Cómo prevenir defectos no humectantes

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El proceso de fabricación de placas de circuito impreso (PCB) generalmente incluye un procedimiento conocido como soldadura por reflujo o reflujo. El reflujo implica cubrir la superficie de la placa de circuito impreso con pasta de soldadura para facilitar la unión temporal de los miles de minúsculos componentes de la placa a sus terminales de placa de circuito impreso. La soldadura en pasta estabiliza los componentes el tiempo suficiente para una aplicación de calor intenso. El alto calor hace que la soldadura fluya, es decir, convierte la pasta en una sustancia fundida que fluye por la placa, creando uniones de soldadura permanentes que cementan los componentes firmemente en su lugar.

La soldadura por reflujo es una técnica útil, pero como en muchos procesos de fabricación, especialmente aquellos que involucran masas de piezas diminutas, siempre existe la posibilidad de que surja un error. Entre los defectos de soldadura por reflujo en PCB, no es raro que no se humedezca y puede tener serias implicaciones para la integridad estructural y el rendimiento de las placas defectuosas. Afortunadamente, es posible tomar precauciones para mejorar la humectación de la tabla y prevenir este defecto.

En esta guía, analizamos el defecto de soldadura conocido como no mojado, explicamos sus causas frecuentes y posibles soluciones, y brindamos imágenes de los defectos de soldadura para que tenga una representación visual clara de lo que puede salir mal y cómo solucionarlo.

¿Qué es un defecto de no humectación?

Un defecto de no humectación es un defecto de soldadura que ocurre cuando la soldadura fundida no logra unirse con el metal base de la placa. Cuando esta unión no se materializa, es posible que la soldadura no se adhiera a los terminales de los componentes o a las almohadillas de la PCB para permitir que se adhieran entre sí de forma segura. El material de la superficie de la placa permanecerá expuesto y la soldadura en sí puede verse granulosa o sin brillo. No humedecer también conduce directamente a la formación de vacíos:la creación de orificios dentro de una junta de soldadura que carecen de material de soldadura.

No humectante vs. Dehumectante

Un defecto de no humectación es diferente de la deshumidificación. ¿Cuál es el significado de deshumectación de soldadura?

La deshumectación ocurre cuando la soldadura fundida cubre inicialmente los terminales de los componentes y las almohadillas de la placa de circuito impreso, pero luego se aleja de estas partes, dejando algunas áreas delgadas de soldadura en el metal base y algunos grumos irregulares y gruesos. El material de la superficie del tablero no suele quedar expuesto. Cuando ocurre la deshumidificación, generalmente afecta las uniones de soldadura y la calidad de su filete.

Los defectos de no humectación a menudo, aunque no siempre, ocurren con soldaduras sin plomo como las soldaduras de estaño, plata y cobre. Algunos metales son más propensos a no humedecerse que otros porque las diferentes metalizaciones tienen diferentes características de absorción y dispersión. Las placas de cobre desnudo recubiertas con conservante de soldabilidad orgánico (OSP) a menudo son susceptibles a que las almohadillas de PCB no se humedezcan, especialmente si se han sometido a más de un ciclo térmico. Por otro lado, el estaño puro tiende a esparcirse bien y reduce la no humectación, al igual que los acabados de inmersión en plata. Las aleaciones de níquel y oro también tienden a soldar bien y minimizan la falta de humectación siempre que no contengan impurezas.

Por qué es importante corregir los defectos que no se humedecen

¿Por qué es tan esencial abordar los defectos que no se humedecen en las PCB? No humedecer puede causar problemas estructurales graves que perjudican la función y el rendimiento de una tabla.

No humedecer en una PCB crea uniones de soldadura inestables. Cuando las uniones en una placa de circuito son inestables, pueden romperse o proporcionar una conductividad eléctrica deficiente. Y cuando la soldadura no se adhiere al metal base, los componentes y las placas de circuito impreso no se fijarán firmemente a la placa. Pueden estar sueltos y formar malas conexiones, o pueden caerse, ya sea inmediatamente o cuando están sujetos a tensión. Sin sus componentes adecuados fijados firmemente en su lugar, la placa de circuito impreso no funcionará correctamente.

