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PERSPECTIVA GENERAL:
El procesamiento de placas (PCBs) en la mesa de trabajo, ya sea para prototipo/diseño o retoques/reparaciones debe siempre imitar los procesos y al equipo de reflujo de producción inicial tanto como sea posible. El estudio de cualquier proceso de producción de placas (PCBs) que utilice las tecnologías más recientes, al igual que los libros de procedimientos de los principales fabricantes de semiconductores en el mundo, especifican claramente cuáles son los prerrequisitos exactos para el manejo de éstos y para el reflujo. Puesto que la única consecuencia lógica es que todos los trabajos con placas (PCBs) en la mesa de trabajo deben adherirse a un estándar igual, podemos formular las siguientes conclusiones fundamentales:

• El Montaje de la Placa de Circuito Impreso (PCB) debe siempre ser precalentado antes de cada trabajo (prototipo / diseño / producción de bajo volumen y/o retoques / reparaciones).

• Un método de reflujo (convectivo) sin contacto y sin contaminación es el que mejor se adapta a la soldadura de instalación de resistencias de chips encapsulados en cerámica y condensadores.

• Un método de reflujo (convectivo) sin contacto y sin contaminación es el que mejor se adapta a la instalación de semiconductores con espacios de paso corto y de paso ultra corto (QFPs).

• Cuando se utiliza el aire caliente para quitar o cambiar dispositivos montados en superficie (SMDs), la corriente de aire debe dirigirse exactamente al conductor y a la pista apropiados.

• Los componentes adyacentes al dispositivo montado en superficie (SMD) que debe ser retirado o remplazado no deben jamás ser expuestos a las temperaturas de reflujo.

• Las placas de circuito impreso (PCB) y sus componentes no deben jamás verse sujetos a temperaturas mayores a las que sobrepasaron durante el proceso inicial de producción.

• Un enfriamiento acelerado de las uniones de soldadura es deseable y recomendado para asegurar uniones fuertes que impidan inclinaciones, alineamientos inadecuados, y/o que los dispositivos queden parados de un sólo lado (tombstoning) por accidente.

• Los dispositivos electrónicos sensitivos a la estática deben ser protegidos contra las descargas de estática accidentales durante los retoques de los montajes de las placas de circuito impreso (PCBAs). Se recomienda que el ingeniero o técnico lleve en la muñeca una banda contra las descargas de corriente electrostática.

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EL REFLUJO CONVECTIVO FRENTE AL REFLUJO CONDUCTIVO:
Breve Historia. En la industria global de la electrónica de hoy, la soldadura de reflujo puede dividirse en general en dos procesos diferentes: la convección y la conducción. Ambos procesos de soldadura se han aplicado durante muchas décadas. Sin embargo, con la llegada de la tecnología de montaje en superficie (SMT) y la miniaturización de los dispositivos electrónicos, parece ser que el contacto físico exigido durante la soldadura conductiva esta perdiendo adeptos entre los ingenieros o técnicos de proceso, fabricación y calidad. El uso de hornos de transportación de gran volumen y de equipo de aire caliente (convectivo) está tomando precedencia rápidamente frente a los métodos tradicionales de contacto (conductivos) tales como los cautines, las barras calientes y termodos.

El reflujo de la soldadura y la creación de una unión físicamente fuerte y electrónicamente saludable entre el ‘conductor’ de un dispositivo electrónico y la capa/pista de cobre en un substrato de cableado impreso requiere que se preste particular atención a todos los parámetros involucrados en el proceso. Dentro del montaje de las placas de circuito impreso más básicas (PCBA) puede encontrarse toda una serie de materials de diferente naturaleza: cobre, aglomerado, cerámica, plástico, estaño, conductor, silicio, laminados, entre otros. Cada uno de estos distintos materiales tiene niveles distintos de expansión termal que, si son ignorados, pueden ocasionar muchos problemas en serie cuando éstos se ven sujetos a las temperaturas de reflujo de soldador.

