Prevencion de Voiding en la Soldadura

La porosidad es un tema polémico para muchos fabricantes de electrónicos. Los poros en las uniones de soldadura pueden generar muchas debilidades mecánicas que conducen a grietas en la unión de soldadura. 

Los poros también pueden interferir con la transferencia de calor lejos de un componente lo que lleva a una falla térmica. Muchos fabricantes de electrónicos estan en busca de métodos para minimizar los poros en sus uniones de soldadura. FCT Solder se complace en proporcionar soluciones para mitigar la porosidad.

La porosidad es cuasada por una variedad de factores. En algunos casos, multimples factores trabajan juntos para crear poros. Los factores más comunes que causan porosidad serán discutidos aquí.

Primero que nada, la soldadura en pasta contribuye a la porosidad. Los gases generados por la soldadura en pasta son atrapados en la unión de soldadua creando poros. Algunas soldaduras en pasta son propensas a generar mayor porosidad que otras.

Soldaduras en pasta más nuevas han sido formuladas con el objetivo específico de minimizar la porosidad. Nuestra nueva soldadura en pasta no clean, lead free llamada Amp One es un buen ejemplo de una soldadura en pasta ultra-baja en porosidad (Figura 1). El perfil de reflujo debe ajustarse para que funcione con la soldadura en pasta para minimizar la porosidad. La mayoría de los fabricantes de soldadura en pasta formulan soldaduras en pasta para trabajar con perfiles de ramp-to-spike (RTS) y ramp-soak-spike (RSS)

Figure 1

Figura 1: Porosidad de una pad térmica QFN para una soldaudra en pasta común, comparado con Amp One

Cada soldadura en pasta es diferente y reacciona de manera diferente al perfil de reflujo en términos de porosidad (Figura 2)

Figure 2

Figura 2: Porosidad con perfiles de reflujo RSS y RTS

El área de porosidad es significativamente más grande por el perfil RSS que por el RTS con esta soldadura en pasta. Nosotros recomendamos usar un perfil RTS con esta soldadura en pasta en particular para minimizar la porosidad. 

De nuevo, el perfil de reflujo debe ajustarse para la soldadura en pasta que esta utilizando. 

El mojado de la soldadura en las terminales/pads del componente y las pads de la placa de circuito juegan un papel en la porosidad. Un pobre mojado crea espacios en la unión de soldadura, que, por definición, son poros.

Algunas soldaduras en pasta mojan y fluyen mejor que otras lo que tiende a minimizar la porosidad. 

Los acabados superficiales de Soldabilidad Conservante Orgánica (OSP) son comúnmente más difícil de mojar que los acabados superficiales de niquel químico de inmersión en oro (ENIG). Hay una clara diferencia en la porosidad entre estos acabados superficiales con algunas soldaduras en pasta (Figura 3)

Esta soldadura en pasta en particular se moja y se esarce mucho mejor en ENIG que en OSP lo que conlleva menos porosidad con el acabado superficial ENIG.

El diseño del stencil puede tener un gran impacto sobre la porosidad, en especial cuando el diseño de la placa de circuito se presta para generar porosidad. La mayoría de los montadores de electrónicos no tienen la habilidad de cambiar el diseño de la placa de circuito, pero se puede cambiar el stencil para compensar por la placa de circuito.

El paso en el diseño de pad es común para los componentes con terminales en la base de las pads térmicas. Los agujeros pasantes comúnmente no se conectan y por lo tanto contienen aire o residuos de procesos anteriores.

Durante el reflujo se escapan gases de los agujeros pasantes hacia la unión de soldadura causando porosidad. Se ha demostrado que la soldadura en pasta impresa alrededor de los pasantes, y la inclusión de las rutas de escape del gas en la impresión de la soldadura en pasta puede reducir la porosidad.

FCT Solder fabrica soldaduras en pasta y stenciles para resolver problemas como la porosidad en las uniones de soldadura. 

Para obtener más información sobre la soldadura en pasta y su proceso de evaluación, lea aquí.

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Figure 3

Figura 3: Porosidad con acabados superficiales ENIG y OSP

Prevensión de la porosidad de la soldadura

Descripción del problema: Comúnmente causada por bolsas de gas atrapadas dentro de la unión de soldadura. 

1) Modifique el perfil de reflujo para generar menos material volátil y brindarle más tiempo al gas para que pueda escapar.

Aumentar el tiempo de remojo eliminará más de los materiales volátiles de bajo punto de ebullición de la soldadura en pasta antes del reflujo.

Aumentar la temperatura máxima reducirá la porosidad para algunas soldaduras en pasta. Aumentar la temperatura máxima produce más calor y tiempo sobre el liquidus, lo que permite que los materiales volátiles escapen antes que la unión de soldadura se solidifique.

Perfil de reflujo para la porosidad

El perfil de reflujo puede contribuir a la porosidad en las uniones de soldadura. Si la tasa de la rampa es muy alta, los materiales volátiles pueden no ser expulsados por completo y llevar a la porosidad. Las tasas altas de rampa y los perfiles cortos de reflujo pueden llevar a un mojado o dispersión incompletos de la soldadura en pasta.

Las altas temperaturas máximas o los largos perfiles de reflujo pueden causar un mojado inferior a lo óptimo, y es posible que el flux genere gases adicionales lo que puede llevar a la porosidad. El perfil de reflujo debe adaptarse para funcionar con la soldadura en pasta para minimizar la porosidad.

