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Elaboración de un Nuevo Flux Líquido Para Soldadura de Alta Temperatura
Tony Lentz
FCT Assembly Greeley, CO, USA
ABSTRACTO La soldadura de agujeros pasantes sigue viva y activa en la industria de la electrónica, a pesar de su prevista decaída por las manos de la tecnología de montaje superficial. La soldadura de agujeros pasantes se usa grandemente para conectores, interruptores, y otros componentes que requieren una fuerza mayor en las uniones de soldadura. Los circuitos de ensamblaje de alta confiabilidad implementarán, prbablemente, tecnología de agujeros pasantes en los años venideros.
Las tablillas de circuito de demanda térmica pueden ser bastante complicados de soldar debido a las altas temperaturas y largos periodos de contacto requeridos. Muchos fluxes líquidos disponibles en el mercado no pueden soportar este tipo de condiciones de soldadura, resultando así, en un relleno pobre de agujeros, bridging y otros defectos. El objetivo de este proyecto fue el de formular un nuevo flux líquido diseñado para brindar un desempeño óptimo de la soldadura con tablillas de circuito de demanda térmica.
El desarrollo de este nuevo flux líquido fue guidao por estas características fundamentales.
1. Soportar temperaturas de soldadura de hasta 290
°C con largos periodos de contacto. 2. Producir un relleno óptimo de agujeros y
minimizar el bridging u otros defectos. 3. El residuo debe ser fácil de limpiar con el uso de
agua desionizada, y producir muy poca espuma. 4. El flux debe ser completamente haluro y libre de
halógeno. 5. Capaz de ser usado en sistemas de soldadura de
onda y leaded y lead-free.
Este documento presenta el proceso de desarrollo de este nuevo flux líquido. Se compararon los resultados de laboratorio y beta-site para fluxes existentes a este nuevo flux. El resultado es un producto único que puede ayudar a superar los desafíos de soldadura de agujeros pasantes de los ensamblajes de demanda térmica.
Palabras clave: elaboración, flux líquido, soldadura de onda, soldadura selectiva, alta temperatura, soldadura, libre de halógeno
INTRODUCCIÓN La soldadura de agujeros pasantes se usa para asegurar una fuerza mayor en las uniones de soldadura [1]. Ciertos tipos de conectores estan diseñados para ser usados en repetidas ocasiones. Este uso repetitive puede debilitar la unión de soldadura con el tiempo. Las uniones de soldadura de agujeros pasantes brindan la fuerza necesaria para para este tipo de aplicación.
Históricamente, la soldadura de agujeros pasante se ha llevado a cabo con un proceso de soldadura de onda. Este proceso invloucra los siguientes pasos (Figura 1).
Figura 1: Porceso de soldaudra de onda
El flux es aplicado a través de un sistema de pulverización o de espuma. En ambos casos, el flux es aplicado desde la base del circuito impreso y debe fluir hacía arriba, a través de los agujeros. La cantidad de flux aplicado se mide comúnmente por el peso [2]. Los fabricantes de flux recomiendan un rango de masa de flux por unidad de área del circuito impreso. El peso del flux aplicado se relaciona directamente con la cantidad de material activo que se encuentra disponible para ayudar en la soldadura. El precalentamiento ayuda a aumentar la temperatura del circuito impreso muy cerca a la temperatura de la soldadura. El precalentamiento también remueve algunos de los solventes del flux. Esto es especialmente importante para los fluxes libres de VOC los cuales, normalmente, usan agua como su solvente principal. La soldadura de onda de step solda todos los agujeros de manera casi simultánea mientras la tablilla pasa sobre la onda.
En años recientes, la soldadura selectiva se ha vuelto más popular. El proceso de soldadura selectiva es similar al proceso de soldadura de onda pero tiene diferencias notables (Figura 2).
Estos fluxes deben de poder ser aplicados por todos los tipos de sistemas de aplicación de flux. Los fluxes no pueden causar corrosión u otro ataque químico en las áreas del circuito impreso que no han sido calentadas. Tanto los residuos calentados como los no calentados deben ser fáciles de lavar. Las formulaciones nuevas del flux deben ser aprovechables para los diseños comúnes de circuito impreso y ensamblajes de demanda térmica.
