases en la formación de lápidas (Imágenes: Rehm Thermal Systems).

Acerca de Rehm Thermal Systems

Como un especialista en el campo de soluciones de sistemas térmicos para las industrias electrónica y fotovoltaica, Rehm es un líder en tecnología e innovación en la moderna y rentable producción de ensambles electrónicos. Rehm es un fabricante activo mundialmente de sistemas de soldadura de reflujo por convección usando condensación o vacío, sistemas de secado y recubrimiento; sistemas de prueba funcionales; equipo para la metalización de celdas solares; y, numerosos sistemas personalizados. Tenemos presencia en todos los mercados de crecimiento relevante y, como un socio con 30 años de experiencia en la industria, somos capaces de implementar innovadoras soluciones de manufactura que establecen nuevos estándares.



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