2) Modifique el stencil para brindarle al gas vías de escape debajo de los componentes (las pads térmicas QFN son puntos problemáticos comunes). 

Los 5 dados, la ventana, la trampilla cruzada y los depósitos radiales de soldadura en pasta proveen vías de escape para el gas.

Se pueden crear espacios libres alrededor de los agujeros pasantes para que la soldadura en pasta no se introduzca en el agujero pasante durante el reflujo.

Diseño del stencil para reducir la prosidad

La modificación del diseño del stencil es una posible solución para los poros. Nuestro socio, BlueRing Stencils puede ofrecer diseños específicos de stencil para minimizar la porosidad. Los componentes con terminales en la base requieren que el deposito de la soldadura en pasta se rompa con un patrón de sobreado cruzado. 

Esto proporciona canales para que los gases puedan escapar de la unión de soldadura antes que esta se solidifique. Al usar diseños de pad de paso, la soldadura en pasta puede imprimirse alrededor de los agujeros pasantes en lugar de hacerlo directamente sobre los mismos. Esto previene que la soldadura en pasta fluya hacia los agujeros pastantes y minimiza la porosidad.

3) Cambie la formulación de soldadura en pasta a una que tenga una tendencia menor para formar poros.

Las formulaciones de soldadura en pasta con cantidades menores de contenido volátil obviamente generarán una menor porosidad. Por ejemplo, la soldadura en pasta WS888 tiene un menor contenido volátil que la WS889 y tendrá una tendencia reducida a formar poros. 

Las soldaduras en pasta no clean comúnmente generarán menos porosidad que las solubles en agua. Generalmente, las soldaduras en pasta no clean tienen un menor contenido volátil que las solubles en agua. Las soldaduras en pasta no clean también tienen una tendencia mucho menor a absorber la humedad del aire. La absorción de humedad en la soldadura en pasta resulta en una porosidad mayor. 

Las aleaciones de soldadura con un rango de fusión generan una menor porosidad que las aleaciones de soldadura eutécticas. El rango de fusión proporciona mayor tiempo para una coalesencia completa de las esferas de soldadura, lo que permite que el gas escape antes que la unión se vuleva completamente líquida. Esto se logra fácilmente con soldaduras en pasta lead free al usar una aleación con un poco de plata como la SAC305.

Uso de la pasta de soldadura para reducir la porosidad.

La soldadura en pasta es un gran contribuyente para la formación de poros en la misma. Las soldaduras en pasta contienen ingredientes que pueden volatilizar durante el reflujo. Estos materiales volátiles se convierten en burbujas de gas que pueden quedar atrapadas en la unión de soldadura. Las diferentes soldaduras en pasta también se mojan y propagan de manera diferente. 

Una propagación o mojado incompletos en la pad de la placa de circuito y la superficie de los componentes provoca porosidad. FCT Assembly ha formulado soldaduras en pasta con el objetivo específico de reducir el potencial de porosidad. Nuestras soldaduras en pasta de porosidad ultra-low tienen un contenido volátil reducido y optimizan el mojado.

Soluciones a la porosidad

Rellenando los poros

Los poros en las uniones de soldadura son una preocupación para muchos fabricantes de electrónicos. Estos poros generan debilidades en las uniones de soldadura lo que puede provocar fallas mecánicas. Los poros pueden reducir o limitar la eficiencia de transferencia de calor lejos del componente lo que provoca fallas térmicas. Los poros también pueden interferir con el flujo de la señal eléctrica, creando problemas con la función de la placa de circuito. La minimización de la porosidad es beneficiosa para la duración y la función del ensamblaje de circuito impreso. 

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Rellenando los poros II: UNA INVESTIGACIÓN SOBRE LOS MÉTODOS PARA REDUCIR LA POROSIDAD

Los poros en las uniones de soldadura afectan a muchos fabricantes de soldadura. ¿Usted tiene poros en su vida? Tenemos buenas noticias para usted, existen muchas buenas maneras de “rellenar esos poros”. Este documento es una continuación de trabajos previos sobre la porosidad en el se estudiaron las siguientes variables: soldaduras en pasta solubles en agua lead free, una variedad de diseños de stencil y perfiles de reflujo. Se utilizaron componentes de pads térmicas Quad Flat No lead (QFN) como el vehículo de prueba. Los resultados de la porosidad fueron resumidos y se hicieron recomendaciones para la reducción de los poros.

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RELLENANDO LOS POROS III

Este estudio es la tercera parte en una serie de documentos sobre los poros en las uniones de soldadura y métodos para mitigarlos. En este estudio se probaron algunas nuevas variables y se compararon con información previa sobre la porosidad. Se utilizó un nuevo diseño de placa de circuito, el cual es diferente al diseño utilizado en estudios enteriores. El nuevo diseño de placa de circuito incluye dos tamaños de componentes QFNs (Quad Flat No Lead), BGA’s (Ball Grid Array), y LGA (Land Grid Array) los cuales son suceptibles a la porosidad.

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RELLENANDO LOS POROS IV

Los poros son una plaga para nuestros electrónicos y hay que eliminarlos. En los útimos años, hemos estudiado la porosidad en las uniones de soldadura y publicado tres documentos técnicos con métodos para “Rellenar los poros”. Este documento es la cuarta parte de esta serie. El enfoque de este trabajo es el de mitigar los poros para las placas de circuito impreso con pads de paso.

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FCT Solder fabrica soldaduras en pasta y stenciles para resolver

problemas como la porosidad en las uniones de soldadura.