Figura 2: Proceso de soldadura selectiva
El proceso de soldadura selectiva solda una ubicación de la tablilla a la vez. El precalentado es una opción en la soldadura selectiva. El precalentado se puede hacer antes o durante el soldado. Los sistemas que no usan el precalentado usan la soldadura en sí misma tanto para calendar los agujeros como para soldarlos. Algunos sistemas de soldadura selectiva usan gas de nitrógeno calentado para brindar calor a los agujeros. El flux es aplicado en una ubicación, luego ocurre la soldadura selectiva. Esto se repite hasta que todas las secciones han sido soldadas. La temperatura de la soldadura y el tiempo de contacto dependen en gran manera del diseño de la tablilla. Las temperaturas de la soldadura selectiva son en general de 30 a 50 °C más altas que las temperaturas de la soldadura por onda.
En la soldadura selectiva, la aplicación del flux se lleva a cabo usando sistemas de pulverizado o de “drop-jet”. El flux se aplica desde el lado de la base de la tablilla, y este debe humectar los agujeros en el lado superior de la misma. Los sistemas de pulverización normalmente se excederán en el rociado alrededor del área de los agujeros aplicando un exceso de flux en la parte de la base de la tablilla. Este exceso de flux no será calentado por la soldadura y por lo tanto permanece químicamente activo. Esto causa preocupación sobre la confiabilidad a largo plazo de las tablillas de circuito impreso soldadas con fluxes no clean. Los fluxes solubles en agua causan menos preocupaciones debido a que se deben lavar despues del soldado. Los materiales restantes activos del flux serán removidos por el proceso de lavado.
Algunas tablillas de circuito son elaboradas con un mayor número de capas, mayores pesos de cobre, y revestimiento metálico. La intención de estos diseños es la de proveer una disipación térmica para apartar el calor lejos de los componentes más sensibles. Desafortunadamente este tipo de tablillas son complicadas de soldar. Los agujeros de barril deben calentarse al punto de fusión de la soldadura para que esta humecte la parte superior del barril. Se requiren configuraciones de precalentado de altas y prolongadas temperaturas. Se usan temperaturas excedentes a los 290 °C en soldaduras lead-free para la soldadura de onda y 315 °C para la soldadura selectiva, así como largos periodos de contacto. Los fluxes usados para las tablillas de circuit impreso con demanda térmica deben ser capaces de tolerar estas condiciones y aún brindar una excelente humectación. Los residuos del flux deben ser fáiles de lavar después de la exposición a temperaturas altas.
Se deben formular nuevos fluxes solubles en agua para satisfacer las necesidades de los sistemas de soldadura selectiva y de onda.
METODOLOGÍA EXPERIMENTAL La elaboración de fluxes líquidos se lleva a cabo usando una parte de creatividad y otra de conocimiento previo, y a prueba y error. Es complicado entrar en detalles sobre el proceso de elaboración sin develar secretos comerciales. El proceso básico se lista a continuación.
1. Hacer pequeños lotes de fluxes de prueba. 2. Probar los fluxes en el laboratorio haciendo uso de
crisol de soldadura y cupones de prueba. 3. Repetir pasos 1 y 2 hasta que se alcancen las
propiedades deseadas del flux. 4. Hacer un lote más grande de fluxes de prueba y
enviarlo a sitios beta para hacer pruebas hacienda uso de sistemas de soldadura selectiva y de onda.
5. Usar la retroalimentación de los sitios beta prefecciona la elaboración del flux.
6. Finalizar la elaboración del flux.
Los métodos estándar de IPC [3] para la soldabilidad fueron usados en pruebas de laboratorio. Se usaron pruebas comúnes de inmersión de flux y solder float. Las tablillas de circuito impreso fueron evaluadas usando criterios más rigurosos que los que se usan en la industiria de manera común [4]. J- STD-001F declara que un 75% del barril debe ser rellenado de manera vertical para el prducto de clase 2 y 3. El relleno de agujeros se midió contando únicamente los agujeros que fueron rellenados de manera 100% vertical. Luego se calculó el porcentaje total posible de agujeros rellenados.
Tablilla estándar de prueba de soldabilidad Las pruebas iniciales se llevaron a cabo usando esta tablilla de circuito impreso de soldabilidad (Figura 3).
