SIN PLOMO
PREGUNTAS MÁS FRECUENTES

Soldadura por onda con aleaciones sin plomo

¿Qué aleaciones de soldador sin plomo se recomiendan para soldaduras por onda?

Sn96,5Ag3,0Cu0,5 y Sn99,3Cu0,7 serán las aleaciones recomendadas para las soldaduras por onda. SnAgCu tiene mayor velocidad de humectación y mayor capacidad para soldar que SnCu.

¿Puedo utilizar mi máquina actual de soldadura por onda y qué cambios son necesarios?
Existen un par de preguntas que deben responderse relacionadas con la máquina de soldadura por onda.

• El precalentamiento del tipo convección consistirá en el mejor método para las soldaduras por onda sin plomo.
• Debido a la naturaleza corrosiva del estaño en el revestimiento del crisol de soldadura, podría ser necesario reemplazarlo o cambiar el revestimiento.

¿Se generará una mayor cantidad de escoria con las aleaciones sin plomo?
Con las aleaciones sin plomo se generará aproximadamente el doble de escoria. SnCu generará un poco más de escoria que SnAgCu. El recubrimiento del crisol de soldadura con nitrógeno reduce la escoria drásticamente.

¿Se podrá utilizar mi fundente líquido actual para soldar adecuadamente con aleaciones sin plomo?

Los fundentes tradicionales diseñados para el soldado con Sn63 podrían no ofrecer la buena humectación y el relleno de orificio que se requieren para las soldaduras por onda sin plomo fiables. El paquete activador en fundentes para aleaciones sin plomo tiene mayor estabilidad térmica y puede soportar las temperaturas de soldado un poco más elevadas. Dicha estabilidad térmica le permitirá al fundente permanecer activo durante el período de contacto con el soldador. Los fundentes 'no-clean' son particularmente sensibles a los excesos en la temperatura de soldadura; los fundentes que pueden lavarse con agua, dependiendo de los activadores utilizados y además debido al mayor contenido de activadores, podrían ser adecuados para su uso con aleaciones sin plomo. No obstante, los fundentes líquidos están diseñados específicamente para soldaduras por onda sin plomo y son los que se recomiendan.

¿Es necesario el uso de nitrógeno en la onda?

El nitrógeno no es necesario, pero brinda los beneficios listados a continuación.

• El nitrógeno eliminará la mayoría de la escoria generada.
• El nitrógeno mejorará la humectación y distribución del soldador en el ensamblaje del circuito impreso.
• El nitrógeno proporcionará juntas más brillantes con un menor ángulo de contacto.

¿Cómo se controlan los metales de aleación y las impurezas del soldador en el crisol?
La plata y el cobre tienen la tendencia a no generar escoria fuera del crisol de soldadura. Dependiendo de la metalización en la placa, plata (inmersión de plata) o cobre (cobre sin revestimiento u OSP ['organic solderability protection' - protector orgánico de la capacidad para soldar] sobre cobre) podría en realidad infiltrarse al crisol de soldadura. La incorporación de estaño puro al crisol controlará la aleación. Será necesario controlar las impurezas, tales como cobre, paladio y plata ya que éstas aumentan el punto de fusión de la aleación. Por ejemplo, el punto de fusión de una aleación sin plomo aumentará 25 °C por cada 1% de cobre en la aleación del soldador.

¿Se verán las juntas de soldadura realizadas con soldador sin plomo como las fabricadas con estaño-plomo?
Las juntas de soldador sin plomo se verán distintas a las juntas de soldador con plomo. Tienden a verse más granulares con un mayor ángulo de contacto. La superficie de la junta podría verse con grietas capilares o incluso tener fracturas microscópicas. Esta condición superficial se produce generalmente debido al enfriamiento de la junta.

¿Qué es el levantamiento por escamas y cómo se lo evita?
El levantamiento por escamas se genera debido a la combinación de plomo proveniente ya sea de una placa HASL ('hot air solder leveling' - nivelación de soldadura con aire caliente) o de componentes con plomo laminados con estaño-plomo y una aleación de soldador con bismuto. Una capa rica en estaño-plomo-bismuto se forma inmediatamente arriba de la fase intermetálica. Esta capa tiene un bajo punto de fusión de 96 °C. El resto de la junta se enfría y contrae pero la capa junto a la placa permanece en estado líquido. Cuando el estaño-plomo-bismuto finalmente se enfría y contrae, no existe suficiente soldador para llenar el intersticio ocasionado por la contracción.

