Materiales de soldadura 101

¿Cuáles son los materiales clave necesarios para completar una tarea de soldadura?

Podría pensarse que lo único que se consume es la soldadura. Sin embargo, hay otros elementos esenciales para completar el trabajo y que se agotan en el proceso.

También presentaremos algunas herramientas que quizás no sabías que eran necesarias. Empezaremos con la soldadura y el fundente. Luego pasaremos a elementos menos conocidos, como trenzas de desoldadura, productos de limpieza de fundente, cinta de soldadura y puntas de soldadura de repuesto.

La soldadura es el material básico de una unión soldada. Lo más habitual es encontrarla en forma de bobina de alambre metálico fácil de doblar y manipular. La composición de la mayoría de las soldaduras consiste en una aleación metálica (una mezcla de metales que no se pueden separar mecánicamente) con un punto de fusión bajo que recubre un núcleo de fundente, un compuesto químico que ayuda a que la soldadura se humedezca y fluya según se desee.

La aleación de soldadura, cuando se funde, se adhiere a los elementos que se unen si estos están limpios y se calientan por encima del punto de fusión de la soldadura. Aunque casi todas las soldaduras destinadas a uso electrónico tienen un núcleo de material fundente, se puede y se debe añadir fundente para mejorar el resultado cuando sea necesario.

Existen dos tipos principales de aleaciones de soldadura: con plomo y sin plomo. La soldadura con plomo se humedece y fluye más fácilmente, requiere menos calor y, en general, se considera más fácil de trabajar. Sin embargo, el plomo no es bueno para los seres humanos ni para el medio ambiente, por lo que se creó la soldadura sin plomo como alternativa más segura.

La soldadura sin plomo ha sustituido en gran medida a la soldadura con plomo en las aplicaciones de fabricación electrónica, especialmente desde que entraron en vigor las leyes que obligan a reducir las sustancias peligrosas a principios de la década de 2000. Sin embargo, todavía hay industrias y aplicaciones en las que se utiliza soldadura con plomo, ya que las uniones que crea la soldadura sin plomo son más débiles frente a las fuerzas externas. Para soldar productos electrónicos de consumo, es preferible utilizar soldadura sin plomo.

La soldadura sin plomo suele ser una aleación de estaño (símbolo Sn), plata (Ag) y cobre (Cu). Una mezcla común se conoce como SAC o 305. Contiene un 3 % de plata. Se funde a una temperatura más alta (entre 215 y 220 °C) que la soldadura con plomo (183 °C) y es un poco más difícil de trabajar, principalmente porque se funde en un rango de temperaturas y no humedece las superficies con tanta facilidad. También hay aleaciones de solo estaño y cobre que se funden a una temperatura ligeramente más alta (227 °C), pero estas tienen una capacidad de humectación aún menor.

La soldadura con plomo contiene más estaño que plomo. La más fácil de usar es la soldadura que contiene un 63 % de estaño y un 37 % de plomo, conocida normalmente como soldadura 63-37. Se trata de una mezcla eutéctica (lo que significa que tiene el punto de fusión más bajo posible) que se funde como un metal puro a una temperatura fija.

La temperatura de fusión más baja (183 °C) y las propiedades de humectación superiores hacen que el 63-37 sea más fácil de usar. Esta es la aleación de soldadura ideal para realizar reparaciones. La temperatura de fusión más baja supone menos riesgo para los componentes cercanos. La desventaja es el contenido de plomo, que es tóxico.

Otra aleación común es la 60-40, que se funde a una temperatura ligeramente superior y no tan fácilmente.

Otras aleaciones utilizadas en la soldadura electrónica incluyen aleaciones a base de bismuto (Bi) y aleaciones de indio (In). Ambos tipos son para aplicaciones a baja temperatura. Los números indican los porcentajes de cada metal en la aleación.

Por lo general, estas aleaciones se usan en la soldadura de dispositivos de montaje superficial (SMD). El bismuto-estaño (58Bi42Sn) y el bismuto-estaño-plata (57Bi42Sn1Ag) funden a una temperatura de entre 138 °C y 140 °C. Se pueden usar para soldaduras a baja temperatura. A veces se funden en juntas existentes para reducir el punto de fusión y facilitar la reparación.

También hay disponibles soldaduras que contienen metal de indio con puntos de fusión muy bajos, como la aleación de indio y estaño (52In48Sn), que funde a 118 °C.

La mayoría de las aleaciones de soldadura están disponibles en forma de alambre con núcleo fundente. También están disponibles en forma de pasta y esferas.

La forma más común es un alambre con fundente como núcleo central. El alambre está disponible en una amplia variedad de diámetros que van desde 0,010" (0,25 mm) hasta 0,125" (3,125 mm). El tamaño de la unión y la fuente de calor utilizada determinan el diámetro adecuado.