Figura 3: Tablilla estándar de prueba de soldabilidad
Esta tablilla es de 0.062 pulgadas de ancho (1.57 mm). esta tablilla es de doble cara y se fabricó usando pesos de cobre de 0.5 onzas. Tiene tres tamaños de agujeros: 0.055 pulgadas de diámetro (1.40 mm), 0.039 pulgadas de diámetro (0.99 mm), y 0.032 pulgadas de diámetro (0.81 mm). No se aplicó un acabado soldable a la tablilla
El soldado se hizo sobre cobre puro. Esta tablilla se usa para preubas de laboratorio de soldabilidad y es una representante de tablillas de circuito impreso relativamente fáciles de soldar.
Tablilla de prueba de demanda térmica Se diseño una nueva tablilla para tener una demanda térmica (Figura 4) y más desafiante para hacer pruebas de relleno de agujeros.
Figura 4: Tablilla de prueba de soldabilidad de demanda térmica
Esta tablilla de prueba de demanda térmica tiene un grosor de 0.092 pulgadas (2.34 mm). Es una tablilla de 4 capas que usa pesos de cobre de 2 onzas en cada una de ellas. Hay seis tamaños de agujeros taladrados: 0.010 pulgadas (0.25 mm) de diámetro, 0.0156 pulgadas (0.40 mm) de diámetro, 0.020 pulgadas (0.51 mm) de diámetro, 0.0295 pulgadas (0.75 mm) de diámetro, 0.0453 pulgadas (1.15 mm) de diámetro, y 0.061 pulgadas (1.55 mm) de diámetro. Las capas interiores son ground-planes de cobre. Los agujeros estan organizados en conjuntos de 3 hileras de 10 agujeros en cada una (Figura 5).
Figura 5: Diseño de tablilla de prueba de soldabilidad de demanda térmica
Una hilera de cada tamaño de agujero no esta conectada (NC) a las capas interiores de ground planes, y estos agujeros requieren menos calor para soldarse. Una hilera esta conectada a una de las capas interiores de ground plabes (1C), lo que hace que estos agujeros sean térmicamente más demandantes. Una capa esta conectada a ambas
capas interiores de ground planes (2C), lo que hace de estos agujeros los más térmicamente demantates. No se aplicó ningún acabado soldable a la tablilla. El soldado se hizo sobre cobre puro.
Los tamaños finales de los agujeros de la tablilla de prueba de demanda fueron medidos y se calcularon las relaciones de aspecto (Tabla 1).
Tabla 1: tamaños de agujero y relaciones de aspecto de la tablilla de prueba de demanda térmica
Tamaño de agujero
taladrado (mils)
Tamaño final del agujero (mils)
Relación de
aspecto
10 7 13 : 1 15.6 13 7 : 1 20 16 5.8 : 1
29.5 27 3.4 : 1 45.3 43 2 : 1 61 60 1.5 : 1
Las mayores relaciones de aspecto de 7:1 y 13:1 fueron incorporadas a este diseño de prueba con la finalidad de desafiar la capacidad de soldabilidad de los fluxes.
Formulaciones del Flux Todos los fluxes probados fueron solubles en agua, con formulaciones de pH neutro. Todas estas formulaciones usaron isopropanol (IPA) como solvente principal. Estas formulaciones fueron nombradas con códigos de letras y las propiedades de los fluxes se listan en la Tabla 2 a continación.
