Flux, ¿limpiar o no limpiar?

¿Cuál es la importancia de seleccionar el correcto material para prevenir contaminación electroquímica en la estación de retrabajo?

Una docena de versiones del mismo escenario ocurrieron en el último mes, todas eran relacionadas con los materiales y procesos utilizados en aplicaciones post-producción / retrabajo. Este paso del proceso de producción a menudo se escapa de la atención de los ingenieros porque no hay maquinaria interesante, ni ninguna ingeniería real que tenga lugar. La mayoría de los operadores de soldadura manual son altamente eficientes y han desarrollado técnicas que logran realizar el trabajo, lo que ha derivado a que algunos supervisores o gerentes de producción sientan una falsa sensación de seguridad. La contaminación electroquímica normalmente no aparece hasta que se ha convertido en una terrible falla de campo. De hecho, si el problema está relacionado con contaminación / corrosión / fugas, el primer lugar al que miro es la estación de retrabajo y ocho de cada 10, es donde están los puntos problemáticos.

Las aplicaciones de soldadura manual tienen requisitos diferentes que los procesos anteriores, y vale la pena detallar estas diferencias para comprender la importancia de la selección de materiales y el uso adecuado.

La soldadura de alambre parece ser el punto de partida lógico. La soldadura de alambre con núcleo de flux generalmente consiste en un alto porcentaje de resina natural/resina sintética y es sólido a temperatura ambiente. El alambre con núcleo de flux está diseñado para funcionar de una manera particular. El flux es sólido, pero tiene una temperatura de fusión más baja que la aleación que lo envuelve. Cuando la punta del cautín y el alambre se unen, el flux se vuelve líquido y se extiende sobre la pieza de trabajo. La soldadura se hace liquida y persigue el calor y al flux., en unos segundos se forma una unión de soldadura. Dado que el núcleo de flux necesita ser calentado para evacuar el núcleo de alambre, existe un riesgo muy bajo de que el flux no activado, pueda transferirse a la pieza de trabajo. El proceso y los materiales simplemente lo hacen demasiado difícil. Que el flux también contenga un alto porcentaje de resina natural/resina sintética en relación con el volumen de residuos también contribuye a una medida de seguridad.

Cuando me piden que realice una auditoría de los materiales en la estación de trabajo, lo primero que aconsejo es que retiren todas las botellas de flux de las estaciones. Esto se cumple invariablemente con la inconformidad de los operadores, y es comprensible. El uso de flux líquido hace dos cosas que ayudan al operador a soldar: 1) más activador facilita la humectación (wetting), y 2) el líquido crea un puente térmico entre la punta del cautín y el área a soldar además de transferir calor desde la punta a la pieza de trabajo. Ambos atributos mejoran el rendimiento y velocidad del soldado, por lo que es fácil entender por qué es tan deseable el flux líquido.

• Esté es el problema:

Muchos flux líquidos No Clean requieren exposición al calor para volverlos inertes. Si están diseñados para su uso en una aplicación de soldadura por ola completa, esto generalmente está garantizado. Sin embargo, En un retrabajo o en una aplicación de soldado selectivo punto a punto, de cualquier manera, la fuente de calor localizada puede ser insuficiente para descomponer los activadores de flux, y permanecerán activos, lo que representa un riesgo de confiabilidad. Incluso el flux líquido aplicado con mayor precisión puede extenderse de 1 a 2 mm más allá del sitio de aplicación, dentro y debajo de los componentes, blindándolo de cualquier exposición al calor. El flux líquido utilizado en botellas de compresión en las estaciones de trabajo a menudo se obtiene del mismo gabinete (a prueba de Fuego) del flux que se utiliza en operaciones de soldadura selectiva y por ola. Si este es el caso en tus instalaciones, suspende está práctica hoy. Los proveedores de flux han desarrollado fórmulas para aplicaciones en específico con atributos en su rendimiento para la aplicación en cuestión. Si se requiere un flux externo, se debe usar un flux líquido o en pasta diseñado para el retrabajo que no requiera calor para que se clasifique como No Clean. Mejor aún, usa solo el núcleo de flux que se encuentra en la soldadura de alambre. Los operadores deben estar capacitados para comprender que la aplicación de un flux excesivo o inadecuado pondrá en peligro la confiabilidad de su trabajo.

