Artículos técnicos

Por Timothy O'Neill y Gayle Towell

A medida que se reduce el tamaño de los componentes, aumenta la demanda de pastas de soldadura más finas. Pero la selección de la pasta de soldadura no consiste solo en ajustar el tamaño de los componentes, sino también en optimizar los procesos de impresión y reflujo para evitar defectos y garantizar la fiabilidad. 

Este artículo explora la importancia del tamaño del polvo de pasta de soldadura, centrándose especialmente en cuándo y por qué los fabricantes deberían considerar la posibilidad de reducir el tamaño de los tipos estándar a alternativas más finas.

El impacto de las variaciones de proceso en la producción de polvo de soldadura

El método exacto para crear el polvo de soldadura y, en última instancia, la pasta de soldadura, puede variar significativamente de un fabricante a otro. Estas diferencias en los métodos de producción pueden dar lugar a resultados muy distintos al imprimir con un tamaño de pasta determinado. 

En otras palabras, se pueden obtener resultados totalmente diferentes si se utiliza una pasta de tipo 5 de un fabricante en comparación con la de otro. Además, la variación inherente a un determinado proceso de producción de polvo de soldadura tendrá una mayor influencia en el rendimiento de la pasta cuanto menor sea el tamaño de las partículas.

La clasificación del tamaño de las partículas está normalizada por el IPC; sin embargo, sigue permitiendo una variación significativa. El IPC especifica que sólo el 80% de las partículas de un tipo determinado debe estar dentro del rango nominal (véase la Tabla 1). Esto deja espacio para diferencias en la distribución del tamaño de las partículas entre los fabricantes, lo que puede afectar significativamente al rendimiento de la pasta de soldadura, incluyendo la imprimibilidad, el comportamiento de reflujo y la fiabilidad.

Tabla 1. Límites de distribución de partículas según IPC J-STD-005A

Cómo decidir cuándo reducir la pasta de soldadura

A la hora de decidir si se debe reducir el tamaño de la pasta de soldadura, hay que tener en cuenta el tamaño y la separación de los componentes, el entorno de producción y los ajustes, así como las posibles dificultades que pueden plantear los polvos más pequeños.

En general, cuanto más pequeña es la pasta, más difícil es el proceso. Por ello, el éxito final de su proceso depende cada vez más de todas las variaciones en los métodos de producción de pasta de soldadura descritos anteriormente. 

La regla de la bola 5 y sus implicaciones

Una heurística común utilizada para determinar qué tamaño de polvo utilizar es la llamada "regla de las 5 bolas". La "regla de las 5 bolas" sugiere que la abertura más pequeña del esténcil debe ser al menos cinco veces el diámetro de las partículas más grandes de la pasta de soldadura (véase la Tabla 2). 

Por ejemplo, con la pasta de soldadura de tipo 4, en la que las partículas alcanzan los 38 µm, la abertura más pequeña imprimible sería de unos 190 µm/.004". Sin embargo, a medida que pasamos a polvos más finos como el Tipo 6, con partículas tan pequeñas como 5-15µm, la aplicabilidad práctica de la regla de las 5 bolas se vuelve incierta. Esto se debe a que los tamaños de partícula extremadamente pequeños y los espacios más reducidos no se han probado a fondo, por lo que la regla puede no ser válida o requerir una adaptación para estos tipos avanzados.

Tabla 2. Límite inferior de los diámetros de apertura de los esténciles según la regla de las 5 bolas.

