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Bolas de soldadura de PCB: Cómo hacer una buena

Acerca de Bolas de soldadura de PCB, Una bola de soldadura es una masa de soldadura que puede servir para conectar un paquete de chips y una PCB. También puede utilizar placas de soldadura para conectar cajas apiladas en paneles multichip.

Se pueden montar en placas de circuitos manualmente o mediante equipos automatizados. Su colocación generalmente se asegura mediante un fundente pegajoso.

Sin embargo, las bolas de soldadura son un arma de doble filo. Las bolas de soldadura también son el defecto más común que resta valor a los procesos de ensamblaje de SMT. Una bola de soldadura colocada a menos de 0,13 mm de trazas, o que tenga un diámetro superior a 0,13 mm, viola el principio de distancia eléctrica mínima.

Los errores que pueden hacer que una bola de soldadura produzca defectos en una PCB ensamblada son innumerables. Según IPC, las bolas de soldadura no causan defectos siempre que se mantengan firmemente en su lugar. Este artículo examina lo bueno, lo malo y lo feo de las bolas de soldadura.

1. ¿Qué es una bola de soldadura? 

Las bolas de soldadura también se denominan protuberancias o esferas de soldadura, debido a su geometría. Una bola de soldadura es una pieza esférica de soldadura que se utiliza para conectar paquetes de chips a PCB.

Las bolas de soldadura se crean mediante procesos secuenciales de flujo / enfriamiento o reflujo. Después de pasar por estos procesos, se desengrasan y clasifican.

Puede aumentar la confiabilidad del contacto de una bola de soldadura al aplanar su forma de bola en forma de moneda. A esta bola de soldadura la llamamos bola de soldadura de moneda. 

Cuando las bolas de soldadura son malas noticias para PCB 

Una bola de soldadura también puede causar defectos en una PCB. Pueden socavar la fiabilidad eléctrica de un PCB electrónico. Las bolas de soldadura dentro de 0,13 mm de trazas, o con un diámetro superior a 0,13 mm, violan el principio de juego eléctrico mínimo.

El estándar IPC A 610 estipula que incluso las placas soldadas de <= 0,13 mm de diámetro pueden causar defectos. Tales defectos ocurren cuando se colocan cinco bolas de soldadura con el diámetro estipulado con 100 mm ^ 2.

Puede crear inadvertidamente bolas de soldadura perjudiciales durante el reflujo automático, así como durante la soldadura manual. Cuando la bola de soldadura no se deforma en el residuo no limpio o en el revestimiento de conformación, se vuelve una pesadilla.

Sin embargo, podría ser complicado determinar si la bola está atrapada en un residuo no limpio o en un revestimiento de conformación. Sin embargo, una forma natural y confiable que puede utilizar para determinarlo es barriéndola con un cepillo.

Si permanece en su lugar después de acariciarlos con un cepillo, no causará ningún defecto. Esa es la opinión del IPC al respecto.

Hay otras formas de solucionar problemas de una bola de soldadura problemática.

El método de resolución de problemas más efectivo primero intenta identificar la etapa donde ocurre la bola de soldadura no deseada.

La bola de soldadura defectuosa puede ocurrir durante el proceso de impresión, el método de recogida y colocación o el proceso de reflujo.

Las bolas de soldadura son partes integrales de la mayoría de los productos electrónicos de consumo. Sin embargo, a medida que los consumidores exigen cada vez más dispositivos electrónicos portátiles, potentes e inteligentes, resulta más importante hacerlo bien con las placas de soldadura.

Sin embargo, las bolas de soldadura siguen siendo uno de los componentes más complejos y delicados de los circuitos eléctricos. Su uso requiere un alto grado de escrupulosidad.

¿Quiere aprender sobre la mejor manera de desplegar bolas de soldadura? Sigue leyendo.

Bolas de soldadura de PCB

Bola de soldadura

2. válvula de bola de soldadura 

Una válvula de bola de soldadura puede actuar como un conector entre múltiples pilas de chips en una PCB. Puede servir para regular el flujo de electrones y señales entre las distintas capas de la pila.

Las válvulas de bola de soldadura generalmente están contenidas en un Ball Grid Array (BGA). Un BGA generalmente proporciona más interconectividad que un paquete doble en línea o plano. 