Compuesta por pequeñas esferas de soldadura en una base fundente, muchas pastas de soldadura se pueden aplicar con una jeringa. Se usa normalmente para soldar dispositivos de montaje superficial.

Son pequeñas esferas de soldadura de tamaño uniforme que se usan para fines especiales, como renovar la soldadura en chips con conexiones de matriz de rejilla de bolas (BGA).

Mientras que la soldadura es el material que forma la unión, el fundente es esencial para que la soldadura fluya y se adhiera.

El fundente para soldadura es un compuesto químico, normalmente compuesto por colofonia (derivada de la savia del pino) y un componente reactivo conocido como activador. Su principal finalidad es eliminar la oxidación, lo que ayuda a que se adhiera a otras superficies y reduce la tensión superficial de la soldadura fundida.

Dado que la soldadura no se adhiere al metal con una capa de óxido y que las capas de óxido se forman más fácilmente cuando están calientes, el fundente sirve tanto para limpiar como para proteger las superficies que se van a unir. El fundente debe calentarse hasta su temperatura de activación, alrededor de 140 °C, para limpiar esta capa de óxido y recubrir la unión para evitar que se vuelva a oxidar.

El fundente también favorece la humectación, lo que permite que la soldadura fluya más fácilmente en los pequeños espacios entre los componentes. Esto crea uniones con mayor superficie, que son más resistentes y, por lo tanto, más conductoras. Si alguna vez has tenido el problema de que la soldadura se derrita y adquiera una consistencia más pastosa, la solución probablemente sea añadir más fundente para que la soldadura alcance un estado más líquido.

La colofonia es la base fundente más común que encontrarás. También existen fundentes de resina sintética que permiten adaptar otras propiedades del fundente.

Los activadores comunes son el ácido abiético (presente de forma natural en la savia del pino), los haluros y las aminas, que pueden ser ácidas o básicas. Su principal finalidad es provocar una reacción química con el metal oxidado que se forma en la superficie de los componentes expuestos al aire. Estos activadores reducen los óxidos metálicos a metal puro o forman cloruros metálicos solubles o sales metálicas, que pueden ser disueltas o absorbidas por el fundente. El fundente actúa entonces como barrera protectora entre el metal y el aire para evitar una mayor oxidación antes de que la soldadura pueda crear una unión.

Los fundentes pegajosos/en gel son fáciles de aplicar, permanecen fijos y se usan habitualmente para soldar componentes de montaje superficial. Son un buen tipo de fundente para realizar conexiones soldadas.

Ten en cuenta que casi siempre es mejor usar demasiado fundente que demasiado poco. El exceso de fundente se puede limpiar, pero con muy poco fundente no se puede conseguir fácilmente una unión soldada de buena calidad.

Los fundentes se presentan en forma de pasta, gel y líquido. También se encuentran como núcleos en el alambre de soldadura. El contenido de sólidos suele ser inversamente proporcional a la fluidez. Pasta (mayor contenido de sólidos), luego gel/pegajoso, luego líquido (menor contenido de sólidos).

Algunas pastas se pueden aplicar con un pincel rígido.

Los fundentes pegajosos suelen aplicarse con una jeringa y se pueden usar para mantener pequeños componentes en su posición durante la soldadura (de ahí su pegajosidad).

Los fundentes líquidos se aplican con un pincel suave o un lápiz fundente y son fáciles de aplicar en múltiples conexiones a la vez.

El fundente tiene varias características que se indican en los designadores descriptivos del tipo. Entre ellas:

• Base o vehículo del fundente (cuál es el ingrediente principal)
  • Colofonia (R) Material muy bueno para uso general. Se usa principalmente para reelaboraciones/reparaciones.
  • Resina (RE o RES) Alternativa a la colofonia.
  • Soluble en agua: suele ser más agresivo y casi siempre requiere limpieza después de su aplicación.
    • Inorgánico (IN)
    • Orgánico (OR)
• La activación es el grado en que un fundente elimina agresivamente el óxido; demasiado no es necesariamente mejor, ya que la corrosión suele aumentar con la activación. El activador realiza la limpieza. Algunos vehículos, como la colofonia, tienen activadores ácidos incorporados.
  • Baja/Nula (L)
  • Media/Ligeramente activada (M)
  • Alta/Activada (H)
• Haluro: ayuda a eliminar el óxido, pero aumenta la toxicidad del humo y los vapores, además de requerir limpieza. Actualmente, son pocos los fundentes que contienen haluros.
  • Sin haluro (0) al final del indicador.
  • Haluro (1) al final del indicador.

Un lápiz de fundente sin fundente de limpieza.

