Los Temidos Residuos Blancos: Por Qué se Forman y Qué Hacer al Respecto

La aparición de residuos blancos en las tarjetas de circuitos es un problema recurrente en el montaje de la PCB, y da lugar a muchas preguntas y quejas para la línea de asistencia técnica.

Cuando hay contaminación en la tarjeta tras realizar limpieza, el cliente a menudo asume que proviene del propio limpiador. Lo más probable es que esa no sea la causa del problema. Por lo general, se forman residuos en las tarjetas de circuitos debido a problemas propios de la naturaleza del proceso de soldadura y limpieza.

Todos los limpiadores de las tarjetas de circuitos impresos (PCB) de Chemtronics, como los removedores Flux-Off y los limpiadores de mantenimiento Electro-Wash, se filtran y están elaborados con solventes 100% volátiles. Esto significa que se evaporan completamente sin dejar rastro.

La mayoría de los residuos son el resultado de una limpieza parcial o inadecuada, y pueden ser eliminados simplemente repitiendo el proceso de limpieza. Desafortunadamente, existe otra clase de residuos de la PCB que se derivan de reacciones químicas más complejas entre el flux de soldadura, solventes de limpieza, el proceso de soldadura, el laminado de la tarjeta y ciertos parámetros del proceso, como la velocidad de la línea y la temperatura de soldadura. Esos son los temidos residuos blancos y, a menudo, no pueden ser removidos fácilmente con limpiadores convencionales de tarjetas de circuitos.

Tipos de Residuos de la PCB

Los residuos de las tarjetas de circuitos se dividen en dos grandes categorías:

Residuos iónicos

Los residuos iónicos pueden causar corrosión si se dejan en la tarjeta. La naturaleza del flux de soldadura empleado, el proceso de soldadura y parámetros de limpieza, así como los problemas de los solventes de limpieza utilizados, pueden ocasionar la formación de residuos iónicos. Los flux R, RA y acuosos dejarán residuos iónicos si no se limpian adecuadamente. Los flux que no requieren limpieza están diseñados para agotar el material iónico cuando son expuestos a temperaturas de soldadura y son activados. Cualquier flux que no requiera limpieza que no sea completamente activado puede dejar residuos iónicos como cualquier otro flux.

Residuos orgánicos

Los residuos orgánicos no son tan graves, pero estropean la apariencia de la tarjeta y pueden provocar problemas en la adhesión del revestimiento de conformal. Los residuos orgánicos pueden presentarse debido a técnicas de soldadura o limpieza inadecuadas, o debido a una falta de compatibilidad entre el flux y un removedor de flux en particular.

Es fácil determinar el tipo de contaminación que tiene la tarjeta. Pruebe cada macha de residuo con gotas de agua o alcohol isopropílico (IPA). Si el agua disuelve el residuo, es iónico. Si el residuo se disuelve con alcohol, es orgánico. Esto le indica a usted rápidamente lo que requiere para limpiar la tarjeta (ya sea un limpiador a base de agua o un limpiador a base de solvente) y puede darle alguna señal de qué es lo que está ocasionando el problema. En ambos casos, lo más probable es que sean técnicas inadecuadas o una limpieza incompleta las que causen el problema de contaminación.

¿Cuáles son las Causas del Residuo Blanco?

La contaminación iónica, a menudo, es el resultado del tipo de flux de soldadura empleado. Los flux de colofonia y a base de colofonia que no requieren limpieza, así como muchos flux solubles en agua, contienen cantidades variables de activadores de ácido halogenuro. Estos activadores dan a los flux una mayor estabilidad térmica y ayudan a promover la formación de buenas uniones de soldadura al disolver las películas de óxido que contaminan las superficies de cobre, plomo y estaño.

La reacción química de los iones de cloruro y bromuro en estos activadores con el plomo en la soldadura de estaño-plomo puede causar la formación de cloruro de plomo blanco y residuos de carbonato de plomo alrededor de las uniones de soldadura. Si no se eliminan por completo durante la limpieza, estos iones pueden crear un ciclo de corrosión continuo, produciendo más cloruro de plomo y carbonato de plomo (residuo blanco) y ácido clorhídrico, que corroerán el cobre en el laminado de la tarjeta.

Para empeorar las cosas, cuando se aplica corriente, las partículas iónicas pueden unirse para formar ramificaciones conductoras llamadas dendritas. Estas dendritas se forman entre los puntos de contacto y provocan una pérdida de corriente o un cortocircuito.

Los residuos de colofonia orgánica pueden aparecer por varias circunstancias. El uso de un solvente viejo, el cual haya estado almacenado durante algún tiempo, puede ocasionar una limpieza incompleta. El alcohol isopropílico se usa ampliamente en la industria como removedor de flux y limpiador general de la PCB. El IPA es hidroscópico, por lo que absorberá agua del aire al estar almacenado un tiempo prolongado. El IPA muy diluido es un mal disolvente de flux a base de colofonia y no disuelve la contaminación pesada sin un tiempo de exposición prolongado. Además, el agua en el solvente puede reaccionar con flux que no requieren limpieza, generando más residuos blancos en la tarjeta.