La presencia de residuos de flux es una preocupación estética, incluso si el alambre y los materiales de flux utilizados son seguros y compatibles. Esto es particularmente cierto para el proveedor de EMS, ya que los residuos (a menudo incorrectamente) se perciben como una medida de la calidad de una PCB. En una estación de trabajo típica, generalmente al lado de la botella de flux, hay una botella de alcohol isopropílico (IPA) de aspecto similar que se utiliza para limpiar el residuo del flux resultante. Esta es otra zona vulnerable para la contaminación electroquímica. IPA es un solvente pobre para los residuos de post-soldadura y nunca debe usarse en esta configuración.

• Aquí está el por qué:

Los residuos de flux se prueban como un sistema según IPC J-STD-004 / A / B. Una vez que los residuos del flux están expuestos al IPA, ya no son el material que se probó originalmente. Las propiedades electroquímicas del residuo resultante parcialmente limpiado no se pueden atestiguar. Peor aún, pueden haberse combinado con otras especies iónicas liberadas por el IPA, y el residuo ahora es un tercer producto indefinido. Además, los hisopos, toallitas y cepillos utilizados para limpiar la tablilla son propensos a la contaminación cruzada, por lo que la limpieza de un residuo No Clean sea una propuesta más riesgosa de lo que se podría esperar. Estudios han demostrado que los flux parcialmente limpios y No Clean tienen un valor de resistividad menor que los flux no alterados. Si debes limpiar el flux por puntos, consulta con el fabricante de tu flux para conocer las recomendaciones químicas de limpieza. Los solventes diseñados específicamente para la eliminación de flux pueden tener un costo inicial más alto, pero son una alternativa más efectiva y segura que el IPA marginalmente efectivo.

La herramienta correcta utilizada equivocadamente puede causar más daño, que utilizar una herramienta incorrecta. Una PCB fabricada en procesos No Clean es tan limpio como el paso más sucio. Si no está limpiando, asegúrese de que los materiales se seleccionen cuidadosamente y se usen correctamente.

el costo de los defectos de la soldadora de ola

EL COSTO DE LOS DEFECTOS DE LA SOLDADORA DE OLA

Existen numerosos incrementos en los costos de producción así como serias pérdidas financieras, causadas directamente por fallas en la soldadura en ola, tales como puentes e insuficiencias. 

SCRAP (Desperdicio): ¿Cuantas tarjetas se Mandan a scrap por semana o por mes? ¿Cuáles son los costos de los materiales directos en las tarjetas de scrap? Por ejemplo, una planta que manda a scrap 7 tarjetas por semana, con un costo de materials directos de $41.00 Dlls, y 4 tarjetas por semana a $106.00 cada una, representa una pérdida de al menos $711.00, solo por este concepto por semana, o sea $35,550.00 anuales. 

TOUCH-UP (Retoque): ¿Cuantas tarjetas se manejan por semana para ser retocadas? O Peor aún, ¿Cuantas uniones se retocan combinadas en promedio, por tarjeta?  Por ejemplo, si una planta ensambla 2000 tarjetas de circuito impreso por semana, y al 5% se hace touch-up, significa que 100 tarjetas pasan por esa operación por semana.  Ahora bien, si hay un promedio de tres unions que deben ser retocadas en cada una de estas tarjetas, eso quiere decir que 300 uniones son retocadas por semana.  Usando costos generales, que ponen el costo de mano de obra directa por unión en $4.00, la planta está perdiendo $1,200.00 por semana solamente por las operaciones de touch-up, o sea cerca de $60,000.00 anualmente. 

