Perspectivas de fabricación: Principios y precauciones de la soldadura por reflujo

La tecnología de soldadura por reflujo en el proceso de ensamblaje electrónico (PCBA) es un paso clave, ya que garantiza una unión sólida entre los componentes y la placa de circuito impreso (PCB).

En este artículo se explorarán los principios de la soldadura por reflujo, con el objetivo de ayudar a comprender mejor la importancia de esta tecnología para mejorar tanto la calidad del producto como la eficiencia de la producción.

¿Qué es la soldadura por reflujo?

La soldadura por reflujo, también conocida simplemente como reflow, es una técnica de soldadura utilizada en la tecnología de montaje superficial (SMT) para fijar componentes electrónicos a las placas PCB.

Este proceso consiste en aplicar un flujo de aire caliente que funde la pasta de soldadura depositada previamente sobre la placa a altas temperaturas, permitiendo formar uniones de soldadura firmes y fiables.

(Horno de reflujo)  

Equipos comunes de soldadura por reflujo

Soldadura por reflujo con aire caliente: Esta técnica utiliza principalmente resistencias calefactoras para generar calor, con circulación de aire caliente en capas dentro del horno de reflujo para transferir el calor necesario al proceso de soldadurade forma uniforme y controlada, lo que se traduce en una alta estabilidad de las uniones de soldadura.  

(Soldadura por reflujo con aire caliente)  

Soldadura por reflujo con nitrógeno: Se basa en la soldadura por reflujo con aire caliente, pero incorpora nitrógeno durante el calentamiento para reducir el nivel de oxígeno en el horno. Esto evita la oxidación de los pines de los componentes, mejora la humectación de la soldadura, reduce la formación de burbujas en las uniones y, en consecuencia, mejora la fiabilidad del ensamblaje.

(Soldadura por reflujo con nitrógeno)  

Principios de funcionamiento de la soldadura por reflujo  

La pasta de soldadura se expande y se contrae con el calor. Aprovechando esta propiedad, la pasta de soldadura previamente aplicada sobre los pads (almohadillas) de la PCB se calienta hasta alcanzar un estado líquido, y al enfriarse forma una conexión permanente entre los pines del componente y los pads de la placa.

Las cuatro zonas de temperatura de la soldadura por reflujo

Un horno de reflujo se divide en cuatro zonas: precalentamiento, remojo (igualación térmica), reflujo y enfriamiento.

Cada zona desempeña un papel específico en el proceso de soldadura por reflujo, por lo que cada una se configura a una temperatura distinta.

(4 zonas de temperatura de la soldadura por reflujo)  

Zona de precalentamiento: Generalmente se ajusta entre 60 °C y 130 °C, y su función es precalentar la PCB y los componentes. Si la placa se calienta demasiado rápido desde la temperatura ambiente, puede producirse un choque térmico dañaría tanto la placa como los componentes. El precalentamiento permite liberar la humedad y los elementos volátiles de la pasta de soldadura, reducir la formación de burbujas en las uniones de soldadura y minimizar el estrés térmico, garantizando así una buena calidad de soldadura en las siguientes etapas del proceso.

Zona de remojo (igualación térmica): Normalmente se ajusta entre 120 °C y 160 °C. Su objetivo es calentar aún más la PCB, asegurando que la humedad de los pads de soldadura y de los pines de los componentes se evapore completamente. Este paso es fundamental para que la placa y los componentes alcancen una temperatura uniforme antes de ingresar a la zona de reflujo, evitando defectos causados por el choque térmico en dicha zona.

Zona de Reflujo: Esta es la etapa más crítica del proceso de soldadura por reflujo. Al ingresar a esta zona, la temperatura se eleva rápidamente hasta alrededor de 245 °C, para fundir la pasta de soldadura sobre los pads de la PCB (la temperatura exacta depende del punto de fusión de la pasta de soldadura utilizada).

La soldadura fundida se disuelve y se extiende entre los pads de la PCB y los pines del componente, logrando una buena humectación tanto de las pistas como de las terminales. Gracias al efecto de acción capilar, la soldadura se introduce en los espacios entre los pines y los pads, asegurando una unión firme y uniforme.

Zona de Enfriamiento: La zona de enfriamiento reduce rápidamente la temperatura de las uniones de soldadura para que estas se solidifiquen y formen un enlace metálico estable. Al entrar en esta zona, la temperatura disminuye rápidamente, y a medida que la soldadura se enfría y solidifica, se forma una conexión permanente entre los pines del componente y los pads de la PCB. (Es fundamental controlar la velocidad de enfriamiento para evitar tensiones térmicas causadas por un enfriamiento excesivamente rápido.)

La temperatura del horno de reflujo debe ajustarse según el punto de fusión de la pasta de soldadura, que varía según la aleación utilizada:

Por ejemplo:

- La pasta de soldadura de baja temperatura se funde a unos 138 °C, el horno debe ajustarse a aproximadamente 180 °C ±5 °C.

- La pasta de temperatura media se funde a unos 178 °C, requiriendo una temperatura de horno de 215 °C ±5 °C.

- La pasta de alta temperatura se funde a unos 217 °C, la temperatura de horno recomendada es 245 °C ±5 °C.

En general, para garantizar una fusión completa de la pasta de soldadura y obtener una soldadura de buena calidad, la temperatura del horno se ajusta ligeramente por encima del punto de fusión de la pasta de soldadura.

Precauciones

Soldadura en doble cara: En general, para PCBs de doble cara, se recomienda soldar primero el lado con menos componentes o con componentes más pequeños. Después del enfriamiento, se procede a soldar el otro lado. Durante este proceso, la temperatura elevada puede ablandar las uniones de soldadura del lado inferior, lo que podría provocar que los componentes grandes se desprendan. Por ello, se recomienda colocar los componentes grandes en el mismo lado de la PCB y soldar primero este lado.

(PCB con componentes grandes)  

Resistencia térmica de los componentes: La pasta de soldadura seleccionada debe ser adecuada a la tolerancia térmica de los componentes, asegurando que el punto de fusión de la pasta se encuentre dentro del rango de temperatura seguro para los mismos.

Espaciado entre pads: Debido a la tensión superficial de la soldadura sobre los pads, un espaciado insuficiente entre pads puede causar puentes de soldadura (bridging). Se recomienda mantener un espaciado mínimo de 0,3 mm entre los pads para evitar cortocircuitos.

(Pads con espacio reducido)