Tabla 2: Propiedades de los fluxes probados
Flux Densidad (g/cc)
Halógenos
Contenido no volátil
(% wt) Actual 0.87 sí 20
SP 20% N/A sí 20 W 0.92 sí 40 X 0.93 sí 40 Y 0.90 sí 37 Z 0.92 sí 38 A 0.91 no 26 B 0.91 no 27 C 0.90 no 27 D 0.88 no 28 E 0.85 no 24 F 0.85 no 26 G 0.85 no 26 I 0.86 no 25
Los fluxes probados incluyen una formulación actual que ha sido vendida por varios años y un product especial que fue fabricado al mezclar un flux en gel al 20% de peso en un IPA. El flux en gel no se disolvió por completo en el IPA y formó una pasta, por lo tanto no fue posible obtener una densidad precisa. El resto de los fluxes en esta lista son formulaciones de prueba las cuales varían en densidad, contenido de halógeno y contenido no volátil. Inicialmente los halógenos
fueron incluidos en las formulaciones de prueba, pero era deseable crear un flux libre de halógenos, así que las formulaciones posteriores fueron completamente libres de haluros y halógenos. No es práctico el medir el índice de acidez de estos fluxes debido al hecho que son neutros en pH. De igual manera, el índice de acidez no es una buena medida de actividad [5]. Los fluxes con alto índice de acidez pueden no soportar soldadura de alta temperatura, mientras que los fluxes con bajo índice de acidez pueden funcionar bien a altas temperaturas, dependiendo de los ingredientes que se usen. El contenido de sólidos brinda alguna indicación del nivel de actividad de los fluxes. La verdadera actividad de estos fluxes se muestra a través de pruebas más practices de soldadura y evaluación del relleno de agujeros.
Los requerimientos para la determinación del contenido de sólidos se proporcionan en la sección 3.4.2.1 de IPC J-STD-004 [6]. En este párrafo los términos sólidos y no volátil tienen el objeto de referirse a la cantidad de material que no se evapora cuando se usa el método de prueba 2.3.34. este método de prueba utiliza temperaturas relativamente bajas para determinar el contenido de sólidos de los fluxes líquidos (50 – 85 °C). Estas temperaturas son lo suficientemente altas para eliminar los solventes con bajo punto de ebullición como IPA (B.P. 82.5 °C), pero no lo suficientemente altas para evaporar la mayoría de los otros ingredientes. Los contenidos no volátiles listados en la Tabla 1 fueron determinados usando este método estándar IPC.
Por favor note que el término contenido “No Volátil” se usa en lugar de contenido de “sólidos” en la Tabla 1. El término contenido de “sólidos” hace pensar que este representa la cantidad total de sólidos disueltos o materiales cristalinos en el flux. El contenido no volátil de estos fluxes líquidos incluye materiales que son líquidos a temperatura ambiente, pero que no se evaporan durante las pruebas. Esta distinción puede ser importante para aplicaciones de soldadura selectiva. Los fluxes con contenido más alto de sólidos pueden causar problemas de obstrucción [7], especialmente con los sistemas de tipo drop jet. La obstrucción ocurre normalmente por la cristalización de materiales sólidos disueltos. Los fluxes que son altos en materiales no volátiles pueden tener un contenido de sólidos disueltos relativamente bajo y funcionarán bien con los sistemas de drop jet.
RESULTADOS
Resultados de la tablilla estándar de prueba de soldabilidad Las pruebas iniciales se llevaron a cabo en todos los fluxes usando la tablilla estándar de prueba de soldabilidad (Figura 3). Las tablillas de circuito impreso fueron soldadas, aplicadas con flux y se calculó el porcentaje de relleno de agujeros para cada diámetro. La soldadura usada fue Sn/Cu/Ni/Ge la cual se vende bajo el nombre comercial SN100C®. se repitieron las pruebas para tres temperaturas de crisol de sodladura: 260, 280, y 300 °C. el lavado se hizo unos minutos después del soldado, usando agua desionizada sin agitación, y se inspeccionaron las tablillas por residuos de flux.
Los resultados de relleno a 260 °C son clasificados por formulación de flux Figura 6.
Figura 6: Resultados del relleno de agujeros para los fluxes a 260 °C
El tamaño de agujeros tiene un efecto sobre la soldabilidad. El porcentaje de agujeros rellenados disminuye con la reducción en tamaño de los mismos. Esto es notable especialmente para el flux SP20% y los fluxes W, X, y Y. El flux SP20% era una pasta que tuvo problemas para humectar los agujeros por completo. Esto provocó que el desempeño del soldado fuera mucho peor que con los otros fluxes.
Los resultados del lavado variaron de acuerdo a los fluxes (Tabla 3). Algunos fluxes dejaron residuos tenues sobre la máscara de soldadura, y otros dejaron residuos cerosos principalmente alrededor de las uniones de soldadura. Algunos fluxes fueron lavados por completo sin dejar residuos.