Las Resistencias de Chips Encapsulados en Cerámica, los Condensadores en Cerámica y la Aparición del Lápiz de Aire Caliente (Hot Air Pencil). Al acelerarse la transición de la tecnología de dispositivos inseridos en orificios laminados (Thru-Hole) a la tecnología de montaje en superficie (SMT), se descubrió una desventaja en el uso de los cautines y de las pinzas calientes: los condensadores chip miniaturizados encapsulados en cerámica y las resistencias de chip encapsuladas en cerámica se estaban agrietando y fisurando cuando éstos eran reemplazados en el montaje de la placa (PCBA). Debido a este problema de agrietamiento causado por el desigual nivel de expansión del chip encapsulado en cerámica y de sus conductores al ser éstos calentados por una herramienta de soldadura con contacto, un instrumento llamado el Hot Air Pencil se convirtió en el instrumento preferido porque aplicaba aire caliente en un punto preciso sobre el chip.

Aunque era posible retirar un condensador chip o resistencia rápidamente con una herramienta caliente con contacto (cautín o pinzas calientes), se recomendaba que el chip no se volviera a utilizar después de haberlo sacado. Lo que resulta más importante, el cambio de estos pequeños condensadores chip encapsulados en cerámica y el cambio de las resistencias de chips con herramientas que requerían contacto estaba dando lugar a que prohibieran rápidamente su uso muchas compañías de electrónica para evitar que ocurriera el problema descrito arriba. Reemplazando el cautín y las pinzas calientes, el lápiz de aire caliente ganó adeptos rápidamente al convertirse en la herramienta preferida para cambiar los chips encapsulados en cerámica que incorporaban la tecnología SMT. Asimismo, el lápiz de aire caliente demostró ser muy efectivo para quitar condensadores chip, las resistencias de chip y los circuitos integrados de pequeño contorno (SOICs) también, cuando se le utilizaba con las pinzas estándar (no calentadas).

Del mismo modo, los lápices de aire caliente, y no los cautines, se convirtieron en la herramienta preferida para preparar o “retocar” las pistas. Los cautines pueden dejar franjas o “ciclos de hielo” en la pista, causado problemas de coplanaridad entre la interfase del conductor y la pista. Un lápiz de aire caliente deja la pista lisa. Este proceso es conocido ahora como “emparejamiento de niveles de calor” (hot leveling) y enfatiza las muchas ventajas inherentes del reflujo “convectivo y sin contacto” del hot air pencil frente a las herramientas de reflujo que involucran “conducción y contacto.” [VOLVER AL PRINCIPIO]

EL REFLUJO CON CONTACTO FRENTE Al REFLUJO SIN CONTACTO:
Una Breve Historia. Las aplicaciones útiles del lápiz de aire caliente pronto transcendieron el limitado campo de uso que inicialmente se le dio con condensadores chip encapsulados en cerámica, resistencias y los circuitos integrados de pequeño contorno (SOICs). En todo el mundo, el lápiz de aire caliente se convirtió rápidamente en la herramienta preferida para el cambio de un nuevo tipo de tecnología SMT…los Dispositivos con espacios de paso Corto y de paso ultra corto (FPT & UFPT).

Entre 1988 y 1995, la exigencia de ingenieros y diseñadores de que los circuitos integrados tuvieran un mayor número de conteos de Entrada/Salida llevó a nuevos extremos a los paquetes electrónicos. Mientras que los anteriores dispositivos de tecnología montada en superficie (SMDs) habían tenido conteos de 100 o menos con espacios que típicamente iban de las 0.040” a las 0.050” pulgadas, estos nuevos dispositivos con espacio de paso corto y de paso ultra corto (FPT y UFPT) estaban acaparando una buena porción del mercado con conteos de Entrada/Salida que llegaban a 250 y a más. Para complicar aún más la fabricación y los procesos de retoque, los dispositivos con espacio de paso corto y paso ultra corto (FPT y UPFT) llegaron a tener espacios sumamente pequeños entre los conductores de hasta 0.015” pulgadas.