Es posible que veas el fundente representado como "sin limpieza". No se trata de otro tipo de fundente, sino que tiene que ver con los residuos que deja el fundente después del proceso de soldadura. "Sin limpieza" significa que es poco probable que los residuos que deja el fundente causen problemas en los componentes de una placa de circuito impreso.

La corrosión es el principal elemento que se evalúa en las designaciones "limpio"/"sin limpieza". Los residuos del fundente pueden seguir siendo conductores. A menudo, la cantidad de base del fundente en el "sin limpieza" se reduce, por lo que quedan menos residuos potencialmente conductores.

Cuando las placas de circuito impreso están repletas de componentes y puede resultar casi imposible limpiarlas, la ausencia de limpieza es una ventaja. A veces, cuando se realiza una reparación, la ausencia de limpieza también resulta de gran ayuda. Aun así, si es posible, generalmente es mejor limpiar los residuos de fundente de la placa, independientemente de si es necesario limpiarla o no.

El principal consumible es la trenza de desoldadura de cobre. Está hecha de hilos de cobre muy finos trenzados entre sí para formar una cinta. Por lo general, ya tiene aplicado un fundente seco. Cuando se coloca contra una unión y se calienta, la soldadura de la unión se absorbe en la trenza y permite retirar los componentes. Es posible mejorar el rendimiento aplicando un poco más de fundente en la propia unión y luego usando la trenza.

Siempre debes tener a mano un poco de trenza desoldante. Se comercializa en varios anchos e incluso puede contener fundente. Los errores ocurren y la trenza desoldante es una forma cómoda de solucionarlos.

Aunque no es estrictamente un consumible, como nota al margen, un succionador de soldadura o desoldador al vacío resulta útil para retirar componentes más grandes que pueden estar fijados con cantidades mayores de soldadura.

Cuando sueldes, especialmente en placas de circuito impreso, debes limpiar el fundente y los residuos del mismo (incluso los fundentes "sin limpieza"). Para ello, puedes usar varios productos. Para disolver el fundente:

• El alcohol isopropílico al 91-99 % es uno de los disolventes de fundente más universales. Es el más usado, ya que se encuentra fácilmente disponible.
• El eliminador de fundente es probablemente la mejor opción. Si lo usas, asegúrate de que sea compatible con el fundente que estás usando.
• Para limpiezas realmente difíciles, puedes usar acetona, pero ten cuidado. La acetona puede disolver muchos plásticos diferentes que no quieres disolver. A menudo elimina las marcas de la placa de circuito y de los propios chips, lo que puede causar problemas. Es mejor probarlo primero para ver si la placa se hincha o se daña de alguna otra manera.
• El agua destilada o desionizada es ideal para cualquier fundente soluble en agua; en la mayoría de los casos, otros limpiadores no funcionan o funcionan mal con esos fundentes.

Para limpiarlo, puedes usar bastoncillos de algodón (los que tienen un palito largo de madera, no los normales para limpiar los oídos) o toallitas sin pelusa. No escatimes en productos.

Esto no es cómo usar el soldador de forma más eficaz. Las puntas del soldador son reemplazables, a menos que se trate de un soldador barato. Las puntas reemplazables tienen dos funciones.

1. Permiten cambiar las puntas para que puedas usar la forma de punta más adecuada para el trabajo si hay otras formas disponibles.
2. Permiten sustituir las puntas desgastadas.

La mayoría de los soldadores tienen una punta de cobre recubierta de hierro. Las puntas se desgastan principalmente porque el sobrecalentamiento provoca oxidación que daña el recubrimiento de hierro. Una vez que el recubrimiento se daña, la punta debe desecharse. Lamentablemente, si el soldador no tiene puntas reemplazables, hay que desechar toda la unidad.

Si es posible, conviene tener a mano dos o tres tipos de cinta adhesiva.

• La cinta de pintor es muy útil para trabajos a baja temperatura, como sujetar componentes con orificios pasantes o proteger ligeramente contra el calor.
• Cinta de poliimida (a menudo llamada Kapton™) para proteger contra el calor cuando se desea calentar solo una zona determinada. El límite superior habitual es de 260 °C, pero puede funcionar incluso hasta 400 °C.
• La cinta de aluminio también puede funcionar como escudo térmico y su grosor la hace duradera.

La función principal de estas cintas es la protección.

• Ayudan a evitar que se derritan cosas que no se desea que se derritan, como conectores de plástico u otros componentes.
• Pueden proteger componentes sensibles al calor, como los circuitos integrados.

Glosario de términos de soldadura

Cómo soldar y desoldar conexiones

El soldador no funde la soldadura

El soldador no calienta

Mejores prácticas de soldadura

Puntas para el soldador

Más información sobre el fundente - Lectura recomendada.

Más información sobre la soldadura sin plomo - Información útil.

Más información sobre soldadura con plomo