Un perfil de refusión sin plomo es el historial de temperatura medido en las uniones de soldadura, los componentes y la PCB mientras el conjunto atraviesa el horno. El objetivo no es copiar una curva genérica, sino crear una ventana de proceso repetible que active el fundente, funda todas las uniones previstas, respete los límites de componentes y materiales y enfríe el conjunto sin esfuerzos térmicos innecesarios.
Esta guía explica cómo establecer esa ventana para un producto nuevo. Los intervalos numéricos siguientes son puntos de partida prácticos, no especificaciones de producción. Siempre tienen prioridad la ficha técnica vigente de la pasta, el componente con menor tolerancia, los límites del material de la PCB y las mediciones del producto real.
La clasificación de refusión no es una receta de producción#
IPC/JEDEC J-STD-020 define las condiciones de clasificación de sensibilidad a humedad y refusión de dispositivos de montaje superficial no herméticos. Sirven para establecer lo que soporta un componente durante su clasificación, no para llevar todas las placas de producción a esa temperatura máxima. Texas Instruments recomienda expresamente mantener el pico de producción por debajo de la temperatura de clasificación y seleccionar el perfil real a partir de las recomendaciones de la pasta y de los límites de todos los componentes.
IPC-7530, por su parte, trata la elaboración de perfiles térmicos para procesos de soldadura en masa. Ambos documentos refuerzan una distinción importante: la resistencia del componente establece el techo, mientras que la pasta, la formación de la unión y el comportamiento térmico del conjunto definen la ventana útil por debajo de él.
Datos que definen la ventana de proceso#
Reúna estos datos antes de modificar los ajustes del horno:
- Aleación y pasta: liquidus de la aleación, activación del fundente, rampa recomendada, estabilización, tiempo sobre liquidus e intervalo de pico.
- Límites de componentes: temperatura de clasificación del encapsulado, duración permitida, nivel de sensibilidad a la humedad y restricciones específicas de refusión.
- Construcción de PCB: número de capas, distribución de cobre, espesor, laminado, acabado superficial y grandes planos térmicos.
- Geometría del conjunto: pasivos diminutos, BGA grandes, blindajes, conectores, disipadores y piezas con masas térmicas muy distintas.
- Impresión y colocación: aperturas de plantilla, volumen de pasta, alineación del componente y geometría de pads. Un perfil no puede corregir una impresión fundamentalmente deficiente.
- Capacidad del horno: número y longitud de zonas, velocidad de transporte, flujo de aire, equilibrio de extracción y atmósfera de aire o nitrógeno.
Revise al mismo tiempo el diseño de la plantilla SMT y la BOM de la PCB. Los cambios en el depósito de pasta y las sustituciones inadvertidas de componentes son causas frecuentes de que una receta antes estable deje de funcionar.
Etapas habituales de un perfil sin plomo#
| Etapa | Intervalo inicial orientativo | Objetivo principal |
|---|---|---|
| Rampa de precalentamiento | Aproximadamente 0,5–2°C/s | Calentar el conjunto sin choque térmico excesivo ni salpicaduras de fundente. |
| Estabilización térmica | Aproximadamente 150–200°C durante 60–120 s | Reducir diferencias de temperatura y favorecer la activación del fundente. |
| Tiempo por encima del liquidus | A menudo 45–90 s sobre el liquidus de la aleación | Completar la humectación y la formación de intermetálicos. |
| Pico | Habitualmente 235–250°C en procesos SAC | Aportar margen suficiente sobre el liquidus protegiendo componentes y placa. |
| Enfriamiento | Controlado y dentro de los límites de pasta y componentes | Solidificar las uniones de forma consistente sin esfuerzos térmicos evitables. |
Kester indica un intervalo de fusión de 217–219°C para SAC305. Por ello, unos 217°C son una referencia frecuente para el tiempo sobre liquidus, pero el valor exacto debe corresponder a la aleación realmente impresa en la placa. Una aleación de baja temperatura o una reparación con aleaciones mezcladas necesita otra ventana.
Precalentamiento y rampa
La rampa inicial calienta la placa, los componentes, la pasta y los volátiles atrapados. Una rampa demasiado rápida puede aumentar salpicaduras, perlas de soldadura, esfuerzos en encapsulados o alabeo. Una rampa demasiado lenta puede consumir la actividad útil del fundente antes de llegar a la refusión. Mida la rampa en el producto, no solo a partir de las consignas de las zonas.
