IMPORTANCIA DEL PRECALENTAMIENTO SMD

IMPORTANCIA DEL PRECALENTAMIENTO SMT

Introducción:
Dos de los procesos más críticos que resultan indispensables para realizar con éxito los trabajos de Tecnología Montada en Superficie (SMT) y Arreglos en Malla de Bolas (BGA) en la mesa de trabajo son, desafortunadamente, los dos que menos atención reciben: 1) El calentamiento previo adecuado del “sustrato del circuito impreso” antes de proceder con el reflujo, y 2) Dar comienzo a un rápido “enfriamiento” de las uniones efectuadas con el soldador después del reflujo.  Esto aplica a todos los trabajos llevados a cabo en la mesa de trabajo, desde diseños y prototipos y producción de bajo volumen hasta retoques y arreglos del montaje de la placa (PCB).

El hecho de que los dos procesos fundamentales de calentamiento previo y enfriamiento posterior sean ignorados con frecuencia por los técnicos que laboran en la mesa de trabajo presenta muchos problemas. Lo que es peor aún, en el caso de los retoques, costosas placas (PCB) que se dan por “reparadas” quedan, en realidad, en peores condiciones después del retoque que antes de que éste se realizara. Aunque ciertas fallas ocasionadas por el “retoque” pueden ser detectadas en algunas ocasiones por un inspector de operaciones posteriores calificado, en muchos casos el daño no siempre salta a la vista ni resulta manifiesto en un examen de circuitos.

1.1  EL CALENTAMIENTO PREVIO:

El pre requisito para realizar con éxito el proceso y la soldadura en la mesa de trabajo

Sin lugar a dudas, la aplicación de elevados niveles térmicos (600°- 800°F) a la placa (PCB) por largos períodos de tiempo puede introducir la posibilidad de muchas complicaciones. Los daños térmicos tales como levantamiento de capas y pistas, la separación de los planos del sustrato (delamination), la creación de manchas y cruces blancas bajo la superficie de la lámina superior (measling) o la formación de burbujas, la decoloración, y que se combe y queme la placa, pueden ser usualmente identificados por un inspector cualificado. Sin embargo, el simple hecho de no haber “quemado la placa” no significa que ésta no haya sufrido daños. El daño “no visible” causado a las placas (PCB) por las altas temperaturas puede llegar a ser aún peor que los numerosos problemas mencionados arriba. Tras décadas de innumerables pruebas, se ha demostrado una y otra vez que las  placas (PCB) y sus componentes pueden “aprobar” las inspecciones y pruebas posteriores a los retoques, sólo para fallar después a un nivel más elevado de lo normal debido a la degradación sufrida por el circuito y los componentes durante el “retoque” realizado utilizando temperaturas elevadas. Los problemas "invisibles" tales como la fractura interna del sustrato y/o la degradación de sus componentes electrónicos son el resultado  de la rápida y desigual expansión de materiales distintos.  Estos problemas no pueden ser identificados visualmente ni tampoco detectados en una prueba de circuito inicial,  sino que permanecen, de un modo funesto, ocultos dentro del montaje.

Aunque el “retoque” lucía bien, casi sucedía lo que dice el refrán: "La operación fue un éxito, pero por desgracia no sobrevivió el paciente." Considere el excesivo estrés térmico que tiene lugar cuando una placa (PCB) que se hallaba estable a una temperatura ambiente de 70°F, se ve sujeta súbitamente a una aplicación localizada de calor de 700º F provenientes sea ya de un cautín, de una herramienta de desoldar o de una herramienta a chorro de aire caliente. Ocurre un cambio en el delta de las temperaturas de 630°F en la placa (PCB) y en sus componentes. ¡Que no nos sorprenda si la palabra “popcorning” (hacer  que surjan en la placa formaciones esféricas análogas a las palomitas de maíz) se ha convertido recientemente en parte de nuestro vocabulario. “Popcorning” se refiere a la actual degradación que sufre un circuito integrado (IC) o un dispositivo montado en superficie (SMD) cuando la temperatura de la humedad presente en el dispositivo se eleva rápidamente y causa una ruptura o miniexplosión.

Es por esta precisa razón que en la industria de los semiconductores y del sector de fabricación de placas (PCB) se comenzaron a oír las peticiones de que aquellos que realizan los retoques electrónicos “eleven gradualmente” la temperatura hasta alcanzar la temperatura de reflujo mediante la inclusión de un breve ciclo de calentamiento previo. Después de todo, el hecho es que casi todos los procesos de producción diseñados para el reflujo del soldador durante el montaje de la placa (PCB) ya incluyen una etapa de calentamiento previo antes del reflujo. Independientemente del hecho que un montador utilice la soldadura por onda, la Fase de Vapor Infrarrojo, o el reflujo por convección, a cada uno de estos métodos lo precede normalmente un calentamiento previo o “inmersión” de la placa (PCB), antes de dar comienzo al reflujo del soldador, a temperaturas que oscilan entre 100°C y los 150°C ( 302°F) . Muchos de los problemas que presentan los retoques pueden eliminarse con la simple introducción de un breve ciclo de calentamiento previo de la placa (PCB) antes de iniciar el reflujo de soldador. Los beneficios que rinde el calentamiento previo son múltiples y acumulativos. Asimismo, el calentamiento previo de la placa permitirá una temperatura de reflujo más baja. De hecho, ésta es la razón principal por la que los procesos de soldadura, la Fase de Vapor Infrarrojo, y el reflujo por convección se realizan todos a temperaturas menores a los 260ºC (500ºF).

LOS BENEFICIOS DEL CALENTAMIENTO PREVIO SON MÚLTIPLES Y ACUMULATIVOS:

Antes que nada, el calentamiento previo o “inmersión” del montaje antes de dar inicio el reflujo ayuda a activar el flux y retira el óxido y las películas superficiales de la superficie de metal que será soldada al igual que los materiales volátiles del mismo flux. De igual manera, esta depuración de la activación del flux poco antes del reflujo mejorará el proceso de humidificación.

El calentamiento previo también eleva todo el montaje completamente hasta alcanzar una temperatura un poco inferior al punto de fusión del soldador o del punto de reflujo. El riesgo de que el sustrato y sus componentes sufran una descarga térmica se ve considerablemente reducido porque este proceso minimiza en gran medida el delta de temperatura entre la temperatura del montaje y la temperatura de la aplicación final del reflujo. Las descargas térmicas ocurren cuando un nivel de calentamiento rápido aumenta las temperaturas en el interior del montaje de la placa a niveles desiguales. Las discrepancias térmicas que resultan dentro del montaje crean presiones termomecánicas que pueden causar, y que de hecho causan, fragilidad estructural, fracturas, y la aparición de grietas en aquellos materiales cuyos niveles de expansión térmica son menores. Las resistencias de los chips de Tecnología Montada en Superficie (SMT) y de los condensadores están particularmente propensos a daños causados por esta descarga térmica.

Además de esto, al calentarse previamente todo el montaje, se hace posible obtener, por igual, una temperatura reducida y una duración más breve de la aplicación de alta temperatura en la última etapa de reflujo.  Esto resulta muy claro en los casos de aquellas placas (PCB) de planos de masa pesados y/o una composición densa de dispositivos en la que la carga de calor aplicada al circuito impreso (PC) hace del retoque un proceso excesivamente lento. Sin el calentamiento previo, la única solución es o una aplicación adicional de temperatura elevada y/o un Dwell Time más prolongado (dwell time) en la etapa de reflujo…ninguno de los cuales son recomendables y que de hecho deben evitarse.