Este fenómeno puede reducirse o eliminarse disminuyendo la cantidad de precalentamiento aplicada a la placa y aplicando una mayor temperatura de crisol. Con este método se deberá considerar el choque térmico a los componentes. Una segunda solución consiste en enfriar rápidamente a la placa tan pronto como salga de la onda. La prevención obvia consiste en no mezclar soldadores con y sin plomo.

¿Funcionarán los mismos fundentes para soldar utilizados para estaño-plomo con soldaduras sin plomo?
Algunos fundentes estaño-plomo sí funcionan para soldaduras sin plomo. Una mejor opción sería evaluar y encontrar un fundente diseñado para soldaduras sin plomo debido a que los fundentes sin plomo casi siempre funcionan para soldaduras de estaño-plomo. Los fundentes sin plomo serán principalmente a base de agua (sin VOC ['volatile organic compounds' - compuestos orgánicos volátiles]) debido a su habilidad de soportar las mayores temperaturas asociadas con las soldaduras sin plomo.

¿Cuáles son las principales pruebas de calificación para el uso de fundente líquido?

Las principales pruebas de calificación que serán requeridas consistirán en determinar la capacidad adecuada para el relleno de orificio en relación a los acabados de placas y componentes. Los fundentes 'no-clean' serán menos activos y requerirán atención particular cuando se los compare con fundentes de ácido orgánico capaces de lavarse con agua, los cuales tienen la mejor capacidad para el relleno de orificios. Una vez que se hayan optimado las temperaturas de precalentamiento y del crisol de soldadura y la cantidad de fundente, podría ser necesario reducir la velocidad de la cinta transportadora para permitir la humectación del soldador cuando se utilicen soldadores sin plomo. El fundente jugará un papel importante para mantener los rendimientos de producción. Fundentes con menor contenido de sólidos podrían requerir mayores velocidades de la cinta transportadora para evitar la quema total del fundente; mientras que los fundentes con mayor contenido de sólidos serán más resistentes y no será necesario reducir la velocidad de la cinta transportadora.

¿Cómo puedo controlar la concentración de Pb, Cu y Fe en mi crisol para soldaduras sin plomo? ¿Qué pasos debo seguir para mantenerme dentro de las limitaciones para dichos elementos?

Las concentraciones de Cu, Fe y Pb deben controlarse cuidadosamente en las soldaduras por onda sin plomo.

Un aumento en la concentración de Cu generará un aumento en el punto de fusión de la aleación e incrementará la viscosidad del soldador. Esto resultará en una humectación más lenta y una capacidad reducida de relleno de orificios. Si, por ejemplo, se utiliza SAC305, la compensación volumétrica del crisol de soldadura debe realizarse con SAC300 (sin cobre) para poder mantener una concentración de cobre constante.

Las concentraciones de Pb deben mantenerse por debajo de 0,1% por peso. Si no todos los componentes son sin plomo, la concentración de Pb aumentará rápidamente. Como el valor de Pb inicial de las barras para soldar se encontrará entre 0,05% y 0,1%, el límite de 0,1% podría superarse rápidamente. Sólo con la eliminación parcial del crisol de soldadura contaminado se logrará que la concentración de Pb regrese por debajo de 0,1% por peso.

La concentración de Fe en aumento en el crisol de soldadura indica que éste se está disolviendo lentamente debido a la aleación sin plomo. La alta concentración de Sn (todas las aleaciones sin plomo) es capaz de disolver el acero dulce. Si esto ocurre, la concentración de Fe aumentará rápidamente y se podrán observar cristales de Fe en la superficie del crisol de soldadura. En esta caso, el crisol de soldadura debe cambiarse o revestirse, y además se debe reemplazar la barra de soldar.