Estabilización térmica
Una fase de estabilización puede reducir la diferencia entre zonas de poca y mucha masa térmica. También puede ayudar a minimizar el efecto lápida de origen térmico, aunque siguen siendo fundamentales el patrón de pads, el volumen de pasta, la colocación y la simetría de humectación. Una estabilización innecesariamente larga o caliente puede agotar el fundente o aumentar la oxidación; debe justificarse con mediciones.
Refusión, pico y tiempo sobre liquidus
La unión objetivo más fría debe permanecer suficiente tiempo sobre el liquidus para humectar correctamente. Al mismo tiempo, el componente, pad y punto del laminado más calientes deben mantenerse por debajo de sus límites. La velocidad de transporte y los ajustes válidos son los que cumplen ambas condiciones con un margen razonable.
La energía insuficiente puede causar humectación incompleta, uniones granulosas, defectos head-in-pillow o circuitos abiertos. Un pico o permanencia excesivos pueden dañar componentes, decolorar el laminado, aumentar los intermetálicos, degradar residuos de fundente o favorecer el alabeo. Más temperatura no equivale automáticamente a más seguridad.
Enfriamiento
El enfriamiento forma parte del perfil; no es un tiempo muerto posterior a la soldadura. TI cita una pendiente máxima de 6°C/s desde el pico hacia el liquidus en el contexto de clasificación J-STD-020. El objetivo de producción debe seguir las indicaciones de pasta y componentes y quedar dentro de la capacidad controlada del horno. Un enfriamiento muy agresivo puede forzar encapsulados y placas; uno demasiado lento modifica la microestructura de las uniones y prolonga la exposición térmica.
¿Rampa continua al pico o perfil con estabilización?#
Un perfil ramp-to-peak aumenta la temperatura de forma más continua hasta la refusión. Puede conservar la actividad del fundente y reducir la exposición térmica si el conjunto se calienta uniformemente. Un perfil con estabilización mantiene la temperatura o la eleva lentamente en un intervalo definido antes de la refusión, lo que puede mejorar la uniformidad en placas con un delta T elevado.
Ninguna forma es universalmente superior. Parta de la ventana preferida del proveedor de pasta, mida la placa real y elija la forma que mantenga dentro de límites tanto la unión más fría como el punto sensible más caliente. No elija un perfil únicamente porque funcionó en otro conjunto.
Cómo medir el perfil del conjunto real#
- Elija una placa representativa. Use el apilado, cobre, acabado, componentes, pasta y portadores o palés previstos.
- Identifique posibles puntos calientes y fríos. Incluya un pasivo pequeño cerca del borde, una unión central conectada a un plano de masa, un BGA o conector grande y el encapsulado más sensible a la temperatura.
- Fije termopares finos con seguridad. Mida en la interfaz de soldadura siempre que sea posible. Para validar un límite de encapsulado, siga la ubicación indicada por el fabricante; TI describe, para sus dispositivos, un termopar fino fijado en el centro de la cara superior.
- Mida con un registrador de perfiles calibrado. Pase la placa por el horno, registre las curvas reales y compare cada canal con los límites de pasta y componentes.
- Ajuste una variable controlada cada vez. La velocidad modifica el tiempo en todas las zonas. La temperatura de una zona puede afectar solo a parte de la curva, pero interactúa con el flujo de aire y el retraso térmico de la placa.
- Repita y confirme. Una pasada aceptable no demuestra repetibilidad. Confirme la receta en varios conjuntos y conserve el perfil en el registro de fabricación.
Controle el delta T en la placa#
Delta T es la diferencia de temperatura entre los puntos monitorizados más caliente y más frío en un momento significativo del ciclo. Los grandes planos de cobre, blindajes, conectores gruesos y BGA centrales pueden calentarse más lentamente que los pequeños componentes expuestos. Si la unión fría apenas entra en la ventana de la pasta mientras un encapsulado pequeño se acerca a su límite, queda poco margen de fabricación.
Las posibles respuestas incluyen un equilibrio térmico más gradual, cambios de velocidad, ajustes selectivos de zonas, mejor flujo de aire, rediseño del portador o cambios en el conjunto o el layout. Durante la revisión de diseño, equilibrar el cobre y elegir bien los alivios térmicos puede hacer más robusto el proceso de montaje de PCB antes de elaborar la receta del horno.
