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¡Cuide sus componentes! por Steve Dowds, Global Product Manager, Henkel Para aquellos que estamos implicados en la industria electrónica, no hay escape ante la fecha para la conformidad sin plomo que se avecina en Europa (el 1 de julio de 2006). Durante estos últimos años ha habido tal plétora de seminarios y conferencias sobre los diversos aspectos del tema, que espero estar en lo cierto cuando asumo que la mayoría de los ingenieros y de las compañías en el negocio del montaje electrónico, tienen ya por lo menos un amplio conocimiento de las cuestiones básicas que se presentan al hacer la transición a sin plomo - temperaturas más altas, reducción del mojado, incremento de los materiales, etcétera. Así pues, dado que todos entendemos el tema que nos espera, quizás es hora de profundizar un poco más en detalle  y por tanto, descubrir que todavía hay algunas sorpresas potenciales que están al acecho... humedad en los componentes, por nombrar solo una de ellas!. Mientras que la mayoría de nosotros hemos sufrido en alguna ocasión problemas de disponibilidad de componentes sin plomo tolerantes a la temperatura, a menudo, pasamos por alto temas estrechamente relacionados, que merecen la misma atención, como son: los efectos que tienen la vida útil y el almacenaje de los componentes, particularmente con respecto a la captación de la humedad, sobre los mecanismos del proceso de soldadura sin plomo. Se ha demostrado que diferentes encapsulados exhiben diferentes niveles de sensibilidad ante la absorción de la humedad y sus efectos. Los componentes tipo through-hole, más antiguos y de mayor volumen absorben la humedad de manera más lenta que los modernos componentes de montaje superficial, que son más estrechos. Estos nuevos componentes de plástico están compuestos por varios materiales orgánicos para el moldeado y la unión del dado, constituidos por resina epoxi, partículas de relleno y otros añadidos. La resina epoxi, en equilibrio con la atmósfera ambiente, absorbe un pequeño porcentaje de la humedad, que se vaporiza durante el proceso de refusión de la placa de circuito impreso, ejerciendo enormes tensiones internas en el encapsulado que pueden dar lugar a fallos catastróficos de los mismos. Alguno de los fallos más típicos son las grietas en el encapsulado o en el substrato, alabeo del encapsulado y delaminación interfacial - o utilizando el término que cubriría todo para usted y yo : 'popcorning ' . Teniendo en cuenta que diferentes tipos de encapsulado exhiben diferentes grados de tendencia al popcorn, IPC/JEDEC ha definido una tabla de clasificación estándar de los niveles de sensibilidad a la humedad (GSA – MSL en Inglés) para indicar su vulnerabilidad en un proceso que alcanza en pico los 225°C. En el extremo superior (más seguro) de la escala, MSL1 corresponde a los encapsulados que son inmunes al agrietamiento por popcorn a pesar de la exposición a la humedad, y en el inferior, MSL6 denota que los dispositivos son los más propensos a la fractura inducida por humedad. A modo de ejemplo, bajo condiciones de ≤30°C/60%HR, un componente clasificado como MSL3 es adecuado para el uso hasta 168 horas después del retiro de su empaquetado. Después de este tiempo, la humedad alcanzada podría dar lugar a un fallo, por tanto, sería recomendable “cocer” al horno los componentes para eliminar la humedad. Por supuesto que el efecto de la humedad en los componentes no está restringido al proceso de soldadura sin plomo – ya está con nosotros desde mucho antes que todo esto. Pero lo que a menudo se pasa por alto, es el efecto de las temperaturas más altas durante la refusión en ese contenido de humedad, y para analizar esto correctamente, necesitamos hablar de la presión del vapor. La siguiente tabla muestra cómo la presión de vapor de agua aumenta conforme aumenta la temperatura.Los datos nos muestran la Tª en ºC y la presión de vapor agua en (mm). 180 7520.20 190 9413.36 200 11659.16 210 14305.48 220 17395.64 230 20978.28 240 25100.52 250 29817.84 260 35188.00 En un proceso típico de refusión SnPb la temperatura máxima podría ser 220°C, en este punto la presión de vapor de agua es alrededor de 17396mm. Un proceso sin plomo da lugar naturalmente a una temperatura máxima más elevada, debido al punto de fusión más alto que presentan la mayoría de las aleaciones candidatas. Si asumimos que en el proceso se utiliza SnAgCu (aleación 'SAC', punto de fusión 217°C), incluso una placa relativamente pequeña de tarjeta de memoria o de teléfono móvil, necesitará una temperatura de pico de 230-235°C, mientras que los montajes de gran delta-T pueden necesitar temperaturas máximas de refusión de 250-260°C. En este punto la presión de vapor de agua es 35188mm, un poco más del doble de la que tenemos en 220°C - así que cualquier captación de humedad antes del proceso de soldadura tiene un gran potencial de causar estragos durante la refusión. Por consiguiente, los límites de tiempo de exposición de los componentes a la atmósfera deben ser acortados si van a ser utilizados en un proceso sin plomo. De hecho, el grado MSL del componente baja la escala hacia el extremo 'más vulnerable'. En general, si un componente es clasificado como MSL3 en un proceso de SnPb reducirá por lo menos a MSL4 (en ≤30°C/60%RH, adecuado para el uso hasta 72 horas después del retiro de su empaquetado) en una proceso de fabricación sin plomo para PCBs pequeñas, y hasta sólo MSL5 (48 horas ≤30°C/60%RH) para procesos de producción de montajes más grandes. Por tanto, ¿Cómo podemos superar estos problemas? Bien, como usted supondrá, los proveedores de componentes están respondiendo al desafío, esforzándose para la meta de MSL3 en 260°C, pero la realización de ello, llevará tiempo; así que, en el presente debemos continuar utilizando componentes que no estén tan altamente clasificados. Obviamente, se debe prestar una cuidadosa atención al almacenaje de componentes y el tiempo empleado 'abierto' en el ambiente de producción, para reducir al mínimo el riesgo aumentado de fallo del componente debido a la absorción de la humedad. Sin embargo, sospecho que la mayoría de las compañías están dispuestas a evitar posibilidades que impliquen el incremento de ‘cocción’ de los componentes, o el uso de cajas-secas de nitrógeno para el almacenaje de los mismos, puesto que esto conlleva una considerable carga de costes. Afortunadamente, hay otra manera de reparar el equilibrio, eligiendo los materiales de soldadura cuidadosamente. No estoy hablando de usar aleaciones exóticas, o de una de las aleaciones de baja temperatura que quizás, paradójicamente, puede llegar a ser más viable en el futuro, una vez que el plomo se haya eliminado con éxito de todos los componentes, accesorios y acabados de circuito impreso; De hecho me refiero al favorito actual, SnAgCu. La buena refusión y coalescencia a temperaturas de pico mucho más bajas de la que comúnmente se espera con esta aleación son ciertamente realizables con la combinación correcta de factores. Un horno consistente y un medidor de perfiles de precisión son requisitos previos, permitiendo seleccionar una pasta de soldar con una química optimizada para satisfacer el proceso sin plomo, tal como Multicore LF700 , que da una coalescencia excelente a temperaturas de pico de sólo 229°C, tan solo 10°C por encima de las temperaturas de SnPb. Refiriéndonos de nuevo a la tabla de la presión de vapor de agua, la reducción del riesgo de daño a los componentes con este diferencial pequeño de la temperatura está claro.

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