Refusión El concepto de refusión Una buena soldadura utiliza la cantidad correcta de estaño, flux y calor, en el sitio y en el tiempo adecuado. Con la soldadura manual y por ola, el flux siempre es la primera etapa y a continuación el calor y el estaño juntos. Con la refusión el calor siempre es el último proceso. Lo primero es colocar el flux y el estaño juntos (pasta de soldar) en el lugar definido (proceso de serigrafía). Luego colocar los componentes en sus posiciones del circuito. En todos los procesos de refusión, la pasta de soldar y los componentes son calentados juntos, a una temperatura, el tiempo suficiente como para derretir la pasta de estaño, esta se introduzca en las junturas y uniones entre la base de cobre y los terminales de los componentes. Tan pronto como esto suceda, cesar el calor, lo más rápido posible para permitir la solidificación del estaño. Componentes SMD y la soldadura por refusión La soldadura por refusión es un procedimiento, más antiguo que el de la soldadura por ola, bajo el nombre de “sweatsoldering” fue utilizado durante mucho tiempo Con el advenimiento de la tecnología híbrida en los años 1960, este método fue reconocido como el lógico sistema de utilización en los desarrollos híbridos. Las pastas de soldar ya existían, aunque no se utilizaba la serigrafía. El la década de los setenta, equipos profesionales de serigrafía fueron diseñados para su utilización en los circuitos impresos con componentes SMD. Los SMD y la tecnología de soldadura por refusión, son compañeros ideales. Con la tecnología de la soldadura por ola, el estaño necesita de ayuda para encontrar las juntas y uniones con los componentes. Con la tecnología de refusión, ambos estaño y flux, están ya situados en las juntas y uniones a soldar, junto a los componentes, antes de proceder al calentamiento del conjunto por los diferentes procedimientos utilizados en la tecnología de la soldadura por refusión.

Soldadura por ambas caras del circuito Esta estrategia es la más común de las utilizadas en los circuitos impresos. Uno de los lados es serigrafiado primero, a continuación se sitúan los componentes y los soldamos por refusión. La segunda cara utilizamos el mismo procedimiento. La experiencia práctica nos muestra, que no hay ningún inconveniente en la utilización de esta tecnología. Aspectos metalúrgicos de la soldadura por ola En el sistema de soldadura por ola, el estaño está en un recipiente del tamaño, que va desde 40Kg, hasta los superiores a 700Kg. Este material esta a la temperatura controlada de aproximadamente de 250º C, su composición varia ligeramente con el tiempo: el estaño captura el cobre de las pistas del circuito y otros metales de los terminales de los componentes; estos componentes metálicos, se oxidan más rápidamente que el estaño. Esto significa, que es necesario un aná lisis de la composición de los constituyentes metálicos del recipiente. Cuando utilizamos la tecnología de los dos tipos de componentes, componentes con terminales y los de SMD, estos últimos están totalmente expuestos a la acción de la ola, la cual captura gran parte de los productos intermetálicos del substrato y los deposita en el recipiente, donde son diluidos. Por lo tanto, el recipiente contiene muchas pequeñas partes de una gran cantidad de partes metálicas. Con la soldadura por ola, el intervalo durante el cual están en contacto la superficie de las uniones con el estaño es de aproximadamente entre dos y cinco segundos. Por lo tanto la quebradiza unión intermetálica, es de <1µm. El intervalo de la solidificación es rápida, el tiempo entre el contacto con la ola a la temperatura de 250º C y la solidificación a 183º C, es demasiado corto, dos segundos como máximo, esto produce una estructura de grano muy fina. Como consecuencia de todo esto, la soldadura de las uniones de SMD, con sistema de soldadura por ola, tiene una estructura metalúrgica favorable, al carecer de sólidos metálicos dispersados en el circuito y la capa intermetálica entre el estaño y el substrato es estrecha. Métodos de calentamiento Métodos de calor en equilibrio. En los varios métodos de refusión, estos difieren principalmente en la manera en que las uniones son calentadas. Los métodos llamados en equilibrio, donde todas las uniones alcanzan la temperatura determinada y constante después de un cierto tiempo. Con el sistema de convección, el incremento de la temperatura es uniforme y controlado, siendo su eficiencia según el equipo utilizado y lo mismo sucede con la velocidad de solidificación. Los intervalos del proceso van desde unos cuantos segundos a treinta segundos. En la situación de equilibrio el sobrecalentamiento es imposible. Métodos de calor en no-equilibrio. En sistema de radiación con infrarrojos, presenta situaciones de no-equilibrio, la energía transferida al las uniones se efectúa por radiación y depende principalmente de la duración y de la temperatura de la fuente de calor, y es muy crítico el tiempo en que están expuestas las uniones. Los intervalos del proceso van desde diez segundos a treinta segundos y el tiempo de solidificación alrededor de diez segundos.