En las operaciones de soldadura manuales, hay una tendencia general a utilizar cantidades excesivas de flux o flux con alto contenido de sólidos. Esto puede provocar una gran acumulación de contaminantes, la cual no se elimina fácilmente con un solo proceso de limpieza.

El uso de demasiado flux también puede provocar que la solución de flux quede atrapada debajo de los componentes. La limpieza debe realizarse de manera que quite estos contaminantes debajo de los componentes; de lo contrario, la remoción parcial ocasionará que el contaminante de colofonia escurra por la tarjeta después de haber completado la limpieza inicial. Incrementar el tiempo de permanencia del removedor de flux en la PCB puede evitar que esto suceda.

¿Cómo Solucionar el Problema de los Residuos Blancos?

Los siguientes son problemas que se pueden corregir para eliminar los temidos residuos blancos de sus montajes de la PCB:

• Tiempo entre la soldadura y limpieza: cuanto más tiempo permanezcan los residuos de flux en la PCB, más difícil será quitarlos. Hemos consultado con casos en los que en las PCB que fueron almacenadas durante un fin de semana se generan residuos blancos inesperados.
• Cantidad de flux utilizado: el flux en exceso o el alto contenido de sólidos hacen que tenga que limpiar mucho más. La variabilidad de la soldadura manual hace que este sea un problema en particular. A menudo, capacitar con las prácticas recomendadas producirá PCB más limpias al final de la línea, incluso sin realizar ningún otro cambio en el proceso de limpieza.
• Elección del flux: los flux que no requieren limpieza, en especial las más recientes variedades libres de haluros son mucho más difíciles de limpiar en comparación con los flux R y RA. Si tiene previsto limpiar sus PCB, le irá mejor con los flux R o RA que se pueden quitar fácilmente. Los flux acuosos son una excelente opción si cuenta con equipo de limpieza en línea o por lotes, pero resultan ser un gran desafío en el caso de la limpieza manual. Muchos limpiadores solventes no serán efectivos en flux acuosos, y dichos tipos de flux son muy activos, por lo que es realmente necesario quitarlos.
• Compatibilidad de solvencia: cuanto mejor sea la compatibilidad de solvencia entre el residuo y la solución de limpieza, menos esfuerzo será necesario y menos las molestias ocasionadas. Para hacer una prueba rápida, coloque una gota de solución limpiadora en una PCB que haya sido revestida con flux y pásela por el horno de reflujo. Después de 1 o 2 minutos, límpiela y vea si removió esa zona de flux. De ser así, será cuestión de desarrollar un proceso de limpieza eficiente. De no ser el caso, busque otro limpiador, porque batallará con él constantemente. Se puede identificar una falta de compatibilidad general entre el limpiador y el tipo de contaminante al analizar cómo es que el contaminante recubre la tarjeta. Si las zonas con residuos son de naturaleza irregular, entonces es señal de una limpieza incompleta. Aumentar el tiempo y/o la temperatura de limpieza debería ayudar. Si la contaminación aparece como una capa uniforme sobre la superficie de la tarjeta, entonces no está usando el limpiador adecuado para los residuos presentes.
• Tiempo de permanencia para mayor limpieza: si tiene una buena compatibilidad de solvencia, es cuestión de identificar la cantidad correcta de tiempo de exposición que se requiere para limpiar por completo la PCB. En un sistema de limpieza en línea, esto se lograría ajustando la velocidad de la cinta.
• Calentar el limpiador: en términos generales, la solvencia aumenta junto con la temperatura de la solución de limpieza. Por supuesto, esta no es una opción en el caso de limpiadores inflamables por cuestiones de seguridad. Algunos equipos de limpieza, como los sistemas de limpieza ultrasónicos, por lotes y en línea, le permiten ajustar la temperatura.
• Agitación en el proceso de limpieza: por último, si la solvencia, el tiempo de exposición y la temperatura están completamente optimizados y aún hay residuos, es posible que deba añadir agitación. La agitación puede provenir de un cepillo, una toallita, un hisopo, un aerosol potente, ondas ultrasónicas o chorros en un sistema de limpieza. En un sistema de limpieza en línea, la posición y el ajuste de la presión de la boquilla de rociado también pueden marcar una gran diferencia en la eficacia de la limpieza.

Chemtronics ofrece limpiadores a base de agua y solventes que están diseñados para eliminar una amplia variedad de residuos orgánicos e inorgánicos. Esto le brinda la flexibilidad de trabajar con diferentes flux en el mismo proceso de limpieza.

Chemtronics también cuenta con un laboratorio de aplicaciones totalmente equipado y técnicos de laboratorio con experiencia para ayudarle a identificar problemas y hallar soluciones rápidamente. El equipo incluye un desengrasante a vapor, ondas ultrasónicas, un limpiador por lotes y un equipo de pulverización selectiva de PVA.

Si necesita ayuda para resolver un problema de residuos blancos o le gustaría desarrollar un proceso de limpieza que evite la posibilidad de que se presenten residuos blancos, comuníquese con Chemtroncis en askchemtronics@chemtronics.com o al 770-424-4888