Retos de la reducción de la pasta de soldadura en polvo

Reducir el tamaño de la pólvora conlleva ventajas y desventajas, especialmente en los tamaños de pólvora más pequeños. A saber, las siguientes:

• Los polvos más pequeños son más difíciles de producir y, por tanto, tienen un precio más elevado.
• Los polvos más pequeños tienen una mayor relación superficie/masa y, por tanto, mayor potencial de oxidación. Esto acorta su vida útil y los hace más sensibles a los parámetros del proceso, con requisitos de reflujo de nitrógeno para el Tipo 6 y menores. 
• Los métodos de fabricación difieren de un proveedor a otro, por lo que puede haber variaciones sustanciales en la calidad de un determinado tamaño de polvo en cuanto a la esfericidad de las partículas y su distribución granulométrica. Estas variaciones pueden provocar problemas y defectos imprevistos.
• En el caso de los polvos más finos, puede ser necesario adaptar el diseño del esténcil para evitar problemas como la obstrucción del esténcil o una liberación insuficiente de la pasta. Esto implica tener en cuenta el grosor del esténcil, el tamaño de la abertura y la suavidad de la pared. 
• En general, cuanto más pequeño es el polvo, más pequeña es la ventana de proceso, lo que significa que ajustes como la presión y la velocidad de la racleta deben ajustarse con mucho cuidado.  

Por qué elegir el mayor tamaño de polvo posible

Debido a las importantes compensaciones que se producen cuando se reduce el tamaño, si su aplicación está cerca del umbral sugerido por la regla de las 5 bolas, puede ser prudente quedarse con el tamaño más grande. De hecho, en AIM hemos tenido varias situaciones en las que nuestra pasta de tipo 4 superó a la de tipo 5 en situaciones límite a la hora de tomar la decisión de reducir el tamaño.

Como ejemplo, suponga que debe imprimir placas en las que los componentes más pequeños serán 01005s. Las aperturas de esténcil recomendadas por IPC para estos componentes son de 175 por 250 µm, lo que puede estar fuera de lo que la pasta de Tipo 4 debería poder imprimir (≥190µm).

Sin embargo, con un poco de ingenio, también es posible utilizar un diseño de abertura cuadrada redondeada de 190 µm de lado o ligeramente mayor para estos componentes. Esta forma de apertura maximiza el volumen en espacios reducidos al tiempo que mejora la eficiencia de la transferencia.

En este caso, la eficacia de la transferencia puede maximizarse aún más utilizando un esténcil nanorrevestido de 4 mil o incluso de 3 mil. Por lo tanto, si los 01005 son sus componentes más pequeños, la pasta de tipo 4 puede funcionar y con pocos efectos secundarios no deseados.

Nota sobre las pastas de soldadura de tamaño medio

Algunos fabricantes venden pastas etiquetadas como Tipo 4,5 o Tipo 5,5, lo que lleva a los ingenieros de procesos a preguntarse si sería buena idea cambiar a un tamaño medio si sus componentes están justo en el límite, como en el caso descrito anteriormente.

Sin embargo, no existen especificaciones IPC que definan cuáles son estos medios tipos. Aunque cabría esperar que una pasta etiquetada como Tipo 4.5 tuviera un rango de tamaño de partícula entre el del Tipo 4 y el del Tipo 5, la realidad es que podría ser mayor, menor o simplemente más amplio, como el que se obtendría si se mezclaran polvos de Tipo 4 y Tipo 5. 

Si está considerando una pasta de tamaño medio, asegúrese de que el fabricante le indica claramente la distribución del tamaño de las partículas antes de proceder. 

Conclusiones y recomendaciones

Seleccionar el tipo de pasta de soldar adecuado es crucial para lograr unos resultados de montaje óptimos. La regla de las 5 bolas ofrece una pauta fundamental para esta elección, pero es esencial tener en cuenta el contexto más amplio de sus procesos de fabricación y los requisitos de los componentes. Antes de reducir la pasta de soldadura, evalúe las posibles ventajas frente a los problemas asociados, como el aumento de la oxidación o los problemas de reflujo. La optimización de los procesos existentes con el tipo de pasta actual puede aliviar la necesidad de reducir el tamaño, manteniendo la eficiencia de la producción y la calidad del producto.

Publicado originalmente en Circuits Assembly