Curando, curando gansos
Pronto volverá a estar bien,
El gatito tiene cola
Pronto estará bien otra vez,
Bien está lo que bien acaba
En cien años todo habrá desaparecido. [1]
Gordon Earle Moore, cofundador de Intel, famoso por su Ley de MooreLas verrugaspueden "discutirse" con éxito, sobre todo con los niños y algunos adultos crédulos. Al parecer, el dicho anterior también aliviaba el dolor de pequeñas molestias cuando la madre se lo cantaba al niño que sufría. Ernst Neger también lo utilizaba durante su actuación en la Fassenacht, probablemente consciente de la resaca que algunos de los participantes tenían que sufrir a la mañana siguiente. Como en el caso de los jóvenes, este sonsonete se hizo muy popular entre los tontos.
Es discutible si cien años es tiempo suficiente, dada la creciente longevidad de los productos electrónicos. Sin embargo, los productos electrónicos suelen durar sólo unos meses o años, ya sea porque se diseñaron así o porque la sensibilidad y el manejo brusco de estos productos, a menudo "irreparables", hacen que acaben en el cubo de la basura o guardados en un cajón como recuerdo.
La complejidad tanto de los componentes como de los conjuntos ha aumentado espectacularmente. No sólo se aplica la ley de Moore [2], sino que los componentes pasivos más pequeños obligan a reducir las distancias entre ellos, lo que a su vez conlleva una reducción de los niveles de corriente y voltaje.
La "bola de saliva" [3] de la RoHS ha complicado la soldadura, ha aumentado enormemente el consumo de energía y ha elevado el problema del fundente a un nuevo nivel. Mientras que en los buenos tiempos se podía dejar simplemente la resina en el ensamblaje -los viejos teléfonos de los escaparates de los fabricantes siguen funcionando aunque la resina del interior ya esté descascarillada-, ahora la contaminación es apenas aceptable si se quiere dar al producto una vida útil más larga.
Electrólisis, ilustración de Niko LangEstodepende a menudo de un fenómeno bien conocido de la física y la química: la electrólisis. Se trata de una serie de tensiones, un electrolito y un problema potencial. Las dendritas que crecen allí son algo distinto de los llamados "bigotes", que se prensan a partir de capas metálicas.
La migración de iones es la culpable aquí y esto implica a unos cuantos participantes. Los metales y un electrolito son importantes. Si se establece una conexión conductora entre distintos metales, los iones metálicos migran de un lado a otro y se acumulan en cristales metálicos de bonito aspecto, no muy distintos de los árboles de Navidad. Pero, por desgracia, esto provoca cortocircuitos. Cuanto menor es la distancia, más rápido se forma la conexión.
Pero, ¿qué se puede hacer al respecto? Los distintos metales son fundamentalmente necesarios para la función. Evitarlos en la electrónica pertenece al reino de la fantasía.
Así que el foco de atención se centra en el electrolito. ¿Cómo se forma? Porque, al fin y al cabo, no se suministra, ¿o sí? Se forma a partir de ciertas impurezas y de la siempre presente humedad.
Aquí es donde recae la sospecha (no siempre justificada) sobre el fundente. Un fundente "ideal" elimina los óxidos durante la soldadura (y cumple varias otras funciones) y luego desaparece sin dejar rastro. Sin embargo, sobre todo después de la directiva RoHS, los químicos aún no lo han conseguido.
Aunque es posible soldar sin fundente, esto lleva demasiado tiempo y, por tanto, es demasiado caro, sobre todo en la producción en serie. Así que uno se limita a juguetear con los productos químicos, y quedan residuos que suben al electrolito en las condiciones previstas.
Sin embargo, no hay que pasar por alto que las impurezas también pueden introducirse de otras formas. La producción de PCB utiliza una serie de productos químicos. Lo mismo hacen los fabricantes de componentes. Queda por ver si todos ellos se eliminan o pueden eliminarse. La manipulación, el embalaje y las máquinas tampoco son inocentes en la situación.