Tabla 3: Resultados del lavado para los fluxes
Flux Resultados del lavados
Actualt Lavado por completo. Sin reiduos SP 20% Lavado por completo. Sin reiduos
W Bruma blanca sobre la superficiee X Bruma blanca sobre la superficie Y White haze over surface Z Residuo tenue sobre la superficie, pero mejoró sobre W, X, y Y A Residuo ceroso injustificado, especialmente alrededor de las
uniones de soldadura B Residuo ceroso C Residuo ceroso D Residuo ceroso E Lavado por completo. Sin reiduos F Lavado por completo. Sin reiduos G Lavado por completo. Sin reiduos I Lavado por completo. Sin reiduos
Fotografías de un flux que dejó residuos se comparan con un flux limpio en la Figura 7.
Figura 7: Residuos restantes del flux después del lavado (izquierda) y un flux limpio y nuevo (derecha)
Después de la ronda inicial de pruebas, se evaluaron los fluxes para el desempeño de soldadura y lavabilidad. Algunos de los fluxes
fueron eliminados de las pruebas, y el resto se probaron a temperaturas mayores. Los resultados de las pruebasa 280 °C se muestran en la Figura 8.
Figura 8: Resultados de relleno de agujeros para los fluxes a 280 °C
El flux actual y el SP20% desempeñaron en la prueba de relleno de agujeros a 280 °C mejor que el que tuvieron a 260 °C. El aumento de temperatura brindado por la soldadura ayudó al flux y a la soldadura a fluir hacia la parte superior de los agujeros. En general, el diámetro de los agujeros de 0.039” (0.99 mm) mostró un menor rellenado de agujeros que los demás tamaños. El procentaje de relleno fue casi del 100% para los agujeros más grandes y los más pequeños.
De nueva cuenta, después de esta prueba, algunos de los fluxes fueron eliminados de la contienda y los otros fueron probados a 300 °C. Los resultados de las pruebas a 300 °C se muestran en la Figura 9.
Figura 9: Resuoltados de relleno de agujeros para los fluxes a 300 °C
Los resultados de relleno de agujeros fueron muy similares para todos los fluxes a 300 °C. La mayoría de los fluxes brindaron porcentajes de relleno de agujeros de casi 100%. En general, el desempeño de relleno de agujeros mejoró con el aumento de temperatura de la soldadura. Murphy [8] reportó que la temperatura tuvo un efecto más dramático en el relleno de agujeros que la cantidad de flux. esto refleja nuestros resultados con el aumento de temperature de la soldadura. Es necesario que el flux ideal se desempeñe de buena manera a todas las temperatuas probadas.
El desempeño del lavado fue muy similar a cada temperatura para cada flux. los fluxes que dejaron residuos a 260°C dejaron un residuo muy similar a 280 °C y 300 °C. A medida que la prueba progresaba, los fluxes que dejaron residuos fueron eliminados de la prueba. Los fluxes que fueron lavados por completo a 260 °C también fueron lavados por completo a 280 °C y 300 °C (Figura 10).
Figura 10: desempeño óptimo de lavado de flux a 260 °C (izquierda), 280 °C (centro), y 300 °C (derecha)
El diseño estándar de la tablilla de prueba fue de gran ayuda para diferenciar entre estos fluxes al principio de las pruebas. A medida que las pruebas progresaban, los fluxes parecían desempeñar de maner muy similar en el diseño estándar de la tablilla de prueba. Esto generó la necesidad de un vehículo de prueba mucho más desafiante.
Resultados de las tablillas de prueba de demanda térmica Se probaron fluxes selectos con la tablilla de prueba de soldabilidad de demanda térmica (Figura 4). Se usó el mismo proceso básico para estas tablillas de prueba y para las tablillas de prueba estándar de soldabilidad. Dentro de los fluxes probados se incluye el flux, SP 20%, fórmula Z, y fórmula I. Los resultados para las pruebas de soldabilidad a 260 °C se muestran en las figuras Figuras 11 a la 14. Las barras azules representan los agujeros conectados a ambas capas internas de los ground planes (2C). las barras rojas representan los agujeros conectados únicamente a 1 capa interna del ground plane (1C). las barras amarillas representan los agujeros que no estan conectados a los ground planes (NC).