Causas comunes de defectos no humectantes

Los defectos de no humectación tienen varias causas comunes. A continuación hay muchas razones por las que puede ocurrir que no se humedezca una placa de circuito impreso:

1. Acabado de PCB inadecuado

El acabado de una placa de circuito impreso contribuye en gran medida a determinar qué tan bien fluirá la soldadura y cuánto se humedecerá. Si el acabado es inadecuado y gran parte de la placa desnuda permanece expuesta, la soldadura fluirá con más dificultad y se adherirá mal a la PCB.

2. Recubrimiento de clavijas inadecuado

Si los pines de cobre en una PCB reciben un revestimiento de cobre inadecuado antes de someterse a un revestimiento de estaño/plomo, pueden volverse susceptibles a no humedecerse. La razón es que es esencial un recubrimiento de cobre suficiente para evitar que el zinc interfiera con el recubrimiento de estaño/plomo y evitar que la soldadura se adhiera correctamente.

3. Flujo degradado

El fundente viejo y degradado, el agente de limpieza químico que se usa antes y después de soldar, puede provocar rápidamente que no se humedezca. Flux se degrada rápidamente en un recipiente abierto. Incluso si su contenido de sólidos se mantiene constante, su rendimiento disminuirá sustancialmente. Los cambios regulares de flujo ayudan a prevenir este problema.

4. Tipo de fundente incorrecto

El tipo de fundente utilizado para la limpieza también puede determinar si no se humedece una placa de circuito impreso. En general, los fundentes de alta actividad conducen a una buena soldabilidad y un menor riesgo de no humectación. Por el contrario, los fundentes de baja actividad y bajos residuos pueden provocar una soldabilidad deficiente y una mayor probabilidad de que no se humedezcan. Un fundente con baja actividad será insuficiente para eliminar los óxidos de la superficie de la PCB y los óxidos impedirán la humectación.

5. Espesor incorrecto de estaño/plomo

Cuando las placas contienen un revestimiento demasiado delgado de estaño y plomo, el grosor incorrecto conduce a una soldabilidad deficiente y a la falta de humectación. Un recubrimiento más delgado tiene una vida útil más corta y es posible que no dure hasta que se suelde.

6. Largos tiempos de almacenamiento

Si la placa permanece almacenada demasiado tiempo, la soldadura efectiva se vuelve más difícil y aumenta la probabilidad de que no se humedezca. Como hemos visto, la soldabilidad generalmente corresponde directamente al espesor del recubrimiento. Durante un largo período de almacenamiento, el revestimiento necesario para una buena soldabilidad puede romperse. Una placa de circuito impreso almacenada durante un año o más puede tener un mayor riesgo de soldabilidad deficiente y falta de humectación.

7. Resina para tableros mal aplicada

Si la resina de una placa de circuito impreso se mancha, puede interferir con la soldadura y provocar que no se humedezca. Por ejemplo, la resina para tableros puede manchar las esquinas de un alfiler y causar que no se humedezcan esas áreas.

8. Problemas con el baño

En algunos casos, puede ocurrir que no se humedezca el revestimiento de la placa impresa. Por ejemplo, un revestimiento de superficie de oro en una placa de circuito impreso podría causar que no se humedezca toda su superficie debido a los desequilibrios en el baño de oro sin electricidad.

9. Oxidación

La oxidación en la superficie que recibe la soldadura a menudo puede conducir a que no se humedezca. Los óxidos se interponen entre la soldadura y el metal base e impiden una correcta adhesión. Cuando esto sucede, puede ocurrir que no se humedezca cada parte de la superficie que se haya oxidado.

