En el proceso de producción SMT, la curva de temperatura debería estar ajustada de acuerdo a
las diferentes aleaciones de estaño utilizadas, así como a la pasta de soldadura usada, siempre
intentando alcanzar la mejor calidad del producto acabado. Normalmente, la soldadura por
refusión comprende cinco fases de temperatura (segmentos de curva). La temperatura y el
tiempo de cada fase pueden ser configurados para satisfacer los requerimientos combinados
de diferentes placas de circuito impreso. Las distintas temperaturas y su función en las fases
de refusión se describen de forma individual.
1. Fase de Precalentamiento
El calentamiento de la PCI (PCB) desde la temperatura ambiente hasta los 120-150 ℃ sirve
para evaporar la humedad así como para eliminar tensiones internas y gases residuales de
la PCI. Si seleccionamos un periodo comprendido entre 1 y 5 minutos para este segmento, el
precalentamiento también sirve como transición gradual a la siguiente fase de temperatura,
el tiempo óptimo depende del tamaño de la placa y del número de componentes.
2. Fase de calentamiento
El calentamiento activa la licuación del “flux†contenido en la aleación del estaño, lo que permite
eliminar capas de óxido en los componentes SMD en su preparación para la soldadura. Para
aleaciones de estaño con plomo de baja temperatura y para aleaciones de estaño con metales
preciosos, la temperatura de esta fase debe ser establecida entre 150 ºC y 180 ºC. Unos ejemplos
de estas aleaciones son el Sn42%-Bi58% y el Sn43%-Pb43%-Bi14%. Para aleaciones de estaño
con plomo de temperatura media, la temperatura debe ser seleccionada entre 180 ºC y 220 ºC.
Para aleaciones de estaño sin plomo de alta temperatura, la temperatura debe ser establecida
entre 220 ºC y 250 ºC. Si disponemos de información técnica relacionada con los materiales de
soldadura, la temperatura de la fase de calentamiento puede ser establecida en unos 10 ºC por
debajo del punto de fusión del estaño para obtener mejores resultados.
3. Fase de Soldadura
Esta fase sirve para acabar el proceso de soldadura SMT. Aquí se alcanza el valor más alto de
temperatura en el proceso de soldadura, por lo que los componentes se pueden dañar fácilmente
si la temperatura y/o el tiempo han sido seleccionados de manera incorrecta. El proceso está
marcado por cambios químicos y físicos sustanciales del estaño, los cuales determinan en gran
medida el éxito del proceso completo de soldadura. Si disponemos de información técnica
relacionada de los materiales de soldadura en su estado sólido y líquido, la temperatura de
soldadura puede ser establecida entre 30 y 50 ºC por encima del punto de fusión.
El material de soldadura se puede dividir en tres grupos:
- Temperatura baja (150-180 ºC);
- Temperatura media (190-220 ºC);
- Temperatura alta (230-260 ºC).
Actualmente, los materiales de soldadura libres de plomo de alta temperatura son los que
se utilizan más ampliamente. También hay disponibles, para requerimientos especiales,
materiales libres de plomo de baja temperatura basados en metales preciosos. En la
actualidad, muchos materiales de soldadura libres de plomo no son el sustituto de materiales
de soldadura con plomo de temperatura media, ya que no tienen sus excelentes propiedades
en términos de conductancia eléctrica, comportamiento mecánico, resistencia a impactos en
frío y en caliente, y la capacidad de actuar como antioxidante.
En este segmento podemos establecer el tiempo, de acuerdo a distintos requerimientos
tratados más adelante. Después del fundido del estaño a alta temperatura, todos los
componentes SMD "flotan" sobre la superficie del estaño líquido. Como resultado de la
tensión superficial ejercida por el flux y el estaño líquido, los componentes serán empujados
hacia el centro de las isletas de soldadura (“padsâ€), lo que provoca que los componentes se
posicionen de manera automática. Los vapores del “flux†que tiene el estaño, el propio estaño
y la superficie metálica de los componentes, forman todos juntos una capa de aleación que,
por infiltración, crean la estructura ideal para la soldadura.
Una PCI con una gran superficie y unos islotes grandes para la soldadura de los componentes
impone generalmente un tiempo de soldadura relativamente largo (10-30 s). Sin embargo,
esta etapa debe mantenerse lo más corta posible para proteger los componentes de posibles
daños debidos al sobrecalentamiento.
4. Fase de Mantenimiento de la temperatura
Esta fase permite que el estaño líquido a alta temperatura se solidifique firmemente en las
juntas. La calidad de la solidificación tiene un impacto directo con la estructura cristalina de la
soldadura y sus propiedades mecánicas. Si el proceso de solidificación es demasiado rápido,
se formará una superficie cristalina rugosa provocando que la junta de soldadura tenga un
aspecto opaco, de tensión mecánica reducida. Bajo temperaturas elevadas y con impactos
mecánicos, este tipo de juntas de soldadura pueden romperse fácilmente, produciendo,
de manera involuntaria, roturas eléctricas y/o mecánicas y un tiempo de vida reducido
del producto. Con temperaturas que decrecen lentamente, el estaño puede solidificar y
cristalizar de manera adecuada. Por lo general, la temperatura se establecerá entre 10 y 20 ºC
por debajo del punto de soldadura. Cuando la temperatura ha caído al valor seleccionado, se
inicia el proceso de enfriado natural.
5. Fase de Enfriamiento
Durante esta sección de la curva, la temperatura se reduce a un valor que permite que las
PCIs sean retiradas del horno sin riesgo de quemarnos las manos. Para acelerar el proceso de
enfriado, podemos detener el proceso cuando la temperatura cae por debajo de los 150 ºC.
Para evitar quemaduras, usaremos herramientas o guantes resistentes al calor para sacar las
placas de circuito impreso del horno.
6. Nota
En general, comenzaremos con curvas de baja temperatura que tienen como objetivo
cumplir los requerimientos de soldadura lo máximo posible para reducir la temperatura de
soldadura actual. Debemos señalar que tiempos de mantenimiento de calor relativamente
largos permiten usar tiempos de soldadura más cortos (esto nos ayudará a proteger los
componentes con bajas temperaturas, especialmente algunos tipos de conectores que
pueden fundirse o deformarse). Los componentes que no cumplen con los requerimientos
de temperatura de soldadura deben ser montados a mano independientemente, después
del proceso de soldadura por refusión.
Parámetros de ajuste más comunes de la curva de temperatura
del estaño
Aleaciones mas Comunes de Estaño