El análisis del crisol de soldadura se realiza por medio de espectrofotometría de absorción atómica (AAS - 'Atomic Absorption Spectrophotometric') o plasma de par inductivo (ICP - 'Inductive Couple Plasma'). También es posible implementar otros métodos, como análisis por rayos X. Kester cuenta con laboratorios capaces de realizar tales análisis, incluyendo XRF ('X-Ray Fluorescence' - fluorescencia de rayos X).

¿Cuáles son los límites recomendados para el control de impurezas tales como plomo, cobre y plata para soldaduras por onda sin plomo?

El límite de control recomendado para plomo es un máximo de 1000 ppm, el cual cumple con la norma RoHs. No existen límites de control industriales para cobre y plomo en crisol de soldadura SnAgCu. No obstante, se sugiere que las impurezas de plata se controlen con una tolerancia de +/- 0,2%. Se recomienda controlar las impurezas de cobre por debajo del 1%. También se recomienda que el cliente controle el nivel de impurezas con el rendimiento respectivo, ya que las impurezas pueden variar en base a los procesos, el acabado de las placas y los componentes, y luego derivar un límite adecuado para el control del proceso.

¿Cuál es un buen método para la incorporación de barras de soldar para barras de soldar sin plomo?

Si la barra de soldar SnAgCu es la aleación designada para el proceso sin plomo, entonces la barra sin plomo recomendada para incorporación al crisol de soldadura debería ser una barra SnAgCu o SnAg3, dependiendo del tipo de acabado de placa utilizado y las condiciones del proceso.

¿Cómo se minimiza el desgarramiento del soldador en uniones sin plomo para soldadores SAC después del soldado por onda y cómo afecta esto a la fiabilidad?

En general se observan desgarres de soldador cuando se utilizan aleaciones SAC para soldar sin plomo, particularmente en soldaduras por onda y con contaminación con plomo presente. Esto no se considera como un defecto según las especificaciones IPC-610D. Generalmente esto representa un efecto cosmético y algunos estudios realizados por la industria indican que el desgarramiento del soldador no genera fallas de fiabilidad reportadas. El mecanismo para este fenómeno se produce por diferencias en la solidificación del soldador, la cual se ve afectada por el plomo de la placa de circuito impreso (PCB - 'printed circuit board') o por el laminado de plomo del componente. Las diferencias en la solidificación del soldador podrían generar la contracción del soldador, lo cual podría resultar en que se observen desgarres del soldador en la superficie. En ciertos casos, cuando la placa se enfría, la contracción podría resultar incluso en el levantamiento de la plataforma en la superficie del laminado. Fue reportado en ciertos estudios que la contaminación con plomo o bismuto de la aleación cerca de la interfaz de la unión podría generar una diferencia en las tasas de solidificación en la unión.

Por lo tanto, para minimizar el desgarramiento del soldador se podría enfriar rápidamente la placa, por ejemplo, implementando una zona de enfriamiento adicional inmediatamente después de que la placa sale de la onda. Sin embargo, lograrlo requiere la coordinación de esfuerzos por parte de los proveedores de máquinas.

¿Es posible reducir la generación de escoria (óxido) cuando se utiliza soldador Sn96,5Ag3Cu0,5?

Es posible reducir la generación de escoria mediante la incorporación de Ge al soldador Sn96,5Ag3Cu0,5. El contenido de Ge (entre 0,01% y 0,05 %) es generalmente efectivo para reducir la formación de óxido.

La mayor cantidad de óxido se genera además debido a las altas temperaturas de crisol, la dinámica de la onda turbulenta y el incremento de ciertos metales contaminadores como zinc, hierro y cobre.

Existe algún soldador sin plomo que evite la disolución de Cu?

Es posible evitar la disolución de Cu mediante un contenido de Cu de 2-6% en el soldador sin plomo. Desafortunadamente, cuando el contenido de Cu del soldador aumenta, la temperatura de los líquidos también aumenta.

Mayores temperaturas de soldado podrían generar problemas de fiabilidad para componentes y placas.

Ciertas incorporaciones de níquel a soldadores sin plomo, particularmente con soldadores SnCu, pueden además ayudar a reducir la disolución del crisol de soldadura.