La era actual ha sido testigo de una alta velocidad de integración y de la producción y fabricación masiva de componentes de plomo que deben ser miniaturizados. Cuando se trata del ensamblaje SMT (Tecnología de Montaje Superficial), los componentes tienen que pasar por una serie de procesos, incluyendo el preprocesamiento, la colocación, la soldadura, la prueba y el empaquetado. Durante todo el proceso, la aparición de ESD (Descarga Electrostática) puede provocar daños de diferente magnitud, reduciendo el rendimiento del ensamblaje SMT. Sin embargo, en el proceso de soldadura, la humedad dentro de los componentes puede generar vapor y presión, causando grietas en el interior de los componentes que pueden propagarse. Como resultado, pueden producirse cortocircuitos, reduciendo la fiabilidad de los productos. Por lo tanto, el daño causado por la ESD en las uniones de soldadura es tan grave que se le debe prestar suficiente atención, y de ello trata este artículo.
Fuente de generación de ESD
La electricidad electrostática proviene principalmente de tres fuentes: fricción, inducción y el cuerpo humano.
a. ESD por fricción
Como un tipo de energía eléctrica, la electricidad electrostática suele permanecer en la superficie de los objetos y su generación proviene del desequilibrio entre cargas positivas y negativas dentro de un rango parcial. En términos generales, la electricidad electrostática se genera mediante la transferencia de electrones e iones. Cuando se produce fricción entre dos objetos aislantes, la energía eléctrica en la superficie de uno de los objetos se transfiere a la superficie del otro objeto, que entonces presenta cargas negativas. La ESD por fricción está mayormente relacionada con la limpieza de la superficie del objeto, su tamaño y el entorno.
b. ESD por inducción
Los objetos capaces de provocar inducción son los conductores y el medio dieléctrico en el campo de la electricidad estática. Cuando hay conductores alrededor de objetos cargados, se producirá polarización en los conductores debido al efecto del campo electrostático. Como resultado, aparecerán cargas inductivas con polarizaciones opuestas y valores equivalentes, lo que aumentará la posibilidad de ESD.
c. ESD por cuerpo humano
El cuerpo humano se considera la principal fuente de ESD durante todo el proceso de ensamblaje SMT. Cuando las personas se mueven, la fricción causada por los zapatos o la ropa provoca la carga de los objetos. Además, la temperatura, el movimiento a alta velocidad y las fracturas también provocarán ESD.
De hecho, la electricidad estática se encuentra a menudo en la vida cotidiana de las personas, pero causa pocos daños. Sin embargo, si se utilizan con frecuencia circuitos integrados (IC) y materiales de polímeros de alto peso molecular, el daño por ESD aumentará. Por lo tanto, es de gran importancia proponer un esquema de protección contra ESD en el proceso de ensamblaje SMT.
Daño por ESD en uniones de soldadura
Las uniones de soldadura desempeñan un papel tan clave en todo el sistema de productos electrónicos que asumen la responsabilidad de la conexión durante el funcionamiento del circuito. En la actualidad, los circuitos se vuelven cada vez más densos, con un aumento sustancial en la cantidad de uniones de soldadura. Si algo falla en una sola unión de soldadura, todo el sistema de circuito quedará inutilizado. Los defectos de las uniones de soldadura provienen principalmente de los defectos que se producen durante el proceso de ensamblaje SMT. Una vez que la temperatura ambiental fluctúa o la corriente de todo el circuito se vuelve inestable, los componentes se calientan tanto que la fatiga térmica reduce aún más el rendimiento de los productos electrónicos. Además, cuando la temperatura alrededor de las uniones de soldadura cambia, se genera tensión térmica dentro de las uniones de soldadura.
Otro defecto de las uniones de soldadura son las cavidades. La cavidad se refiere a pequeñas burbujas de aire dentro de las uniones de soldadura y se origina por la expansión de compuestos o por el aire residual en la pasta de soldar. Aunque la inspección visual puede utilizarse para detectar algunas cavidades externas de las uniones de soldadura, las cavidades formadas durante el proceso de soldadura se convierten en una amenaza tan grande que resulta difícil ponerlas en evidencia. Sin embargo, las cavidades se forman debido a una serie de procesos naturales, lo que significa que son inevitables. Por un lado, las cavidades pueden impedir que se formen fracturas o cambiar las rutas de propagación de las fracturas. Por otro lado, las cavidades reducirán la vida útil de los productos finales.
