Medición instantánea y precisa de las formas de los filetes de soldadura

Buena forma del filete de soldadura

Es importante comprobar y evaluar la forma de la soldadura fundida y solidificada (filete) en la parte que se conecta a la tierra. La forma debe ser una curva cóncava suave, como las laderas del monte Fuji. Como se explica en la figura siguiente, un ángulo de contacto θ menor (mayor humectabilidad) indica mejores condiciones.
Sin embargo, cuando el calentamiento es insuficiente o hay demasiada soldadura, ésta se solidifica en forma convexa como una gota de agua. Esto se denomina mancha de soldadura y puede provocar una reducción de la resistencia de la unión o un defecto de conexión.

Ángulo de contacto θ y humectabilidad

La humectabilidad se expresa como el valor del ángulo de contacto θ entre la superficie del objeto sólido y el líquido (como la soldadura fundida) que se ha goteado sobre él. Un ángulo A menor en la figura (ángulo de contacto θ) significa una mayor humectabilidad, e indica que el líquido se aplicó correctamente a la superficie del objeto sólido. Un ángulo mayor significa una humectabilidad menor porque la superficie del objeto sólido ha repelido el líquido.

Ejemplo de un proceso de tecnología de montaje superficial (SMT)

A continuación se enumeran los procesos generales de la tecnología de montaje superficial (SMT) para FA (automatización de fábricas).

• Proceso de impresión de pasta de soldadura (soldadura en pasta)

Utilizando una máscara metálica de alta precisión (placa o máscara de pantalla), la soldadura en crema (pasta de soldadura) se aplica mediante serigrafía con una rasqueta, de modo que la pasta se aplica solo en los lugares necesarios de la placa de circuito impreso. En la creación de prototipos o en la producción de pequeñas cantidades, puede utilizarse una impresora de inyección de tinta que no requiera máscara.

• Proceso de unión de chips

En este proceso se aplica adhesivo para montar componentes de chip en la placa de circuito impreso. Se utiliza principalmente en el proceso de soldadura en flujo para fijar los componentes en su sitio y evitar que se caigan al montarlos. El uso de adhesivos electroconductores permite fijar los componentes en su sitio y, además, conseguir continuidad.

• Proceso de montaje de chips

El casete que contiene los componentes de montaje enrollados en una bobina se instala en la montadora. La montadora coloca automáticamente los componentes de montaje en las posiciones especificadas en la placa de circuito impreso suministrada según el programa.

• Proceso de reflujo

Una vez aplicada la pasta de soldadura o el aglutinante de virutas y colocados los componentes de montaje en su posición, la placa de circuito impreso se transporta al horno de reflujo y se calienta. Este calentamiento funde la pasta de soldadura para que se humedezca y se extienda sobre los componentes montados y la almohadilla de montaje de la placa de circuito impreso. A continuación, se enfría y solidifica para completar la soldadura. Al mismo tiempo, este calentamiento también cura el aglomerante de virutas para fijar los componentes adheridos en su lugar.

Debido a que la temperatura de fusión de la soldadura y la temperatura de curado de la unión del chip son diferentes, la temperatura de calentamiento y la velocidad de enfriamiento deben ajustarse dentro del proceso. Se requiere precaución en el proceso de reflujo debido al riesgo de deformación de la PCB causada por el calor.

Forma del filete de soldadura, defectos de montaje y contramedidas

Para el cordón de soldadura, debe aplicarse una cantidad adecuada de soldadura de forma que cubra el electrodo terminal del componente y la almohadilla de montaje.
Por ejemplo, al montar un condensador de chip multicapa de uso común, cuando la cantidad de soldadura es correcta, el filete forma líneas inclinadas suavemente curvadas hacia dentro en los electrodos terminales derecho e izquierdo. Cuando se aplica demasiada soldadura, se forma una mancha de soldadura como se ha explicado antes. Cuando la cantidad de soldadura es demasiado pequeña, no es posible crear un filete con forma y volumen suficientes. En ambos casos, se reduce la resistencia de la unión y pueden producirse defectos de montaje o de conexión.