Cómo soldar una válvula de bola 

El método descrito aquí gira en torno a colocar válvulas de bola de soldadura en paquetes BGA mediante el uso de una herramienta de recogida de bolas. El objetivo principal es formar una serie de bolas de soldadura sobre un sustrato.

Utilizará este sustrato para interconectar los sitios conductores en otros sustratos.

Para implementar este método, necesitará una herramienta para recoger bolas. Esta herramienta de recogida de bolas utiliza succión al vacío para recoger las bolas de soldadura de un depósito de bolas fluidizado. Eso implica que necesita un depósito de bolas de soldadura que contenga una colección de bolas de soldadura prefabricadas.

El depósito también debe venir con agentes de fijación. Eso también implica que necesita al menos una aspiradora. Eso también significa que necesita al menos una fuente de vacío para proporcionar potencia de succión al orificio de la herramienta.

La herramienta de succión al vacío tiene al menos un orificio para recoger una herramienta de soldadura prefabricada. También viene con un asiento de bola conectado a una fuente de vacío y una fuente de presión, controlable.

La herramienta despliega un chorro de gas para inyectar las bolas de soldadura recogidas en los sitios conductores de un sustrato.

En otra disposición de la tecnología, las almohadillas del sustrato se colocan en un depósito de bolas fluidizado. El revestimiento se aplica con un fundente o adhesivo que atrae y se une con las bolas de soldadura en la piscina.

Aún así, ¿desea obtener más información sobre las mejores formas de usar bolas de soldadura? Lo descubrirás en el próximo capítulo.

Soldadura manual

Bola de soldadura

3. ¿Cómo hacer una bola de soldadura? 

Uno de los métodos de creación de bolas de soldadura más antiguos y ampliamente utilizados es el diseño de 3 orificios. En este método, comienza adquiriendo primero una aleación de soldadura sólida, preferiblemente una Sn63Pb37 o una soldadura sin plomo.

Elabore la aleación de soldadura en un alambre de soldadura o una hoja de soldadura. Para un cable, córtelo en trozos pequeños y, para una hoja de soldadura, elimine las motas. Corte piezas y trozos en medidas que produzcan con precisión el volumen de una bola de soldadura con un diámetro de 2 mm.

A continuación, coloque las piezas y las motas en una columna de aceite caliente para que se derrita. La sección superior de la columna de crudo caliente debe tener una temperatura por encima del punto de fusión. Además, la temperatura de la sección inferior debe estar por debajo del punto de fusión.

Obtendrá las bolas de soldadura que desee cuando las piezas y las motas de la columna de aceite caliente se derritan. A continuación, enfriar las bolas en un líquido viscoso.

Tenga en cuenta que la presencia de óxidos en la columna puede distorsionar la forma esférica de las bolas.

Sin embargo, puede colocar una película de fundente sobre la columna para evitarlo.

Este método es altamente eficiente y de bajo costo. Con este método, puede crear hasta 7.000 bolas de soldadura de alta calidad por segundo en cualquier orificio. Sin embargo, la técnica también tiene sus desventajas.

Para empezar, la técnica puede estar cargada de contaminación y resultar complicada. Cada una de las bolas tendrá un peso diferente, aunque puedes medir sus valores. Además, es casi imposible obtener bolas con una tolerancia del 1,5%.

La importancia del empaque en la bola de soldadura formada

Como se señaló anteriormente, la presencia de óxidos puede distorsionar la forma de la bola de soldadura. Una forma de evitar la oxidación de las bolas de soldadura es mediante el embalaje.

El embalaje no solo puede evitar la eliminación de oxígeno, sino que también puede prolongar la vida útil de las bolas de soldadura incluso más allá de su fecha de caducidad.

¿Quiere aprender más sobre cómo evitar placas de soldadura defectuosas? El próximo capítulo contiene las respuestas.

Soldadura manual

Bola de soldadura

4. ¿Qué causa las bolas de soldadura durante la soldadura manual? 

Estas son algunas de las causas de las bolas de soldadura. 

Humedad 

La presencia de humedad en su pasta de soldadura puede hacer que las bolas de soldadura exploten durante el reflujo. El agua se filtra en la pasta de soldadura durante la refrigeración.

Si la pasta no alcanza la temperatura ambiente después de sacarla del refrigerador, absorberá la humedad. Sin embargo, puedes eliminar el agua horneando. 