En algunos componentes envasados al vacío se excluye la humedad. Si están completamente secos, el electrolito no puede formarse y flotar por ahí. Sería concebible trasladar esto al conjunto, pero es poco realista.
Espectrómetro Así queha llegado el momento de ocuparse de las impurezas. El lavado de conjuntos ha revitalizado la RoHS. Después de que los fundentes con bajo contenido en sólidos se utilizaran en un intento de evitar en gran medida la limpieza -también por motivos de costes y medioambientales-, las altas temperaturas de fusión y los trucos que ahora requieren los fundentes en relación con el desarrollo general de los componentes han hecho que el lavado vuelva a ser más popular.
Sin embargo, no se ha vuelto más fácil. Ahora que se ha retirado de la circulación el freón, que no es especialmente eficaz (por eso se utiliza sobre todo como azeótropo [4]), se siguen buscando sustancias químicas adecuadas. Las propiedades deseadas son amplias y requieren, sobre todo, que las impurezas ionizables del conjunto puedan disolverse y aclararse. Además, hay aspectos sanitarios y ecológicos, algunos de los cuales también están recogidos en la legislación.
La búsqueda se ve dificultada por los huecos cada vez más estrechos del conjunto, especialmente bajo algunos de los componentes más grandes. Forzar la entrada de líquido es menos problemático que sacarlo de nuevo con las impurezas disueltas.
Dado que el ingeniero de procesos tiene poca influencia en el diseño del conjunto, al menos debería empezar sus consideraciones analizando los residuos que hay que eliminar.
Un laboratorio adecuado puede entonces utilizar los últimos métodos analíticos y extracciones locales (posiblemente tras eliminar algunos componentes problemáticos) para indicar definitivamente qué se esconde allí.
Dado que el CFC-113 y el 1,1,1-tricloroetano ya no están disponibles, hay que recurrir a algunos de los disolventes más recientes o especular con sistemas basados en agua que utilicen saponificadores para atacar algunos de los residuos orgánicos (resinas). En cualquier caso, esta química debe ajustarse con precisión al contaminante, y es más inteligente convencerse por ensayo y error que dejarse convencer por vendedores verborreicos.
El proceso normal de lavado en sistemas continuos o discontinuos es excesivamente largo, y las nuevas ideas en el mercado de maquinaria parecen escasas. En la actualidad existe un consenso generalizado sobre la necesidad de utilizar un poco más de energía para eliminar las impurezas. Esto se hace con métodos de pulverización o con los antes demonizados ultrasonidos, en los que los métodos de pulverización pueden tener problemas de sombreado porque los componentes se "obstruyen" unos a otros, lo que suele ocultarse hábilmente en las publicaciones. Por supuesto, hay que comprobar periódicamente si el conjunto está finalmente limpio o si, al menos, cumple los valores límite fijados de antemano.
Bibliografía
M. Bixenman et al.: Combination of Spray and Soak Improves Cleaning under Bottom Terminations, IPC proceedings
T.M. Forsythe: Cleaning High Reliability Assemblies With Tight Gaps, A Detailed Analysis, SMTA Proceedings
E. Kanegsberg; B. Kanegsberg: Ultrasonics as an Option for Electronics Assembly Cleaning, Actas de SMTA International, 25-29 de septiembre de 2016, Rosemont, IL, EE. UU.
T. Munson: Failure Analysis - Using Ion Chromatography and Ion
Chromatography/Mass Spec (IC/MS), Actas del Simposio Pan Pacific Microelectronics de SMTA 2020
R. Basu; R. Hulse: An Alternative Solvent with Low Global Warming Potential, Actas del IPC
H. Conseil et al: Contamination profile of Printed Circuit Board Assemblies in Relation to Soldering Types and Conformal Coating, Actas de EuroCorr 2014.
Referencias
[1] Reescritura de una canción infantil de Ernst Neger como canción de carnaval, fuente: www.wikipedia.org/wiki/Heile,_heile_Gänsje
[2] www.investopedia.com/terms/m/mooreslaw.asp
[3] es.wikipedia.org/wiki/Bola de saliva
[4] en.wikipedia.org/wiki/Azeotropo
