Por qué se ha utilizado la soldadura de baja temperatura

Por qué se ha utilizado la soldadura de baja temperatura
En el pasado, en respuesta a la Directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas de la Unión Europea 2002/95/CE, RoHS, la soldadura en el proceso de PCBA se cambió de aleaciones de estaño-plomo (SnPb) a aleaciones de estaño-plata-cobre (SAC), sin embargo, aumenta relativamente la temperatura de soldadura de la soldadura. En respuesta a la tendencia general de ahorro de energía y reducción de carbono, parece que cada vez más empresas intentan transformar el proceso de alta temperatura SAC al proceso de baja temperatura.
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    ¿Qué tipo de soldadura de baja temperatura es más popular?

    ¿Qué tipo de soldadura de baja temperatura es más popular?

    De hecho, después de que el proceso de soldadura se transfirió a la aleación de SAC, la temperatura de reflujo pico de la línea de producción SMT también aumentó de la original 220˚C a alrededor de 250˚C, y el aumento de la temperatura de soldadura también significa que parte de los materiales y los costes de producción se reducen. La necesidad de utilizar más materiales resistentes a altas temperaturas, el mayor cambio es que los materiales plásticos de ingeniería, además, la alta temperatura también se deteriora la calidad de la producción, por ejemplo, los materiales son más propensos a deformarse a altas temperaturas y causar mala soldadura.

    En la actualidad, los más conocidos soldadura a baja temperatura es una aleación de estaño-bismuto (SnBi) y estaño-bismuto-plata (SnBiAg) basada en estaño (Sn) con bismuto (Bi) añadido.

    Ventajas del proceso de soldadura a baja temperatura

    Ahorro de energía y reducción de las emisiones de carbono

    En el proceso de soldadura a baja temperatura, porque se utiliza la aleación de soldadura con un punto de fusión más bajo, lo que conduce a la reducción de la temperatura, el tiempo y el consumo de energía.

    Reducir la demanda de materiales de alta temperatura

    El uso de materiales con menor resistencia a la temperatura por encima de la temperatura ambiente suele suponer menores costes de material durante el proceso de soldadura a baja temperatura

    Reducir el umbral del proceso y mejorar el rendimiento de la producción

    El cambio de la aleación de soldadura de SAC a SnBi reducirá la temperatura máxima en el horno de reflujo de 250˚C a unos 175˚C y, en consecuencia, la tasa de deformación de la placa de circuito a alta temperatura también se reducirá en unos 50%, que es una de las principales causas de la soldadura HIP/HoP de grandes piezas sin plomo, como BGA y LGA, y de la rotura de MLCC.

     

    piezas sin plomo como BGA y LGA

    Desventajas del proceso de soldadura a baja temperatura

    La fiabilidad a largo plazo de las uniones soldadas es escasa

    La mayor desventaja de las soldaduras a baja temperatura es que las uniones soldadas son relativamente frágiles y propensas al agrietamiento del estaño debido a la tensión. En comparación con las soldaduras de aleación SnPb y SAC, la resistencia de la soldadura de aleación SnBi es muy débil frente al choque térmico y la caída por impacto.

    Los defectos de desgarro en caliente son propensos a producirse en el proceso de reflujo

    El desgarro en caliente tiende a aparecer en la superficie de las almohadillas de PCB en el proceso de soldadura híbrida de bolas de soldadura SAC, pasta de soldadura SnBi sin plomo y estaño-plomo, especialmente en BGA con juntas de soldadura de piezas pre-soldadas. Esto se debe a que durante el proceso de soldadura, la bola de soldadura SAC tiene un alto punto de fusión y no es fácil de fundir. 

    Incluso después de fundirse, se solidificará antes durante el proceso de enfriamiento, mientras que la pasta de soldadura SnBi se fundirá definitivamente durante el proceso de reflujo y se enfriará. También se endurece más lentamente que la SAC. Imaginemos que durante el proceso de enfriamiento del horno de reflujo, las bolas de soldadura BGA se han solidificado o no se han fundido en absoluto, dejando sólo una pequeña porción de soldadura SnBi en estado de pasta. 

    En este momento, la placa de circuito impreso y la placa portadora BGA también se recuperan gradualmente de la deformación a alta temperatura. Una vez que la brecha entre la placa portadora BGA y el PCB es pequeña deformación a alta temperatura y la brecha se hace más grande después de volver a la temperatura (recuperación de la deformación), se tire de la lechada de soldadura SnBi que aún no ha curado completamente, formando así un desgarro caliente - grietas desgarradoras.