Placa de circuito 

La propia placa puede provocar bolas de soldadura no deseadas durante la soldadura manual. El aire, la humedad o el alcohol utilizados para limpiar la placa pueden hacer que la placa produzca bolas de soldadura no deseadas.

Estos contaminantes pueden infiltrarse entre las capas, las vías abiertas y los orificios pasantes de una tabla con placas agrietadas o incompletas. Además, cuando la placa se calienta en reflujo, estos contaminantes son expulsados. Su escape abrupto dispara gases en todas direcciones y, en consecuencia, lanza soldadura líquida a través del tablero. Los gases de pasta fundente también pueden producir este efecto cuando escapan de las secciones del panel cercanas a la superficie.

Si su tablero admite contaminantes a través de bordes abiertos, grietas de vías y orificios pasantes, no hay mucha esperanza. Lo más probable es que necesites rehacer el tablero, ya que no puedes eliminar el aire atrapado.

Si los gases de la pasta salen a chorro de debajo del tablero, puede resolver esto reduciendo la cantidad de pasta. También puede solucionar este problema minimizando la cantidad de volátiles en la pasta. 

Plantillas manchadas 

Es posible que su plantilla esté depositando pasta de soldadura de manera discriminatoria. Debe asegurarse de que el proceso de limpieza debajo de la plantilla que utiliza sea eficiente y completo.

Podría ser que esté usando un rollo de limpieza debajo de la plantilla inadecuado, que es demasiado grueso. El grosor inadecuado del registro puede hacer que las bolas se extiendan por la parte inferior de la plantilla. Además, cuando finalmente usa la plantilla en un PCB, las bolas adicionales se depositan en el tablero. 

Formulación inadecuada de pasta de soldadura 

Las pastas de soldadura mal formuladas pueden explotar durante el reflujo de calor y soplar las soldaduras líquidas al azar en todo el tablero. Los materiales volátiles suelen ser las causas más probables de la explosión.

En tales casos, puede prevenir tales explosiones reduciendo la tasa de rampa de precalentamiento. Eso permite que el material volátil sea expulsado sin desgasificación abrupta. Sin embargo, debe asegurarse de precalentar lo suficientemente lento. 

La mejor técnica de solución de problemas para las bolas de soldadura que se producen durante la soldadura manual 

La mejor manera de averiguar las causas de las bolas de soldadura durante la soldadura manual es probar varios productos. El objetivo es comprobar si el defecto se produce en determinados tipos de PCB. Ejecute varias placas con la misma pasta de soldadura y equipo para identificar las variables exactas a partir de las cuales se originó la falla.

En el próximo capítulo, profundizaremos en la confiabilidad de las bolas de soldadura y qué técnicas de resolución de problemas usar.

Bolas de soldadura de PCB

Bola de soldadura

5. la confiabilidad de la junta de rótula de soldadura 

Se han realizado estudios para mostrar los efectos del espesor de la película de Pd en la confiabilidad de la junta esférica de soldadura. El tema de la encuesta fue el recubrimiento de Ni / Pd / Au sin electricidad en una junta esférica de soldadura Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305). Estudio utilizó una prueba de cizallamiento con bola de soldadura.

El espesor de la película de Pd entre 0.05-0.02 micrones fue el óptimo para la confiabilidad de las juntas de soldadura después de múltiples ciclos de reflujo. Los estudios también han demostrado que las juntas esféricas de soldadura son más fiables cuando se utilizan electrodos de 0,02 micrones de espesor.

Este resultado es incluso mejor que el obtenido con el recubrimiento de Ni / Au no electrolítico.

El estudio también muestra que la forma y el grosor de los compuestos intermetálicos (IMC) determinan la confiabilidad de una bola de soldadura. En particular, el grado de adhesión en la capa dendrítica de la interfaz IMC / soldadura influyó enormemente en la confiabilidad de una bola de soldadura.

También se demostró que los IMC de (Cu, Ni, Pd) 6Sn5 que contenían cantidades mínimas de Pd producen una excelente confiabilidad de las juntas de rótula de soldadura. Principalmente debido a que el Pd inhibió el crecimiento de IMC.

¿Quiere explorar más a fondo los problemas que limitan la fiabilidad de las bolas de soldadura? Sigue leyendo 

6. Problemas y defectos 

El estándar IPC A 610 estipula que cinco bolas de soldadura con diámetros <= 0.13 mm no deben colocarse dentro de 100 mm ^ 2. Sin embargo, esta no es la única razón de una bola de soldadura defectuosa.

