En nuestro análisis continuo sobre la optimización del proceso de impresión con plantilla (véanse la Parte 1 y la Parte 2), el tipo de composición química del fundente —concretamente, si es soluble en agua o de limpieza automática— también desempeña un papel importante. Las pastas de soldadura son sensibles al entorno al que están expuestas. Las composiciones solubles en agua son, por su propia naturaleza, mucho más sensibles a la temperatura y la humedad, ya que son más higroscópicas que sus homólogas «sin limpieza» a base de colofonia o resina. Esta sensibilidad aumenta drásticamente a medida que los depósitos de pasta de soldadura necesarios para la impresión con plantillas ultrafinas siguen reduciéndose de tamaño para los componentes de paso fino.
Los compuestos químicos de los fundentes cumplen numerosas funciones complejas, entre las que se incluyen:
QUÍMICAMENTE:
- Eliminar los óxidos superficiales existentes
- Favorecer la humectación
- Transferencia de energía térmica
- Proporcionar una barrera contra la oxidación (para controlar la reoxidación durante el reflujo)
FÍSICAMENTE:
- Actuar como portador o medio
- Partículas de polvo de soldadura en suspensión
- Incluir fijaciones para sujetar los componentes
- Deja que la pasta de soldadura se extienda por la plantilla
- Mantener la forma de la abertura tras la impresión
- en el ámbito de las formulaciones sin limpieza, actúan como encapsulante protector tras el reflujo
Para desempeñar estas funciones, las composiciones químicas de los fundentes incorporan determinadas categorías de sustancias químicas: disolventes, activadores o mezclas de activadores, aditivos reológicos y, en el caso de las formulaciones sin limpieza, colofonias o resinas. Haz clic aquí para obtener información más detallada sobre la composición química de los fundentes.
Con el fin de analizar cómo mejorar el proceso de SMT, me centraré únicamente en la parte de la composición química del fundente correspondiente a la colofonia/resina (o a la ausencia de esta), a la que en lo sucesivo me referiré como «resina». Desde la fecha de fabricación, antes de abrir el frasco o el cartucho, las formulaciones «no-clean» muestran un comportamiento superior. Las formulaciones a base de resina ofrecen: una vida útil más larga cuando se almacenan correctamente sin abrir y refrigeradas; una mayor duración de la plantilla; un comportamiento más constante ante los cambios estacionales; un mejor rendimiento general de impresión (como se ve a continuación); mayor adherencia para mantener los componentes en su sitio; y una mejor resistencia a la oxidación del polvo de soldadura durante el proceso de reflujo.
Figura 1. Resultados de la impresión con plantilla.
Como ingeniero de soporte técnico, he realizado numerosas pruebas de impresión con plantilla. La figura 1 confirma los resultados de impresión con plantilla que he observado de forma sistemática, y muestra una comparación típica entre el rendimiento de la impresión con resinas «no-clean» y con resinas solubles en agua. Las resinas son sustancias pegajosas que aumentan las propiedades adhesivas (atracción externa, de la pasta de soldadura hacia otras superficies) y cohesivas (atracción interna, de la pasta de soldadura hacia sí misma). Como en todo, es necesario que haya un equilibrio. Sin embargo, en este caso, la cohesión ayuda a que la pasta de soldadura se desprenda de la abertura de la plantilla, mantenga su forma y resista el «deslizamiento». La propiedad adhesiva de la pasta de soldadura se incorpora a medida que la pasta se deposita sobre la almohadilla de la PCB. La adherencia de la pasta de soldadura a la almohadilla ayuda a que el depósito de pasta se desprenda de la abertura de la plantilla cuando la PCB se retira de la plantilla. En la impresión con plantilla ultrafina, estas fuerzas son vitales para garantizar el éxito, ya que la superficie sobre la que se puede adherir la pasta de soldadura es muy reducida.
Figura 2.Soluble en agua, a la izquierda; sin limpieza, a la derecha.
Hasta aquí, creo que muchos estarán de acuerdo con lo que he expuesto hasta ahora. Sin embargo, mi siguiente afirmación puede que pille a algunos por sorpresa: incluso diría que, en la mayoría de los casos, una pasta de soldadura «no clean» ofrece mejores resultados de reflujo que una fórmula soluble en agua. Esto es especialmente cierto en el caso de los depósitos de pasta de soldadura ultrafinos, como se aprecia en la figura 2.
Los materiales utilizados fueron pastas de soldadura en polvo de tipo 6 y aberturas de plantilla de 6 mil con una plantilla de 3 mil de grosor, empleando un perfil de mantenimiento a alta temperatura. Estas condiciones representan el peor de los casos para un entorno de reflujo, pero reflejan una tendencia habitual a la hora de comparar las pastas de soldadura «no-clean» y las solubles en agua. Las imágenes muestran que la pasta de soldadura soluble en agua produce lo que parece ser una unión de soldadura fría cuando, en realidad, el activador se había agotado. Al tener muy poca resistencia a la oxidación, las partículas de polvo se oxidaron y no pudieron fusionarse, un fenómeno conocido como «graping». La pasta de soldadura sin limpieza, bajo el mismo perfil de reflujo exacto, se refluó y se fusionó bastante bien.
Las resinas ofrecen, sencillamente, una mayor resistencia a la oxidación que sus homólogas solubles en agua. Aunque al principio son más eficaces a la hora de eliminar los óxidos superficiales existentes, las formulaciones solubles en agua no protegen tan bien contra la reoxidación durante el proceso de reflujo.
En nuestro próximo debate analizaremos la diferencia en la eficiencia de transferencia entre las aberturas circulares y las cuadradas que tienen la misma relación de área.
