El tamaño importa: los efectos del tamaño del polvo de soldadura en el rendimiento de la pasta de soldadura

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Abstracto

El tamaño del polvo de soldadura es un tema popular en la industria electrónica debido a la tendencia continua de miniaturización de la electrónica. La pregunta más frecuente es: "¿Cuándo debemos cambiar del Tipo 3 a un polvo de soldadura más pequeño?" El tamaño del polvo de soldadura generalmente se elige en función de los requisitos de impresión de la pasta de soldadura. Es una práctica común usar polvos de soldadura IPC Tipo 4 o 5 para diseños de esténcil que incluyen proporciones de área por debajo del límite IPC recomendado de 0,66. Los efectos del tamaño del polvo de soldadura en la capacidad de impresión de la soldadura en pasta han sido bien documentados.

El tamaño del polvo de soldadura afecta el rendimiento de la soldadura en pasta de otras maneras. La vida útil, la vida útil de la plantilla, el rendimiento del reflujo, el comportamiento de vacío y la reactividad/estabilidad se ven afectados por el tamaño del polvo de soldadura. Se realizaron pruebas para medir cada uno de estos atributos de rendimiento de la soldadura en pasta para los polvos de soldadura IPC Tipo 3, 4, 5 y 6 SAC305 en pastas de soldadura solubles en agua y no limpias. Se cuantificaron y resumieron los datos de rendimiento para cada tamaño de polvo de soldadura en cada fundente de pasta de soldadura. Se brinda orientación para elegir el tamaño óptimo de polvo de soldadura en base a los resultados de este estudio.

Introducción

El tamaño importa. Esa simple declaración es cierta para muchas cosas en la vida. Las manos pequeñas son mejores para enviar mensajes de texto rápidos. Las personas grandes son mejores para jugar en la línea ofensiva o defensiva en la liga nacional de fútbol. Los anticuerpos son microscópicamente pequeños pero juegan un papel clave en nuestra salud y bienestar. ¿Quién no quiere una gran taza de café (Figura 1)?

Figura 1:El tamaño importa.

El tamaño también importa en el mundo de la soldadura en pasta. El tamaño del polvo de soldadura utilizado en una pasta de soldadura tiene un efecto sobre el rendimiento de la pasta de soldadura. Los tamaños de polvo de soldadura se clasifican por tipo en el estándar IPC J-STD-005 (requisitos para pastas de soldar) [1]. La Tabla 3-2 detalla los rangos de tamaño del polvo de soldadura para cada tipo, y se muestra un extracto en la Tabla 1.

El rango de tamaño de partícula principal normalmente se asocia con el tipo. Por ejemplo, el polvo de soldadura tipo 3 cae principalmente dentro del rango de tamaño de 25 a 45 µm; por lo tanto, la soldadura en pasta Tipo 3 puede etiquetarse como "Tipo 3 (25–45 µm)". La figura 2 muestra los tamaños de polvo de soldadura de los tipos 3, 4, 5 y 6.

Tabla 1:Tamaño del polvo de soldadura (adaptado de la Tabla 3-2 de IPC J-STD-005A).

¿Por qué usar polvo de soldadura tipo 4, 5 o 6 en lugar del tipo 3? La principal razón para usar polvos de soldadura más pequeños en la soldadura en pasta es mejorar la imprimibilidad de los componentes en miniatura. A medida que disminuye el tamaño del polvo de soldadura, las pastas de soldadura se pueden imprimir a través de aberturas de plantilla más pequeñas. Si se sigue la regla de las "5 bolas" del estándar de directrices de diseño de esténcil IPC-7525 [2], entonces se puede calcular el tamaño de apertura mínimo a través del cual puede ocurrir la impresión para cada tamaño de polvo de soldadura [3]. Estos cálculos para el tamaño mínimo de apertura se realizaron usando cinco veces el tamaño máximo de polvo de soldadura del rango principal (Tabla 2).

Figura 2:Polvos de soldadura IPC tipo 3, 4, 5 y 6.

En términos generales, la soldadura en pasta tipo 3 se puede usar para componentes que van hasta el tamaño de paquete imperial 0402. La mayoría de los usuarios de soldadura en pasta prefieren la soldadura en pasta Tipo 4 para 0201 imperial, micro BGA y componentes similares. La soldadura en pasta tipo 5 se usa incluso para aplicaciones de soldadura más pequeñas, como componentes imperiales 01005 [4] o cuando la soldadura en pasta tipo 4 no se imprime adecuadamente. Las soldaduras en pasta tipo 5 y 6 se utilizan para aplicaciones de dosificación, como la impresión por inyección. La soldadura en pasta tipo 6 también se utiliza para otras aplicaciones de características ultrafinas [5 y 6].

Tabla 2:Tamaño del polvo de soldadura y tamaño mínimo de apertura de la plantilla para imprimir usando la regla de las 5 bolas.

Además de las capacidades de impresión que ofrecen los polvos de soldadura más pequeños [7], se producen otros cambios en el rendimiento cuando se utilizan polvos de soldadura más pequeños. El esténcil y la vida útil de las soldaduras en pasta pueden acortarse cuando se usan polvos de soldadura más pequeños. Los polvos de soldadura más pequeños tienen un mayor potencial de bolas de soldadura y graping aleatorios. El comportamiento de anulación también puede verse afectado por un cambio en el tamaño del polvo de soldadura. El objetivo de este estudio es cuantificar el rendimiento de los polvos de soldadura IPC Tipo 3, 4, 5 y 6 SAC305 (Sn/Ag 3,0 %/Cu 0,5 %) en pastas de soldadura solubles en agua y sin limpieza. Los datos experimentales de cada soldadura en pasta se comparan y contrastan, y se dan recomendaciones para el uso óptimo de cada soldadura en pasta.

Metodología

Área de superficie de polvo de soldadura y reactividad

Tabla 3:Tamaño y área superficial del polvo de soldadura para una masa de 1 Kg.

A medida que disminuye el tamaño del polvo de soldadura, el área superficial del polvo de soldadura aumenta para una masa dada (Tabla 3) [8]. Estas áreas superficiales se calcularon usando el valor medio en el rango de tamaño de partícula principal.

El área superficial del polvo de soldadura es importante porque juega un papel en la reactividad del polvo de soldadura. A medida que aumenta el área superficial, aumenta la velocidad de reacción. Imagina tratar de disolver un terrón de azúcar en una taza de agua. Se necesita tiempo y mucha agitación para que el azúcar se disuelva por completo. Si la misma masa de azúcar granulada se mezcla en una taza de agua, se disuelve mucho más rápido.

Para leer el artículo completo, que apareció en la edición de julio de 2019 de la revista SMT007, haga clic aquí.