    ¿Qué tipo de perfil de temperatura debe utilizarse cuando se mezclan bolas de soldadura BGA de aleación SAC con pasta de soldadura de baja temperatura?

    De hecho, es útil combinar pasta de soldadura de baja temperatura, bolas de soldadura de baja temperatura y perfiles de baja temperatura al mismo tiempo, para obtener todos los beneficios de la pasta de soldadura de baja temperatura y el mejor efecto y calidad de soldadura. Sin embargo, por la falta de BGAs con bolas de soldadura de baja temperatura en el mercado, por lo que Fabricación de PCB tiene que recurrir a la pasta de soldadura de baja temperatura y a las bolas de soldadura BGA de aleación SAC.

    Si se quiere conseguir el mejor efecto de calidad del SAC mezclado con pasta de soldadura de baja temperatura, hay que encontrar la forma de reducir el impacto del desgarro en caliente, y el mejor perfil de reflujo es seguir el perfil de temperatura del SAC, porque el perfil de alta temperatura puede fundirse, al mismo tiempo el SAC y la aleación SnBi permiten que el SAC se difunda en la zona de la aleación SnBi.

    Aleación SAC

    Cambiando así la relación de aleación de la fórmula SnBi, que puede aumentar ligeramente la temperatura de solidificación de la zona SnBi, y se recomienda acelerar la velocidad de enfriamiento después de la temperatura pico, especialmente la velocidad entre 217°C (SAC305) y 138°C (Sn42Bi58), el propósito es dejar que la zona de soldadura SnBi solidifique inmediatamente después de que la zona de soldadura SAC solidifique en el menor tiempo posible. Pero de este modo, se perderán todas las ventajas de utilizar LTS, y la resistencia de la soldadura no es tan buena como la de la aleación SAC, por lo que es mejor utilizar directamente pasta de soldadura SAC.

    La mayoría de los casos en los que se utiliza pasta de soldar de baja temperatura se deben a que las piezas no pueden soportar el perfil de alta temperatura de la SAC. En este caso, sólo puede utilizarse el perfil de baja temperatura de la pasta de soldadura de baja temperatura. Los expertos sugieren que la temperatura pico de reflujo se reduzca lo máximo posible sin afectar a la calidad de la soldadura. El objetivo es reducir el calor de la PCB y soporte de reflujo placa durante el reflujo.

    Al mismo tiempo, es necesario acelerar la velocidad de enfriamiento después del pico de temperatura de reflujo. El objetivo es solidificar la soldadura a baja temperatura antes de que se recupere la deformación de la placa. Sin embargo, si se acelera excesivamente la velocidad de enfriamiento, se corre el riesgo de empeorar el agrietamiento de la soldadura BGA. No se recomienda aumentar la temperatura máxima de reflujo, ya que cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la deformación de la placa de circuito impreso y del soporte BGA.

    Cómo reforzar la resistencia mecánica de la pasta a baja temperatura

    cola de resina epoxi

    En la actualidad, la solución más factible para reforzar las juntas de soldadura a baja temperatura es utilizar relleno. Esta solución ya existía cuando aparecieron las CSP y los flip-chip, y posteriormente se aplicó a las BGA. Utiliza pegamento de resina epoxi para apuntar en el borde de BGA o piezas similares, y utiliza el principio de la acción capilar para permitir que el pegamento penetre y rellene la parte inferior de la pieza, y luego se caliente y solidifique para lograr el propósito de rellenar huecos y reforzar las juntas de soldadura. Algunos utilizan cola con una viscosidad relativamente alta para apuntar selectivamente en las cuatro esquinas del BGA (unión coner) o en los cuatro bordes del BGA (unión edge) para reforzar la fijación.

    Aquí viene el underfilm. Después de imprimir la placa con pasta de soldadura, se colocaba en la posición BGA de la placa de circuito impreso mediante una máquina de colocación SMT (evitando las juntas de soldadura) y, a continuación, se colocaba la BGA sobre ella. La alta temperatura del horno de reflujo se utiliza para fundir la película para rellenar el hueco, y luego se solidifica después de enfriarse. Sin embargo, hay que tener en cuenta que el relleno sólo funcionará después del montaje de la placa y la prueba de funcionamiento, mientras que la película inferior se añade durante el proceso SMT. Si la tasa de rendimiento del producto no es alta, el retrabajo será muy problemático.