La pasta de soldar La pasta de soldar es el medio más utilizado para poner el estaño y el flux, en el circuito, durante el proceso de serigrafía. El éxito de la operación depende en primer lugar de la calidad de la pasta utilizada. Es esencial que en cada deposición en el circuito, se mantenga, idénticos la forma y el espesor de la pasta depositada y no debe variar su posición. De no ser así, se producirán cortocircuitos o puentes de estaño entre uniones próximas, con la consecuencia de posteriores correcciones en las soldaduras, costes adicionales y perdida de calidad. Requerimientos Las propiedades de la pasta deben mantenerse y asegurarse de cumplir los siguientes requerimientos:

• La pasta debe ser fácilmente manejada en la serigrafía, en cantidades repetitivas. • Debe tener una consistencia estable, sin variación de una remesa a la otra. La

pasta no debe sacarse de su contenedor, cuando no es utilizada. Estas propiedades no deben modificarse en el ambiente donde trabajan, como la temperatura y la humedad relativa.

• La pasta depositada en el circuito, debe permanecer en la misma forma y con el adhesivo suficiente, para que el componente situado en la siguiente operación no se mueva. Esta requerimiento es muy importante, cuando utilizamos máquinas de posicionar de alta velocidad.

• El proceso de soldadura debe efectuarse de manera impecable: el estaño debe fundirse a la correcta temperatura y mojar perfectamente los terminales del componente, con el cobre de la reserva en el circuito.

• La pasta debe ser depositada durante la serigrafía, en su lugar pre-determinado y en toda su superficie.

• El residuo de flux que permanece después del proceso de refusión, debe ser eliminado por los medios adecuados, excepto que sea del tipo no-clean.

Especificaciones Las pastas contienen pequeñas partículas de estaño de un determinado tamaño, mezclado con el flux, solventes y varios aditivos, para mantener sus propiedades durante su almacenamiento, dispensación y en el proceso de soldadura.

Pasta de soldar Porcentaje de metal y sus efectos Las especificaciones de los fabricantes de pasta, normalmente dan el porcentaje peso de metal. Para el usuario, es más interesante el porcentaje del volumen del metal, porque hay que rellenar las uniones de diferentes tipos y separaciones, también el grado de viscosidad y la naturaleza del flux, determina el método de serigrafía a utilizar. Composición del metal La refusión, como los otros métodos de soldadura, requiere que la mezcla de los metales, tenga la misma temperatura de fusión (mezcla eutéctica). La mezcla de 63% estaño 37% plomo, funde a la temperatura de 183º C. Una pequeña adición de plata, baja el punto de fusión a la temperatura de 178º C. Además de la ventaja de la bajada de temperatura, existen dos razones para la utilización de la plata en las mezclas de las pastas. La primera, es la mejora del ángulo del menisco en las caras metalizadas de ciertos componentes. La segunda es la mejora de la fatiga y resistencia de las uniones soldadas. Diferentes configuraciones de mezclas son posibles, para varios tipos de soldaduras, que a continuación detallamos: 57% Sn, 43% Bi punto de fusión 139º C 63% Sn, 37% Pb punto de fusión 183º C 96,5/ Sn, 3,5% Ag punto de fusión 221º C 10% Sn, 2% Ag, 88% Pb punto de fusión 302-310º C Perfil y tamaño de las partículas de metal El perfil y distribución del tamaño de las partículas en las pastas de soldar, tienen una efecto pronunciado, durante y después de la dispensación o de la serigrafía, y durante el proceso de soldadura. Esta generalmente acordado, que las partículas sean lo más aproximadamente esféricas posibles, la norma J-STD 005 admite formas elípticas con in máximo de relación ancho/largo de 1,5/1.0. El problema con las partículas no esféricas es su tendencia a bloquear las aperturas de dispensador y reducir las aperturas cuando trabajamos con componentes fin-pitch. Una regla general, es que la relación del diámetro de las partículas más grandes y las aperturas de la pantalla sea de un tercio. Otra malformación de las partículas es el conocido como “satélites”. Estas son agrupamientos globulares de partículas adheridas entre sí, que se producen en el proceso de mezcla de las diferentes partes de la pasta de soldar. Una pasta con demasiados “satelites”, producen el bloqueo de las aperturas de los dispensadores y de las pantallas de serigrafía.