Figura 11: Resultados de relleno de agujeros para el flux actual a 260 °C
Figura 12: Resultados de relleno de agujeros para el flux SP20% a 260 °C
Figura 13: Resultados de relleno de agujeros para el flux flux Z a 260 °C
Figura 14: Resultados de relleno de agujeros para el flux I a 260 °C
Los rangos de relleno de agujeros del 100% fueron alcanzados por todos los fluxes para los agujeros de 60 y 43 mil. El flux SP20% y el actual desempeñaron ligeramente peor para los agujeros de 27 mil, mientras los fluxes Z e I permanecieron al 100%. El desempeño del flux SP20% decayó significativamente para los agujeros de 16 mil, mientras los otros fluxes brindaron resultados aceptables. Los agujeros de 13 mil tuvieron diferencias entre los fluxes. El flux Z tuvo el mejor desempeño, seguido del flux I y el flux actual, y el peor desempeño lo tuvo el flux SP20%. Los agujeros de 7 mil fueron muy pequeños para lubricar efectivamente el flux y la soldadura. Esto causó que el porcentaje de relleno de agujeros fuera menor al 20% en la mayoría de los casos.
Se observó otra tendencia con este diseño de tablilla de prueba. Los agujeros con dos conecciones a los ground plane fueron más complicados de soldar, seguidos de los agujeros con 1 conección a los ground plane. Los agujeros sin ninguna conección a los ground plane brindaron los mayores rangos de relleno.
Esta pruena fue repetida con una temperatura de soldadura de 280 °C. Los resultados se encuentran en las Figuras 15 a la 18.
Figura 15: Resultados de relleno de agujeros para el flux actual a 280 °C
Figura 16: Resultados de relleno de agujeros para el flux SP20% a 280 °C
Figura 17: Resultados de relleno de agujeros para el flux Z a 280 °C
Figura 18: Resultados de relleno de agujeros para el flux I a 280 °C
De nueva cuenta, el desempeño de todos los fluxes fue excelente para los agujeros de 60 mil, 43 mil, y 27 mil. El flux actual no tuvo un desempeño tan bueno como los demás para el tamaño de agujeros de 16 mil. El tamaño de agujero de 13 mil es de nueva cuenta el principal diferenciador entre los fluxes. El mejor desempeño lo tuvo el flux I, seguido del Z, SP20% y el peor desempeño lo mostró el flux actual. Los agujeros de 7 mil fueron muy pequeños para mostrar resultados útiles.
Aquí se puede observar la misma tendencia básica de demanda térmica en el desempeño de la soldadura. Los agujeros sin conección a los ground planes fueron soldados de mejor manera que los agujeros con conecciones. Esta diferencia fue menos pronunciada a una temperatura de 280 °C que a una de 260 °C, debido al hecho que hay más calor presente en la soldadura.
Esta prueba fue repetida con una temperatura de soldadura de 300 °C. Los resultados se encuentran en las Figuras 19 a la 22.
Figura 19: Resultados de relleno de agujeros para el flux actual a 300 °C
Figura 20: Resultados de relleno de agujeros para el flux SP20% a 300 °C
Figura 21: Resultados de relleno de agujeros para el flux Z a 300 °C
Figura 22: Resultados de relleno de agujeros para el flux I a 300 °C
Los agujeros de 60 mil, 43, mil, 27 mil, y 16 mil recibieron rangos de relleno de casi 100% para todos los fluxes. De nueva cuenta los agujeros de 7 mil no pudieron ser soldados de manera efectiva en esta prueba.
Los agujeros de 13 mil pueden ser usados para diferenciar entre los fluxes. El mejor desempeño lo tuvo el flux I con un relleno de agujeros de casi 85%. El flux Z y el SP20% brindaron un desempeño similar con un relleno de agujeros de entre 50 y 60%. El flux actual tuvo el peor desempeño a esta temperatura con un relleno de agujeros de tan sólo 10 a 40%. Los agujeros con dos conecciones al ground tuvieron rangos menores de relleno que los agujeros con una o ninguna conección. La diferencia para el flux actual fue del 15%, 10% para el flux Z, y solamente 5% para el flux I. esto indica que el flux I es más capaz de humectar y soportar el calor necesario para soldar efectivamente los agujeros con mayor demanda térmica.
Combinar la información del flux actual para las tres temperaturas muestra algunos resultados interesantes (Figura 23).