Medidas para minimizar el efecto negativo de las uniones de soldadura
La protección contra ESD encabeza la lista de problemas que posiblemente ocurran durante el proceso de ensamblaje SMT. Los operadores deben contar con conocimientos suficientes sobre la protección contra ESD y ser plenamente conscientes del objetivo y de las medidas específicas de la protección contra ESD. Además, todos los operadores deben recibir capacitación para adquirir el know-how y mantener una alta conciencia respecto a la protección contra ESD.
• Medida de protección ESD n.º 1: Conductores y aislantes
Si se genera electricidad estática en los conductores, debe descargarse a tiempo a través de varios canales, como ciertos equipos y dispositivos. El canal de fuga electrostática puede ser la puesta a tierra con conductores, de modo que las cargas electrostáticas puedan liberarse de los conductores. Se pueden instalar cables antiestáticos para contribuir a la protección ESD y deben establecerse de forma independiente para separar los cables de puesta a tierra de potencia y las líneas de puesta a tierra antiestática. Dado que las cargas no pueden moverse en los aislantes, la medida de protección ESD para conductores no funciona en los aislantes. Por lo tanto, la neutralización de carga se aplica normalmente para la protección ESD de los aislantes. Se utiliza un ventilador de iones para generar iones positivos y negativos de modo que las cargas electrostáticas puedan neutralizarse. En el mismo entorno, la disminución de la temperatura ambiental conduce a una mejora de la humedad que también afecta la conductividad de los conductores. Cuando la conductividad eléctrica aumenta constantemente y la humedad también sube, es más fácil protegerse contra ESD en dicho entorno. Como resultado, una solución óptima como medida de protección ESD en un campo peligroso es aumentar la humedad y disminuir la temperatura.
• Medida de protección ESD n.º 2: Dispositivo de protección ESD
Para reducir en gran medida la generación de electricidad estática y liberar la electricidad estática existente, los dispositivos de protección ESD deben presentar una conductividad suficiente y ser capaces de controlar la velocidad de fuga de ESD para evitar que la electricidad estática se descargue en exceso.
• Medida de protección ESD n.º 3: circuito de protección
Es bastante normal añadir un circuito de protección a las medidas de protección ESD. Sin embargo, el circuito de protección no se acepta en circuitos miniaturizados y de alta densidad.
En lo que respecta a las medidas de protección ESD, deben tenerse en cuenta muchos elementos al tomar una decisión para que pueda aplicarse la medida de protección ESD óptima.
P.D. Algunos consejos para una generación óptima de uniones de soldadura en el proceso de ensamblaje SMT
A medida que los productos electrónicos se vuelven constantemente más miniaturizados y multifuncionales, resulta cada vez más difícil analizar las causas de los defectos durante el proceso de ensamblaje SMT. Los problemas de las uniones de soldadura han sido un tema clave en el proceso de ensamblaje SMT, por lo que dichos problemas pueden abordarse ajustando adecuadamente la curva de temperatura de la soldadura por refusión.
La cavidad es capaz de acelerar la velocidad de propagación de la fractura y la resistencia de las uniones de soldadura se verá reducida. La aplicación de vías ciegas en la PCB (Placa de Circuito Impreso) dará lugar a cavidades, que también serán causadas por una aplicación inadecuada de la tecnología. Hay aire en las vías ciegas y su volumen se ampliará después de ser calentado. Además, parte del aire es expulsado cuando la pasta de soldadura se está fundiendo y el aire que no se expulsa se convertirá en cavidad en la unión de soldadura.
Además, la formación de cavidades está directamente relacionada con la temperatura de soldadura. La temperatura de precalentamiento debe mantenerse durante un período de entre 90 y 120 segundos para que el aire y el agua contenidos en la pasta de soldadura se evaporen completamente, lo que puede reducir la probabilidad de aparición de cavidades. O bien, reducir la tensión superficial de la pasta de soldadura puede expulsar las burbujas en un entorno de alta temperatura.
