Este artículo es un resumen conciso de un trabajo de investigación titulado "Addressing Low-Temperature Rework Concerns", cuyos autores son Tim O'Neill, Jen Fijalkowski, Carlos Tafoya, Yuan Xu, Steve Hrcek (AIM Solder, Montreal, Quebec, Canadá), Leo Lambert (EPTAC Corporation, Manchester, NH, EE.UU.), Bob Willis (Chelmsford, Essex, Inglaterra) y S'ad Hamasha, Ph. D. (Universidad de Auburn, Auburn, AL, EE.UU.). El trabajo de investigación completo se presentó en SMTAI 2022.
La importancia de abordar los problemas de retrabajo a baja temperatura
Las soldaduras de baja temperatura (LT) y alto contenido en bismuto han despertado un gran interés entre los fabricantes de electrónica de consumo, ya que ofrecen ventajas de costo frente a las aleaciones tradicionales de plata y bajo contenido en plata. Sin embargo, un aspecto que se ha pasado por alto en la aplicación de las aleaciones de baja temperatura es el retrabajo y los procesos de fijación posteriores al montaje.
El objetivo de este artículo es abordar los problemas de retrabajo asociados a las soldaduras de baja temperatura y ofrecer orientación sobre materiales y técnicas de retrabajo para una aplicación satisfactoria.
El reto de la soldadura a baja temperatura
Las soldaduras de baja temperatura, especialmente las que contienen bismuto, presentan propiedades únicas que dificultan su aplicación. Las aleaciones que contienen bismuto ofrecen temperaturas de fusión más bajas, pero la fragilidad del bismuto dificulta la fabricación de soldadura de alambre con núcleo de flux, esencial para determinados procesos de soldadura.
Esta limitación ha dado lugar a dos enfoques para superar el reto: utilizar una soldadura de alambre sólido con alto contenido en bismuto con un flux externo o emplear la tradicional soldadura de alambre con núcleo de flux estaño/plata/cobre (SAC) para retrabajar las uniones soldadas a baja temperatura.
Metodología experimental: Investigación del rendimiento del retrabajo de soldaduras a baja temperatura
Para investigar el rendimiento del retrabajo de las soldaduras de baja temperatura, el estudio incluyó tres condiciones de retrabajo.
- En la condición 1 se utilizó pasta Sn42/Bi57/Ag1 y soldadura de alambre con núcleo de flux SAC305.
- En la condición 2 se utilizó pasta Sn42/Bi57/Ag1 con alambre solido Sn42/Bi57/Ag1 y flux externo.
- En la condición 3 se utilizó pasta SAC305 y soldadura de alambre con núcleo de flux SAC305 para el retrabajo.
Se realizaron análisis de secciones transversales y pruebas de resistencia al cizallamiento en varios componentes para evaluar la calidad de la unión de soldadura.
Resultados y observaciones: Evaluación de la calidad y la ductilidad de las soldaduras
El estudio reveló que las aleaciones de baja temperatura utilizadas en los procesos SMT y PTH pueden realizarse retrabajos con éxito con soldadura de alambre sólido de baja temperatura de fusión y flux externo, así como con soldadura de alambre SAC305 con núcleo de flux.
Las uniones de soldadura cumplieron los criterios de unión soldada IPC Clase 1, 2 y 3, lo que indica su confiabilidad. Los resultados de las pruebas de cizallamiento mostraron que las uniones de soldadura con SAC eran más dúctiles que sus homólogas con bismuto.
Retrabajo satisfactorio de soldaduras a baja temperatura
La investigación demostró que la reelaboración de soldaduras a baja temperatura es posible utilizando técnicas y materiales adecuados. Mientras que la soldadura de alambre solida de Sn/Bi con flux externo requiere un estudio cuidadoso del flux adecuado, el uso de soldadura de alambre con núcleo de flux SAC305 simplifica el proceso de retrabajo.
El estudio también subraya la importancia de la formación del operario para el retrabajo a baja temperatura, ya que incluso con un operario altamente cualificado, los resultados fueron algo variables.
Áreas de mayor investigación
Está previsto realizar nuevas investigaciones para evaluar el efecto de las aleaciones de baja temperatura sobre la vida útil de la punta del cautín y el equipo. Además, se llevarán a cabo investigaciones sobre la facilidad de limpieza de los residuos oscuros del flux de aleaciones de baja temperatura.