Figura 23: Resultados de relleno de agujeros para el flux actual a todas las temperaturas.
El flux actual solda los agujeros de 16 mil con un buen rango de relleno. El incremento de temperatura aumentó ligeramente este rango. Esta tendencia es bastante diferente para el tamaño de agujero de 13 mil. Incrementar la temperatura redujo el porcentaje de relleno de agujeros dramáticamente. Esta misma información de combinación para el flux I muestra una tendencia diferente (Figura 24).
Figura 24: Resultados de relleno de agujeros para el flux I a todas las temperaturas.
Los rangos de relleno para el flux I fueron mayores en general que para el flux actual. Aumentar la temperatura aumentó los porcentajes de relleno. El flux I es más capaz de humectar los agujeros más pequeños y es termiacamente más estable que el flux actual.
Resultados de pruena de Beta Site La prueba Beta site se llevó a cabo con varias de estas formulaciones de flux. Se usó la soldadura selectiva y de onda lead-free junto con tablillas de circuito con alta demanda térmica. Esta prueba llevó al perfeccionamiento de la elaboración a lo largo del curso de este proyecto. Las pruebas repetidas de laboratorio y beta site resultaron en la elaboración de un flux que se eligió para pruebas más amplias. La formulación elegida de flux esta siendo utilizada en pruebas a largo plazo en operaciones de soldadura selectiva y de onda leaded y lead-free. Algunas beta sites adicionales han sido incluidas y las pruebas actualmente siguen su curso.
CONCLUSIONES Este proceso de formulación creo un nuevo flux líquido soluble en agua que cumple con los criterios deseados. Este flux funciona de buena manera con soldadura de onda a temperaturas de hasta 300 °C y
temperaturas de soldadura selectiva sobre los 315 °C. los resultados de relleno de agujeros son buenos con agujeros de una alta relación de aspecto. Los residuos son fáciles de lavar con agua desionizada y crean muy poca espuma. El nuevo flux es completamente libre de haluros y halógenos, lo cual es tecnología relativamente nueva para fluxes líquidos solubles en agua. La prueba Beta site ha mostrado que este flux es útil en aplicaciones leaded y lead-fre, y en sistemas de soldadura selectiva y de onda.
TRABAJO FUTURO Las pruebas Beta site siguen su curso en una variedad de plantas. Multiples aleaciones estan siendo usadas incluyendo Sn63/Pb37, SAC305, y SN100C®. las temperaturas mayores y menores a las que se usaron en este trabajo serán probadas. Se usará la retroalimentación para continuar con la optimización de este nuevo flux líquido soluble en agua.
RECONOCIMIENTOS El autor quisiera agradecer a Jay Vyas de SigmaTron International por su apoyo y colaboración en las pruebas site. El autor también quisiera agradecer a Sven Bock de FCT Companies por su asistencia en el diseño y fabricación de las tablillas de prueba.
REFERENCIAS [1] G. Diepstraten, “Reliable Soldering For High And Mixed Volume Selective Soldering Processes”, Proceedings of SMTA International, 2014. [2] K. Seelig, “VOC-Free Flux Study Not All WOA (Weak Organic Acids) Are the Same”, Proceedings of IPC APEX Expo, 2012. [3] Printed Circuit Board Solderability Specifications Task Group (5-23a), “Solderability Tests for Printed Boards”, J- STD-003C, May 2014. [4] J-STD-001 Task Group (5-22a), “Requirements for Soldered Electrical and Electronic Assemblies”, J-STD- 001F, July 2014. [5] C. Shea, S. Arora, S. Brown, “Selection of Wave Soldering Fluxes for Lead-Free Assembly”, Proceedings of IPC APEX Expo, 2007. [6] Flux Specifications Task Group (5-24a), “Requirements for Soldering Fluxes”, J-STD-004B, Dec 2008. [7] M. Scalzo, T. O’Neil, “Down Selecting Low Solids Fluxes for Pb-Free Selective Soldering”, Proceedings of IPC APEX Expo, 2011. [8] M. Murphy, R. Maynard, L. Pai, C. Hoppenbrouwers, A. Das, A. Rustogi, “Liquid Flux Selection and Process Optimization for Selective Soldering Applications”, Proceedings of IPC APEX Expo, 2013.