    Además, con el aumento de la aplicación de la soldadura de baja temperatura, también existen la llamada pasta epoxi y el fundente epoxi fabricados según las necesidades de cada momento. La pasta epoxi consiste en añadir epoxi a la pasta de soldadura, imprimir directamente la pasta de soldadura y calentarla después del reflujo, pero como se añade a la pasta de soldadura, su dosificación no puede ser excesiva, y la resistencia de la soldadura de las piezas BGA puede ser limitada. Pero si es sólo para componentes de chips o placas de luz LED, todavía debe tener algún efecto.

    Paneles luminosos LED 

    El fundente epoxi utiliza la impresión y dispensación de pasta de soldadura antes del montaje, que es un poco similar al underfilm. Los efectos de los dos procesos anteriores de adición de epoxi aún no se han verificado con más detalle, y ambos se han completado antes de la prueba. La adición de underfill puede efectivamente reforzar la capacidad de la BGA para resistir la tensión, pero sólo puede retrasar el agrietamiento de la soldadura debido a la tensión, pero no puede curarla completamente. Es decir, tras un periodo de uso, las soldaduras problemáticas seguirán dando problemas. 

    Por lo tanto, para desatar la campana, es necesario encontrar una manera de minimizar la fuente de tensión que afecta a las juntas de soldadura.

    Qué tipo de productos pueden adoptar el proceso de soldadura a baja temperatura

    Ahora que hemos aprendido que las juntas de soldadura de los productos de proceso de soldadura a baja temperatura son relativamente frágiles y no resistentes a la tensión, siempre y cuando la situación de empleo de los productos electrónicos no está bajo estrés térmico severo (ciclo de alta y baja temperatura) los cambios o la tensión mecánica (impacto de la caída). Si no hay necesidad de garantía de diseño de vida a largo plazo, se debe considerar el uso de proceso de pasta de baja temperatura. Al fin y al cabo, ahorra energía y costes. He aquí algunas referencias de directrices de la industria para citar la soldadura a baja temperatura:

    La vida útil del diseño del producto es preferiblemente de 5 años o menos. Se recomienda realizar una evaluación MTBF (tiempo medio entre fallos).

    Es mejor que las piezas principales dispongan de un mecanismo de protección adicional para las juntas de soldadura, como dispensadores o calafateadores.

    juntas de soldadura

    Es mejor si las piezas IO tienen un diseño adicional de mecanismo de tensión anti-inserción, tales como anti-sobre-inserción, anti-temblor y otros diseños de mecanismos.

    Las condiciones de funcionamiento del producto son mejores por debajo de 40˚C, y la temperatura máxima de funcionamiento no debe superar los 85˚C.

    Por lo general, se utiliza en interiores sin grandes fluctuaciones de temperatura. No se recomienda su uso en vehículos ni en exteriores.

    En la actualidad, se observa que la soldadura a baja temperatura se utiliza sobre todo en luces LED, y el mini-LED también se utiliza en una pequeña parte, y algunas industrias de PC también están siendo evaluadas.

    Conclusión

    Desde el punto de vista del ahorro de energía y la reducción de emisiones de carbono, el proceso de soldadura en pasta a baja temperatura ahorra más energía, y también puede reducir los requisitos de las piezas en materiales plásticos de alta temperatura y ahorrar costes. Sin embargo, la actual pasta de soldadura a baja temperatura tiene un defecto fatal, que es la escasa fiabilidad. 

    Las juntas de soldadura son relativamente frágiles, y pueden no tener mucho impacto en algunas piezas pequeñas, pero para algunas partes que tienen requisitos de soporte de tensión, tales como piezas de E / S, o productos que pueden doblar la placa de circuito después de haber sido sometido a fuerzas externas, o con frecuencia Productos bajo vibración o estrés térmico no son adecuados para el proceso de soldadura a baja temperatura. 

    Sólo puede decirse que, aunque la pasta de soldadura de baja temperatura puede satisfacer las demandas de ahorro de energía y reducción de carbono, aún queda mucho camino por recorrer, y quizá la soldadura de baja temperatura no pueda sustituirla por completo al final. SAC, es más probable que la soldadura a baja temperatura vaya en paralelo con la SAC.

    PREGUNTAS FRECUENTES

    En la actualidad, la soldadura de baja temperatura más conocida es una aleación de estaño-bismuto (SnBi) y estaño-bismuto-plata (SnBiAg) basada en estaño (Sn) con bismuto (Bi) añadido.
    Ahorro de energía y reducción de las emisiones de carbono Reducción de la demanda de materiales de alta temperatura Reducir el umbral del proceso y mejorar el rendimiento de la producción
    La fiabilidad a largo plazo de las uniones soldadas es escasa. Los defectos de desgarro en caliente son propensos a producirse en el proceso de reflujo.

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