Los sistemas de soldadura por convección de Rehm Thermal Systems ayudan a evitar los defectos de soldadura al proporcionar una atmósfera de nitrógeno opcional
La pregunta típica para un fabricante de equipos de soldadura por refusión suele ser: «¿Para qué sirve una atmósfera de nitrógeno?» Abordamos esta cuestión en lo relativo a los patrones de error típicos: nos referimos a las bolas de soldadura, beading, voiding, whisker, graping, Head-in-Pillow, problemas de humectación y tombstone.

Y es que la atmósfera de soldadura seleccionada puede causar o acelerar diversos defectos de soldadura, pero también prevenirlos o reducirlos. Los sistemas de soldadura por convección de la serie Vision de Rehm Thermal Systems están diseñados como sistemas de aire o nitrógeno.

Bolas de soldadura/Beading
Un defecto muy común son las bolas de soldadura en los componentes bipolares (chips), lo que en inglés se denomina beading. El beading se debe a los granos de soldadura de la pasta que se introducen debajo del componente y son expulsados lateralmente del hueco bajo el chip durante la refusión. Todas las pastas de soldadura analizadas mostraron un menor beading tras la soldadura por refusión con nitrógeno. La razón se observa en la mejor y más rápida fusión de los granos de soldadura individuales de la pasta en un volumen de soldadura uniforme. Dada la ausencia de oxígeno, no se pueden formar películas de óxido en la superficie del grano de soldadura, lo que dificultaría la fusión. Esto reduce la probabilidad de que los granos de soldadura individuales puedan introducirse por debajo del hueco del chip.

Voiding
Del mismo modo, la menor formación de poros, el voiding, en soldaduras de superficie o QFN se debe a una mejor humectación. La soldadura de humectación rápida puede expulsar los gases generados durante la soldadura por refusión de forma más eficiente desde su volumen líquido. Sin embargo, estos resultados no pueden generalizarse a todos los puntos de soldadura.

Graping
Las propiedades del agente fundente se modifican y mejoran constantemente. Sin embargo, las propiedades clásicas, como el hot y cold slump, no deben descuidarse en la elaboración de perfiles de refusión. El tiempo sobre liquidus y los gradientes de subida no son los únicos factores decisivos. La miniaturización también acompaña la granularización de la pasta. Cuanto más pequeños son los diámetros, más tienen que ser «protegidos» por el agente fundente. Si el agente fundente protector desaparece del grano de pasta debido al «sangrado» en la zona de precalentamiento (hot slump), se oxidará y refusionará posteriormente, pero ya no se fusionará con otras partes de pasta. La capa de óxido es impenetrable y su aspecto se asemeja a una serie de uvas = grapes. La atmósfera inerte amplía la ventana del proceso, pero no elimina por completo la influencia del agente fundente.

Head-in-Pillow (HiP)

El efecto Head-in-Pillow o Head-on-Pillow se debe a una capa de óxido en la bola BGA que impide la fusión de los granos de pasta. Normalmente, la torsión y la deformación de la BGA y/o la PCB provocan la separación del depósito de pasta de la bola BGA. Debido a la falta de activación del agente fundente, se forma una capa de óxido en la bola, que posteriormente impide que se «fusione» con el depósito de pasta, aunque se vuelva a «sumergir» en el depósito de pasta refundido. Como el agente fundente se consume en este punto, la capa de óxido ya no puede reducirse y no se produce ninguna conexión, por lo que la bola parece estar descansando en una almohada (Head-in-Pillow; HiP) o sobre una almohada (Head-on-Pillow). Si se impide la oxidación durante la separación mediante una atmósfera inerte (N2 o fase de vapor), el depósito de pasta y la bola pueden fusionarse. Sin embargo, aún deben haber una pequeña cantidad de activación residual por el agente fundente. También en este caso, una atmósfera inerte protege el agente fundente, ya que se deben reducir menos óxidos.

Problemas por humectación
Las buenas condiciones de humectación bajo nitrógeno generalmente conducen a una mejor propagación de la soldadura y evitan los defectos de soldadura por déficits de humectación de las superficies de soldadura (IPC 610). Esto es bien conocido, pero no siempre se consiguen los resultados de soldadura esperados. La soldadura de chips se caracteriza, entre otras cosas, por la forma del menisco realizado. En este contexto, la cantidad de soldadura elevada es un signo de calidad. Bajo una atmósfera de nitrógeno, la altura de humectación detectada puede ser menor que bajo aire. En otras palabras: el área no humedecida (la brecha) aumenta. La razón de ello es, de hecho, la mejor extensión de la soldadura bajo nitrógeno. Dado que la soldadura debe trabajar en contra de su gravedad para humedecer el terminal del componente, se prefiere la superficie de la placa de circuito impreso que se va a humedecer; además, la altura de la esfera es menor con una extensión mayor. Esto significa que hay menos soldadura disponible para ascender al terminal del componente.

Lápidas/Tombstones
Las tombstones (lápidas) se forman por diferencias en los tiempos de humectación entre las dos caras de un bipolo. Si uno de los puntos de soldadura se funde antes que el otro, las agresivas fuerzas de humectación y la tensión superficial de la soldadura líquida enderezan el componente. La fusión retardada del segundo depósito de soldadura no tiene entonces ninguna posibilidad de humedecer la segunda conexión del componente. Bajo una atmósfera de nitrógeno, suelen observarse más tombstones tras la soldadura por refusión. La razón es, de nuevo, la mejor humectación, por lo que la diferencia de tiempo de humectación entre las dos conexiones de los componentes suele ser mayor. Sin embargo, incluso en el caso de las tombstones, las interacciones con los demás factores de influencia son a veces considerables.

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