La soldadura puede correr sobre una pista mojada debido a un revestimiento de resistencia deficiente. Una capa poco confiable puede no adherirse al recubrimiento de estaño / plomo de una pista. El recubrimiento también puede fallar como resultado de un control deficiente del espesor de impresión. Sería útil si tuviera mucho cuidado al quitar las bolas de soldadura que resultan de un recubrimiento de baja resistencia inducido por la humedad. Podría dañar fácilmente la pista al hacerlo. 

Soldadura por ola 

Pueden ocurrir bolas de soldadura aleatorias debido al escupir de la ola. Por lo tanto, este defecto está directamente relacionado con los parámetros de soldadura por ola. La separación de la cerradura puede ser asistida por la colocación de la soldadura en la distancia de las pistas.

En tal caso, la soldadura puede rebotar en el baño.

Además, puede producirse una bola de soldadura si configura el precalentamiento incorrectamente o si aumenta la cantidad de fundente de manera inapropiada. En este caso, el disolvente se escapará del fundente de forma defectuosa.

Puede identificar este problema colocando una placa de vidrio sobre la ola. Debería ver algunas burbujas en la parte inferior del vaso cuando el vaso entra en contacto con la onda. Cuantas menos burbujas detectes, mejor.

También debe confirmar que la resistencia y el flujo son compatibles. 

Explosión de materiales volátiles 

La aparición de uniones de soldadura aleatorias también puede deberse a explosiones provocadas por los residuos volátiles en el fundente. Puede resolver esto colocando una pieza de la tarjeta blanca sobre la ola, dejándola allí mientras la ola corre.

Sería útil si no procesara la placa mientras hacía esto la primera vez. Luego, pase el tablero a través de la máquina mientras la pieza de la tarjeta blanca permanece en su lugar. Lo más probable es que identifique al culpable a partir de ahí. 

En resumen 

Muchas razones pueden causar placas de soldadura defectuosas. A continuación se muestra un resumen de las causas más comunes:

  • Falta de máscaras de soldadura entre almohadillas adyacentes.
  • Temperatura de precalentamiento no es lo suficientemente alta para activar el fundente.
  • Falta de espacio adecuado entre almohadillas adyacentes.

Colocación incorrecta de elementos en una placa de circuito.

Residuos de soldadura que quedan en las superficies y almohadillas de PCB.

Pasta de soldadura exprimida debido a una presión demasiado alta durante la colocación.

El uso de pasta en exceso y la aparición de hundimiento de la pasta.

Una plantilla sucia manchada con pasta de soldadura en su parte inferior.

Desalineación de la soldadura en pasta durante la impresión. 

Los mejores métodos de solución de problemas 

  1. Asegúrese de que el tapete y la plantilla sean compatibles y que las dimensiones sean las correctas.
  2. Limpiar las plantillas lo más rápida y minuciosamente posible.
  3. Ajuste la presión de impresión de la pasta de soldadura.
  4. Eliminando el espacio entre la PCB y la plantilla.
  5. Usando otra máscara de soldadura entre las almohadillas.
  6. Ajuste la presión para recoger y colocar la boquilla.
  7. Separando el nuevo flex del viejo flex.
Bolas de soldadura de PCB

Bola de soldadura

7. Conclusión 

Una forma de asegurarse de hacer las cosas bien es utilizar herramientas de observación de alta calidad. Verifique en cualquier lugar donde se use una pasta de soldadura durante cada proceso usando un microscopio o rayos X.

Independientemente del tipo de componentes instalados y la PCB o si se debe limpiar el panel, puede utilizar estas herramientas para observar. Sin embargo, al hacerlo, y también utilizando la información de esta guía, hará el mejor uso de las placas de soldadura.

No obstante, debería poder obtener ayuda de su fabricante. Sin embargo, también debe asegurarse de que la asistencia técnica que recibe de su fabricante provenga de un técnico experimentado. No todos los representantes de su fabricante conocen lo suficiente sobre las peculiaridades de la electrónica de su PCB.

Sin embargo, tenemos un historial sólido y una amplia experiencia con bolas de soldadura y PCB. Puede aprovechar nuestro profundo conocimiento de los procesos SMT hoy.

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