10. Pasta de soldadura insuficiente

Un bajo volumen de soldadura en pasta con frecuencia provoca que no se humedezca porque es necesaria una distribución adecuada de la soldadura en pasta para garantizar uniones de soldadura estables. Cuando el ensamblaje de la placa de circuito impreso utiliza muy poca pasta de soldadura, no se puede lograr una adhesión adecuada entre la soldadura y la superficie de metal base de la placa. Afortunadamente, una aplicación suficiente de soldadura en pasta a menudo resulta en un 100 % de humectación de una placa de circuito impreso.

11. Mala elección de pasta de soldadura

Algunas soldaduras en pasta funcionan mejor para evitar que no se humedezcan que otras. Generalmente, al igual que con los fundentes, una soldadura en pasta de alta actividad será más efectiva que una soldadura en pasta de baja actividad. Mejorará la soldabilidad y minimizará el riesgo de no humectación.

12. Pasta de soldadura caducada

Si la pasta de soldadura utilizada en la placa ha pasado su fecha de vencimiento, no contendrá un fundente lo suficientemente fuerte. El fundente no será lo suficientemente activo para eliminar los óxidos de la placa y permitir una buena soldabilidad y humectación.

13. Temperaturas de soldadura insuficientes

Las temperaturas de soldadura que son demasiado bajas tienden a promover la no humectación en una placa de circuito. La soldadura requiere un cierto umbral térmico para unirse correctamente con el metal base. Si la temperatura durante la soldadura no alcanza ese umbral, la soldadura no se adherirá correctamente a los componentes oa las placas de circuito impreso. Esta dificultad es particularmente común con las aleaciones sin plomo, que tienden a tener puntos de fusión más altos que las aleaciones de estaño/plomo.

14. Temperaturas de soldadura inconsistentes

Las temperaturas de soldadura inconsistentes o fluctuantes pueden provocar que una PCB no se humedezca porque no activan el fundente y promueven una mala adhesión de la soldadura en ciertas áreas. Si los puntos problemáticos específicos de la placa de circuito impreso no reciben calor que alcance la temperatura de activación del fundente, la soldadura no se adherirá a esas regiones como debería.

15. Tiempo de remojo demasiado corto

El tiempo que la soldadura permanece en la placa afecta directamente su capacidad para unirse con el metal base de la superficie de la PCB. Si la soldadura no tiene suficiente tiempo para adherirse correctamente, es probable que no se humedezca en lugares particulares o en todos los ámbitos.

16. Tiempo de remojo demasiado largo

Alternativamente, si la soldadura permanece en la placa demasiado tiempo durante el proceso de reflujo, el tiempo prolongado puede agotar el fundente antes de que se pueda realizar la soldadura. Si el fundente se vuelve inactivo debido al largo tiempo de remojo, la probabilidad de que no se humedezca aumenta sustancialmente.

17. Discrepancia entre la pasta de soldadura y el material de recubrimiento

Si el tipo de soldadura en pasta y el material de la capa de recubrimiento en la placa son incompatibles, la soldadura en pasta será ineficaz para permitir las conexiones entre los componentes de la superficie y las almohadillas en la placa.

18. Fichas más pequeñas

Los chips más pequeños necesariamente contienen una capa más delgada de pasta de soldadura. En estos casos, la capa de soldadura en pasta puede ser insuficiente para humedecer correctamente toda la PCB.

19. Fundente o pasta de soldar contaminados

El fundente o la soldadura en pasta contaminados no limpiarán la placa ni conectarán los componentes de manera efectiva y no permitirán una humectación adecuada. Los contaminantes también pueden dejar residuos no deseados en la PCB que interfieren con el flujo de soldadura y provocan que no se humedezca.

Cómo corregir defectos no humectantes

Para corregir estos defectos, puede tomar algunos pasos diferentes para promover una buena humectación o abordar la no humectación si ocurre a pesar de sus mejores esfuerzos.

