Hasta ahora, el estaño sigue considerándose el mejor material para soldar. Incluso la pasta de soldadura sin plomo también está compuesta principalmente de estaño y la única diferencia radica en la ausencia de plomo.
La temperatura de fusión del estaño puro (Sn) es tan alta como 231,9 °C, lo que en realidad es difícilmente aceptable para la soldadura en el ensamblaje de PCB (placas de circuito impreso), ya que algunos componentes electrónicos no pueden soportar una temperatura tan elevada. Como resultado, se debe añadir soldadura de aleación al polvo de estaño, que constituye la mayor parte de la pasta de soldar, como plata (Ag), indio (In), zinc (Zn), antimonio (Sb), cobre (Cu), bismuto (Bi), etc. Con la adición de estos metales traza al polvo de estaño, el punto de fusión de la pasta de soldar puede reducirse, de modo que el ensamblaje de PCB pueda llevarse a cabo en grandes cantidades con ahorro de energía.
El otro objetivo de añadir metales traza a la pasta de soldadura radica en su función de mejorar el rendimiento de las bolas de soldadura, como su tenacidad o resistencia, de modo que se puedan obtener propiedades perfectas en términos de mecánica, electricidad y rendimiento térmico después de la soldadura.
Ahora bien, no es difícil entender por qué Sn63Pd37 representa la mayor parte de la pasta de soldadura con plomo. Dicha pasta de soldadura puede alcanzar una temperatura de fusión de hasta 183 °C, que es mucho más baja que la del estaño puro. En cuanto a la pasta de soldadura sin plomo, si se añade una pequeña cantidad de SAC305, la temperatura de fusión puede reducirse a 217 °C, mientras que si se añade una pequeña cantidad de SCN, la temperatura de fusión puede reducirse a 227 °C. Tanto 217 °C como 227 °C son inferiores a la temperatura de fusión del estaño puro, que es de 231,9 °C.
Después de mezclar proporcionalmente dos tipos de metales con altas temperaturas de fusión, la temperatura de fusión del compuesto disminuye. ¿No es sorprendente? De hecho, la razón de esto se debe a ciertas características químicas y no se tratará en este artículo.
Hay algunos tipos de metales que se pueden añadir a la pasta de soldadura para que el proceso de soldadura se lleve a cabo sin problemas. Las características y funciones de esos metales se presentarán en el siguiente artículo.
• Plata (Ag)
En términos generales, añadir plata a la pasta de soldar tiene como objetivo mejorar la humectabilidad de la soldadura y aumentar la resistencia mecánica y a la fatiga de la unión. La pasta de soldar puede superar la prueba de ciclos de frío y calor. Sin embargo, si se añade demasiada plata (normalmente más del 4%), las bolas de soldadura se volverán frágiles.
• Indio (In)
El indio es posiblemente un tipo de metal que puede mezclarse con estaño para formar una aleación metálica con la temperatura de fusión más baja. El punto de fusión más bajo de 52In48Sn puede ser tan bajo como 120 °C, mientras que el de 77,2Sn/20In/2,8Ag puede ser tan bajo como 114 °C. En algunas situaciones, la soldadura con baja temperatura de fusión será una buena opción debido a sus buenas propiedades físicas y su humectabilidad. Sin embargo, el indio es tan escaso en todo el mundo que es muy caro. Como resultado, el indio difícilmente puede aplicarse de forma masiva.
• Zinc (Zn)
Dado que el zinc es bastante común, puede comprarse a un precio bajo similar al del plomo. Aunque el punto de fusión de la aleación de zinc y estaño es más bajo que el de la plata pura, no hay diferencia. Además, el zinc presenta una desventaja evidente: reacciona fácilmente con el oxígeno del aire formando óxidos. Estos óxidos reducen la humectabilidad de la soldadura, de modo que se producirán muchas salpicaduras de estaño o disminuirá la calidad de la soldadura.
• Bismuto (Bi)
El bismuto también funciona muy bien para ayudar a disminuir la temperatura de fusión de la aleación. La aleación Sn42Bi58 presenta una temperatura de fusión tan baja como 138 °C, mientras que la de Sn64Bi35Ag1 es de solo 178 °C. La temperatura de fusión de la aleación de estaño, zinc y bismuto puede ser tan baja como 96 °C. El bismuto presenta un desempeño muy bueno en cuanto a humectabilidad y propiedades físicas. Después de que la soldadura libre de plomo se popularizó, la demanda de bismuto aumentó drásticamente y el bismuto se utiliza principalmente en productos que no soportan soldaduras a alta temperatura. La mayor desventaja de la aleación estaño-bismuto radica en su baja fragilidad y en la insuficiente resistencia de las esferas de soldadura, razón por la cual se añade una pequeña cantidad de plata para aumentar la resistencia y la resistencia a la fatiga.
• Níquel (Ni)
Agregar níquel a la soldadura no tiene como objetivo disminuir la temperatura de fusión. Después de todo, en comparación con la aleación de estaño y níquel, el estaño puro presenta una temperatura de fusión más baja. Agregar una pequeña cantidad de níquel solo sirve para evitar que el sustrato de cobre se disuelva durante la soldadura. El níquel se utiliza especialmente en la soldadura por ola para evitar que la placa OSP (Conservante Orgánico de Soldabilidad) “muerda” el cobre, por lo que la barra de soldadura que contiene la aleación SnCuNi (SCN) se aplica en la soldadura por ola.
• Cobre (Cu)
Agregar una pequeña cantidad de cobre a la pasta de soldadura puede aumentar la rigidez de la soldadura, de modo que se incremente la resistencia de las bolas de soldadura. Además, una pequeña cantidad de cobre puede reducir el efecto de corrosión causado por la soldadura. La cantidad de cobre añadida a la soldadura debe ser inferior al 1%, ya que más del 1% de cobre posiblemente disminuirá la calidad de la soldadura.
El estaño sigue siendo la base para una soldadura eficaz en el ensamblaje de PCB, pero la adición de metales de aleación como la plata, el indio y el cobre mejora el rendimiento al reducir los puntos de fusión y aumentar la resistencia mecánica. La posibilidad de modificar las fórmulas de la pasta de soldadura permite una producción rápida y repetible de PCBs, algo fundamental para cumplir con las exigentes especificaciones de la electrónica actual. Comprender el papel de los metales de aleación garantiza que los procesos de soldadura proporcionen propiedades mecánicas, eléctricas y térmicas óptimas.
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