Durante el proceso de reflujo, la soldadura fundida produce tensión superficial en los electrodos terminales. Cuando hay una diferencia entre las cantidades de soldadura en las dos terminales o una variación en la temperatura de calentamiento, se produce una diferencia en la tensión superficial en los dos terminales y causa el problema conocido como "fenómeno Manhattan" El nombre se debe a que el chip en pie se asemeja a un edificio alto. También se conoce como el "fenómeno de la lápida" por su aspecto similar al de una lápida.

A la hora de formular contramedidas para los defectos, además de la cantidad y la calidad de la soldadura, es importante tener en cuenta las condiciones del proceso, incluido el precalentamiento del horno de reflujo y la optimización del perfil de aumento de la temperatura.
En la fase anterior del diseño de la placa de circuito impreso también hay que tener en cuenta factores como la forma del terreno y las contramedidas térmicas que permitirán que se forme fácilmente un filete correcto. En algunos casos, la mejora de la máscara metálica utilizada al imprimir la pasta de soldadura (soldadura en crema) puede ayudar a mejorar la precisión de la soldadura.

Problemas en la medición de la forma del filete de soldadura utilizando sistemas de perfilado de tipo contacto

Un sistema de medición de perfiles mide y registra el perfil de un objetivo trazando su superficie con un lápiz óptico.
El posicionamiento y la nivelación, así como otros preparativos del blanco, son vitales para el rendimiento de la medición, por lo que se requiere un operador especializado para realizar los preparativos previos y el trabajo de medición. Esto requiere mucho tiempo y trabajo.
Dado que la medición de un filete que tiene forma tridimensional se realiza mediante líneas, no es posible identificar la forma completa, y la medición de PCB de pequeño tamaño y alta densidad puede resultar difícil.

Ventaja 1: la forma 3D de toda una superficie puede capturarse en tan solo 1 segundo.

Dado que un calibre de filetes mide las condiciones de ajuste de la forma en una línea, y un sistema de medición de perfiles mide la superficie del filete por contacto del lápiz óptico en una línea, es difícil medir con precisión toda la forma del filete.

Con la Serie VR, el usuario puede escanear la forma de la superficie 3D del objetivo para completar instantáneamente la medición sin contacto en tan solo un segundo.
Gracias a la posibilidad de alternar entre aumentos bajos y aumentos altos, es posible realizar mediciones de alta precisión no solo de toda la placa de circuito impreso montada, sino también de la forma detallada del filete de soldadura en componentes específicos.
Su mapa de colores de altura, permite visualizar la forma del filete o componente electrónico, permitiendo identificar rápidamente las localizaciones anómalas y sus valores detallados.

Una vez escaneada una pieza, los datos de medición se almacenan y la medición del perfil de la sección transversal en cualquier línea puede realizarse en cualquier momento utilizando los datos anteriores. Estos datos pueden compartirse fácilmente, lo que permite realizar sin problemas tareas como identificar la causa de un defecto, formular contramedidas para evitar que se repita y llevar a cabo comparaciones y análisis de tendencias.

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Ventaja 2: las formas de los filetes pueden medirse instantáneamente sin necesidad de configuración o posicionamiento previos.

La Serie VR permite iniciar la medición de inmediato sin necesidad de fijar el objetivo a una plantilla, realizar un posicionamiento estricto o cualquier otro tipo de configuración previa o funcionamiento difícil del sistema de medición.

La medición de formas 3D puede realizarse fácilmente con solo colocar el objetivo en la plataforma y presionar un botón. Dado que es posible el ajuste automático de la posición en función de los datos característicos del objetivo, no es necesario un posicionamiento estricto. Esto hace posible una medición cuantitativa sin variaciones causadas por factores humanos. Cualquier usuario, independientemente de su nivel de experiencia, puede realizar mediciones precisas y repetibles, lo que aumenta el número de muestras que pueden medirse en un tiempo determinado.
Además, esta serie incluye la primera función de medición inteligente del sector que configura automáticamente el rango de medición y mueve la plataforma. Esto elimina el trabajo necesario para establecer la longitud de medición, el rango Z y otros ajustes avanzados.

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