1. Reducir la oxidación

La oxidación es una de las causas más comunes de defectos de no humectación en los PCB. La reducción de la oxidación en el polvo de soldadura, los cables de los componentes y las almohadillas de la placa de circuito impreso antes del reflujo puede reducir significativamente la posibilidad de una mala humectación de la placa.

2. Ajustar el perfil de reflujo

Para evitar defectos no húmedos, es posible que desee comenzar ajustando su perfil de reflujo para minimizar los diferenciales de temperatura. Puede ajustar y optimizar el perfil de reflujo cambiando la zona de remojo para proporcionar el aumento de temperatura y exposición adecuados y evitar defectos.

3. Reducir la entrada de calor general

Debido a que tener un aumento de temperatura demasiado pronunciado durante el reflujo puede causar defectos como formación de puentes, formación de bolas de soldadura, tombstoning y microfisuras, los fabricantes a menudo elevan el perfil de calor general para que el aumento de temperatura sea más moderado. Sin embargo, demasiado calor demasiado pronto puede causar que no se humedezca, así como otros problemas graves como la delaminación de la placa y la quema de componentes. Una entrada de calor demasiado alta también puede reducir la actividad de fundente de la soldadura en pasta si la pasta tiene una tolerancia limitada a la oxidación, lo que nuevamente conduce a una mala humectación.

4. Aumentar la temperatura máxima de reflujo

Aunque la entrada de calor general no debería ser demasiado alta, la temperatura máxima de reflujo debe alcanzar un cierto umbral. Si la temperatura de reflujo nunca se calienta lo suficiente, no se puede lograr una humectación adecuada, por lo que las instalaciones deben monitorear cuidadosamente su temperatura máxima de reflujo.

5. Reduzca el tiempo de creación de perfiles

Reducir el tiempo de remojo durante el reflujo a menudo es beneficioso para reducir la falta de humectación en la PCB. Reducir el tiempo de remojo ayuda a garantizar que el fundente permanezca activo, elimine los óxidos y facilite la humectación adecuada.

6. Mantener el entorno de almacenamiento adecuado

Asegúrese de que el entorno de almacenamiento de sus PCB sea ideal para mantener su calidad a lo largo del tiempo. Si la temperatura y la humedad en el área de almacenamiento no cumplen con los estándares para el almacenamiento de PCB a largo plazo, considere hacer ajustes o elegir otra ubicación de almacenamiento.

7. Preste atención a los tiempos de almacenamiento

Incluso si su área de almacenamiento cumple con los estándares requeridos, es mejor no usar una placa de circuito impreso que haya estado almacenada durante más de un año sin una placa de cubierta protectora. Una placa almacenada durante tanto tiempo puede tener un revestimiento degradado, lo que provocará una soldabilidad deficiente y una alta probabilidad de defectos que no se humedezcan.

8. Comprobar la frescura de la pasta de soldar

Como hemos visto, la calidad de la soldadura en pasta utilizada en una PCB tiene un efecto directo en la soldabilidad y el potencial de no humectación. Si su soldadura en pasta está envejeciendo o venció, busque una pasta más fresca que permita una humectación suficiente en todos los ámbitos.

9. Use acabados de superficie de metal de alta calidad

Debido a que se producen algunos defectos que no se humedecen debido al acabado inferior de la superficie metálica de la placa de circuito impreso, es fundamental prestar atención a la calidad del acabado. Una posibilidad es usar un OSP resistente a altas temperaturas; otra es usar oro de inmersión de níquel sin electricidad (ENIG).

10. Usa ácido sulfúrico

Si ya no se humedeció, utilice ácido sulfúrico para eliminar la soldadura y los óxidos. Prepare una solución de ácido sulfúrico con una concentración de alrededor del 2 % y sumerja en ella cada placa defectuosa durante unos minutos. El ácido sulfúrico devorará la soldadura mal humedecida y cualquier óxido de estaño o áreas de migración de estaño en la placa. Una vez que haya hecho esto, la placa estará limpia y lista para un segundo reflujo y soldadura.

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