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Las limitaciones de las Herramientas de Contacto Caliente y la Encapsulación QFP. Si bien las herramientas de contacto caliente tales como los cautines, las barras calientes, y las pinzas calientes no eran adecuadas para la colocación de condensadores chip y resistores, las limitaciones de su utilidad resultaron más evidentes con la aparición de los dispositivos con espacio de paso corto y de paso ultra corto que típicamente venían encapsulados en paquetes planos cuadrados (QFPs). La creciente aceptación de los FPT y UFPT dentro de la industria de la electrónica sólo enfatizó aún más los defectos de una herramienta de reflujo caliente.

El problema que el FPT y el UFPT presentaban para las herramientas de contacto caliente no se debía sobre todo a la reducción de los pasos, sino más bien a la concomitante miniaturización de los conductores mismos. Esta miniaturización de los conductores de los dispositivos, más que ninguna otra cosa presentaba la desventaja más notoria de cualquier método de contacto o de barra caliente frente al método sin contacto (de aire caliente). Los conductores llegaron a ser tan pequeños en toda su huella (anchor, grosor, y aun en la extensión de la patilla) que sufrieron ellos mismos, de manera proporcional, una extrema susceptibilidad a doblarse, a torcerse fuera de su eje y a deformarse cuando eran tocados por una herramienta de contacto.

Ventajas del Lápiz de Aire Caliente frente a Herramientas de Contacto Caliente. En esto reside la tremenda ventaja de un planteamiento sin contacto/de aire caliente para el reflujo y aquél que involucra contacto. El aire caliente del AirPencil simplemente nunca “toca” el componente o sus pequeños, frágiles y débiles conductores. Con las herramientas de reflujo de contacto caliente pasa lo contrario, ya que estas herramientas se pueden “pegar” a los conductores de los dispositivos SMD; o doblar los conductores SMD hacia arriba/hacia abajo, causando problemas de coplanaridad; o bien pellizcar los conductores de los dispositivos SMD hacia afuera/hacia adentro, causando cortos o abiertos eléctricos; el lápiz de aire caliente no se ve afectado por esta serie de problemas.

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Otras Ventajas del Reflujo sin Contacto. Al contrario de las herramientas de contacto caliente, una herramienta de aire caliente convectivo no presenta la oportunidad de introducir contaminación en el montaje de la placa (PCBA). La mugre, suciedad, y flux y adhesivos residuales pueden pegarse, y de hecho se pegan, a las herramientas con contacto, contaminando con materiales ajenos la placa (PCBA) y creando aún más problemas de calidad. Del mismo modo, un lápiz de aire caliente puede ser usado para precalentar suavemente el área adyacente al dispositivo en cuestión que se va a quitar o cambiar, permitiendo que se utilicen controles de temperaturas menores y tiempos de duración (Dwell) del reflujo más cortos. Un precalentamiento muy suave del montaje de la placa (PCBA) en la misma mesa de trabajo puede ser sin duda de gran ayuda en el procesamiento de los montajes de placas de circuito impreso (PCBA) que tienen planos de masa pesados, o con montajes de varias capas o con aquellos que cuentan con grandes depresiones para distribuir el calor (heat sinks).

— David Jacks

ACERCA DE EL AUTOR: David Jacks fue Director de Ingeniería en dos de las más grandes empresas fabricantes de equipo de soldadura por casi 13 años y fundo la compania Zephyrtronics en 1994 con su socio quien tambien es ingeniero y su gran amigo, Randy Walston.

La carrera de diseño profesional de David abarca desde los 1970's. Sus diseños de productos han sido expuestos en articulos que aparecen en ambas revistas Popular Science® y Popular Mechanics®. El ha diseñado productos, herramientas, y aparatos comercializados por Sears®, Black & Decker®, RadioShack®, Motorola®, Snap-On Tools®, Rubbermaid®, CooperTools®, Farmer Brothers® y Brewmatic®. David posee varias patentes (de utilidad y diseño) por muchas de sus invenciones; es autor de artículos técnicos en revistas nacionales, y de manera rutinaria se dirige a las sociedades profesionales electrónicas.
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