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Burbujas (Voids) en las uniones de soldadura - Eliminación mediante vacío en proceso de refusión Las burbujas internas (conocidos como voids) se encuentran en todo proceso de soldadura por refusión en SMD. Tanto la pasta con plomo como las SAC que actualmente se usan. En la actualidad la normativa IPC nos marca que el nivel de burbujas admisibles máxima por volumen es del 25%, pero esto se está aún cuestionando a día de hoy. Si bien en IPC el valor menor a 25% es correcto en general, para industrias tales como automoción, aeronáutica, militar y médica, el valor admisible queda por debajo del 10%, y en módulos de potencia este valor al ser más crítico queda reducido al 3%. Por tanto, observamos la importancia de tener controlado nuestro proceso para reducir este fenómeno, ya que con ello, mejoraremos una mejor disipación del calor de los componentes y de las uniones soldadas, alargando la vida de dichas elementos a su vez que se disminuye el efecto de rotura por vibración o shock en las uniones, permitiendo una mejora de las características de
los chips en condiciones de aplicaciones a alta frecuencia. ¿Cómo podemos mejorarlo? La refusión ayudada mediante vacío ha demostrado que se puede reducir un 99% de las burbujas en las uniones soldadas. Se ejercita una presión de 1-20 Torr sobre el líquido en el proceso de soldadura, provocando que las burbujas escapen de estas zonas de soldadura cuando el vacío es aplicado. La presión interior de las burbujas de gas atrapadas cambia siguiendo la ecuación de Young-Laplace: Pbubble = Pambient + 2γ / r (donde γ es la tensión superficial y r es el radio de la burbuja) El tamaño de la burbuja es considerado la ley ideal de los gases usando la Pbubble El fabricante americano Heller, líder mundial en hornos vendidos y referencia del sector y que es comercializado en España y Portugal por Estanflux S.A., nos propone el horno de refusión con vacío Heller 1936 Mark V. La idea es sabiendo el margen que nos permiten los perfiles térmicos de las distintas pastas de estaño que hay en el mercado, es aplicar justo antes del momento de refusión la aplicación del vacío para poder eliminar las burbujas existentes. Se trata de una cámara totalmente estanca donde el circuito entra en su interior, se cierran las puertas de entrada y salida, se aplica una velocidad diferente al resto de proceso para poder mantener el tiempo necesario la aplicación de vacío y que no afecte a los componentes. Una vez finaliza el proceso se abren las
(ºC) 250 200
Pre-heat temp. 110 190ºC 60 120sec.
150
Peak temp. 230 250ºC
Over 220ºC > 30 sec.
100 Ramp-up temp. 1,0 3,0ºC/sec.
50 0
60
120
180
240
300
(sec.) compuertas para que salga la placa y entre otra en su interior. Todo este proceso requiere su tiempo por lo que en cierta forma puede aumentar el tiempo de ciclo de refusión del horno. Es por ello que se ha implementado un proceso de velocidades variables a lo largo del horno para optimizar el máximo el proceso.
Resultados visibles después de la aplicación del vacío Podemos observar en imágenes obtenidas mediante máquinas de inspección de rayos X, como son las del fabricante alemán YXLON que existencia de burbujas es mucho menor y estamos dentro de los parámetros de exigencia más altos que nos solicita la industria.
Sin vacío y existencia de burbujas.
Con vacío y casi sin rastro de ellas.
Standard Reflow Vacuum Assisted Reflow Printed Solder Paste
36
Reflow Liquid Solder
Reflow Vacuum
Cooling Solid Solder
REE • Junio 2017