Diagnóstico de defectos habituales de refusión#
| Síntoma | Comprobaciones del perfil | Otras comprobaciones |
|---|---|---|
| Mala humectación o circuitos abiertos | Pico de la unión fría, tiempo sobre liquidus, activación del fundente y exposición a oxidación | Estado del acabado, contaminación, antigüedad de la pasta y volumen impreso |
| Bolas o perlas de soldadura | Rampa inicial, liberación de disolventes y duración de estabilización | Apertura de plantilla, deformación de la pasta, geometría de máscara y presión de colocación |
| Efecto lápida | Desequilibrio de calentamiento entre extremos y momento de humectación | Geometría de pads, simetría de pasta, colocación y terminaciones del componente |
| Head-in-pillow | Pico, tiempo sobre liquidus y alabeo de encapsulado y placa durante refusión | Transferencia de pasta, oxidación de bolas, coplanaridad y soporte |
| Vacíos | Comportamiento de rampa/estabilización y tiempo disponible para evacuar volátiles | Diseño de aperturas, química de pasta, pads y configuración de vías |
| Decoloración o daños | Pico, permanencia o exposición repetida excesivos | Límites del componente, capacidad del laminado y gestión de humedad |
Utilice esta tabla como mapa de diagnóstico, no como prueba de la causa raíz. Los defectos suelen combinar diseño, materiales, impresión, colocación e historial térmico.
Humedad, nitrógeno y refusión repetida#
Un buen perfil no reinicia el tiempo admisible de exposición de los componentes fuera del embalaje seco. Los dispositivos sensibles a la humedad deben almacenarse, controlarse y, cuando proceda, hornearse conforme a J-STD-033 y a las instrucciones del fabricante. Calentar un encapsulado que ha superado su exposición permitida puede provocar delaminación o grietas aunque la curva medida esté dentro de límites.
El nitrógeno puede reducir la oxidación y ampliar el margen de humectación de algunos conjuntos, pero no sustituye superficies limpias, un fundente adecuado o un perfil controlado. Cualifique el proceso en la atmósfera que se utilizará en producción. Considere también los montajes a doble cara: los componentes de la primera pueden recibir un segundo ciclo térmico, y la reparación selectiva añade más exposición.
Lista de comprobación para producción#
- Fije la aleación, el producto de pasta y las reglas de almacenamiento y manipulación.
- Confirme pico, duración, MSL y límites de refusión repetida de los componentes.
- Defina una curva inicial a partir de la ficha técnica vigente de la pasta.
- Instrumente puntos calientes y fríos representativos del conjunto real.
- Registre rampa, estabilización, cruce del liquidus, TAL, pico, enfriamiento y delta T.
- Inspeccione las primeras unidades con criterios de aceptación adecuados al producto.
- Realice ensayos funcionales y, si el riesgo lo justifica, radiografías o microsecciones de uniones ocultas.
- Fije la receta aprobada con los datos de horno, línea, transporte, atmósfera y registrador.
- Vuelva a medir tras cambios relevantes de pasta, BOM, proveedor, layout, apilado, portador, mantenimiento del horno o traslado de línea.
Referencias oficiales#
- Tabla de revisiones de documentos IPC para las ediciones vigentes de IPC-7530 y J-STD-020.
- Texas Instruments: perfil de refusión para el montaje de placas de cliente con soldadura sin plomo.
- Texas Instruments: perfil de refusión para soldadura sin plomo.
- Kester: datos técnicos de la aleación SAC305.
Preguntas frecuentes#
¿Cuál es el pico habitual de refusión sin plomo?
Muchos procesos SAC comienzan su desarrollo entre 235 y 250°C, pero no existe un objetivo universal de producción. Use la ventana del proveedor de pasta y respete todos los límites de componentes y materiales con un margen medido.
¿Cuál es la temperatura de liquidus de SAC305?
Kester indica un intervalo de fusión de 217–219°C. Confirme la especificación de la aleación y la pasta exactas utilizadas.
¿Cuánto tiempo debe permanecer una placa sobre el liquidus?
Unos 45–90 segundos son un punto de partida frecuente para algunas pastas sin plomo, pero el valor aprobado debe proceder de la ficha técnica y de los resultados medidos en las uniones.
¿Dónde se colocan los termopares?
En uniones previstas como calientes o frías, zonas de alta masa térmica y encapsulados sensibles. Fíjelos con seguridad y mínima masa térmica añadida; al verificar un límite de encapsulado, siga la ubicación indicada por el proveedor.
¿Los ajustes de refusión pueden corregir el efecto lápida?
Pueden reducir el desequilibrio térmico, pero también influyen geometría de pads, equilibrio de cobre, volumen de pasta, colocación y humectación de terminales. Diagnostique todos los factores antes de cambiar la receta.
¿Cuándo debe medirse de nuevo el perfil?
Después de cambios significativos en PCB, componentes, pasta, proveedor, portador, horno, transporte, atmósfera o línea, y cuando las tendencias indiquen que ha cambiado el margen existente.