PERSONAL PARA TOUCH-UP o RETOQUE: Otro ingrediente para calcular el costo de las fallas en la soldadora de ola, es la estimación del costo del personal que ejecuta el touch-up.  Por ejemplo, si una planta tiene 3 máquinas corriendo en cada turno, dos turnos por día, seis días a la semana, y se asigna una persona a cada máquina por turno, eso quiere decir que hay 6 empleados a tiempo completo (tres por turno) solo para esta propósito.  Aún cuando los rangos de sueldo varían, esta planta le paga a sus operadores de touch-up un promedio de salario anual de $15,000.00 (mas o menos $7.25 la hora). Esto nos da un total anual de $90,000.00 para este grupo de personas.  Si un 25% de su tiempo se emplea en operaciones que son realmente deseables, como soldadura manual, entonces el 75% de su tiempo se emplea en el touch-up.  75% de $90,000.00 es $67,500.00 anual como costo directo de ejecutar el retoque en esta planta. 

REWORK (Retrabajo): En base unitaria, el retrabajo por union de soldadura, por chip o por tarjeta, es bastante mas caro que el touch-up.  Si la planta que hemos puesto como ejemplo retrabaja solamente el 1% de sus tarjetas, tendremos 20 tarjetas por semana (2000 tarjetas x 1%) a las que se les ha hecho un retrabajo, o sea 1000 tarjetas al año.  Usando el concepto de que el costo directo de retrabajo por unión es de $12.00, la planta está perdiendo $240.00 por semana solo por el retrabajo, o sea mas o menos $12,000.00 anuales. 

MAS COSTOS: La debilidad en estos cálculos de pérdidas financieras es que ni siquiera se han considerado los costos reales de las fallas por la soldadura en ola.  Ello incluye la reducción del volumen de producción, el tiempo de la gerencia e ingeniería batallando con los problemas de la soldadora de ola, tiempos muertos, la natural distracción del personal, y el costo hacer intentos parciales y faltos de efectividad, en la intención de mejorar el proceso.  Adicionalmente, las uniones de soldadura que pasaron por el touch-up y por el retrabajo son mas débiles que las uniones originales, que fueron hechas correctamente desde el principio, por lo que están mas propensas a fallas tempranas en el campo. 

LOS MITOS DE LA INSPECCION: Uno de los puntos mas obvios es que a los niveles normales de inspección de las uniones de soldadura, lo único que el inspector puede hacer es muestrear la calidad de las uniones de soldadura de cada tarjeta, por la apariencia externa de los puntos de soldadura, aceptando las posibilidades de que haya un resultado satisfactorio en todas ellas.  Esta auditoria a cada uno o a todos los puntos de soldadura es obviamente ridícula, ya que todos los defectos ocultos nunca podrán ser identificados antes de que la tarjeta salga de la planta.  Por lo tanto, la responsabilidad para alcanzar una alta calidad en las tarjetas, descansa en el proceso de ensamble, no en la inspección. 

FALLAS EN EL CAMPO: La triple combinación de riesgos en el touch-up, el retrabajo y la inspección por muestreo puede resultar en fallas al hacer las pruebas, pero – lo mas peligroso de todo – son las fallas en el campo.  Siendo un OEM (Original Equipment Manufacturer) usted está dando un servicio a un cliente interno.  Siendo un contratista, usted está compitiendo para retener a sus clientes y compitiendo para atraer nuevos.  Los daños y el costo de los problemas de calidad, que causan fallas en el campo son incalculables, tanto para la relación con los clientes, como para la seguridad de tener empleos, y para la posición de la compañía en el mercado.

Cuando todos los factores se juntan y se hace el cálculo correcto, cualquier pequeño incremento en el “yield” da por resultado importantes reducciones de costo.  Los defectos en la soldadura por ola son muy, muy caros.  Cualquier cosa que reduzca el numero de defectos nos mostrará ahorros en los costos.