La evolución de las tecnologías de soldadura en la industria electrónica ha estado marcada por un cambio fundamental de las soldaduras tradicionales basadas en plomo a alternativas sin plomo respetuosas con el medio ambiente. Durante años, la soldadura a base de plomo, utilizando principalmente aleaciones de estaño y plomo, fue el estándar de la industria, apreciado por su asequibilidad y excelentes propiedades físicas. Sin embargo, la creciente conciencia sobre los peligros ambientales y para la salud asociados con el plomo ha llevado a regulaciones estrictas, lo que ha impulsado la exploración y adopción de soluciones de soldadura sin plomo.
Este artículo profundiza en la comparación crítica entre la soldadura con plomo y sin plomo para placas de circuito impreso, analizando sus características físicas, químicas, ambientales y funcionales. Desde los puntos de fusión hasta la humectabilidad, la formación de bigotes de estaño, los costos, el impacto ambiental y la longevidad, exploramos cómo la elección entre estos métodos de soldadura puede influir significativamente en la fabricación de productos electrónicos.
¿Qué es la soldadura a base de plomo?
La soldadura a base de plomo se refiere a un tipo de aleación de soldadura que contiene plomo como uno de sus componentes principales. La formulación más común de soldadura a base de plomo es la aleación de estaño-plomo (Sn-Pb), con una proporción de estaño a plomo que suele ser de alrededor de 60:40. Esta relación específica a menudo se denomina composición eutéctica, donde la aleación tiene un punto de fusión distinto, lo que le permite pasar directamente de un estado sólido a un estado líquido y viceversa.
Históricamente, la soldadura a base de plomo se ha utilizado ampliamente en diversas industrias, particularmente en la fabricación de productos electrónicos, por sus propiedades favorables, como un punto de fusión relativamente bajo (alrededor de 183 °C o 361 °F), facilidad de uso y rentabilidad. Ha sido una opción popular para crear uniones de soldadura en placas de circuito impreso (PCB) para conectar componentes electrónicos como resistencias, condensadores y circuitos integrados.
Sin embargo, el uso de soldadura a base de plomo ha disminuido a lo largo de los años debido a las crecientes preocupaciones sobre los peligros ambientales y para la salud asociados con la exposición al plomo. Como resultado, ha habido un cambio global hacia la adopción de alternativas de soldadura sin plomo de conformidad con las regulaciones destinadas a reducir el impacto de sustancias peligrosas en los productos electrónicos.
¿Qué es la soldadura sin plomo?
La soldadura sin plomo se refiere a un tipo de aleación de soldadura que no contiene plomo como uno de sus componentes principales. El cambio hacia la soldadura sin plomo ha sido impulsado por preocupaciones ambientales y de salud asociadas con el uso de soldaduras a base de plomo. Se han desarrollado varias aleaciones de soldadura sin plomo como alternativas a la soldadura tradicional de estaño-plomo (Sn-Pb), con el objetivo de mantener el rendimiento y la confiabilidad de las uniones de soldadura y al mismo tiempo eliminar los efectos tóxicos del plomo. El punto de fusión de la soldadura sin plomo puede oscilar entre 50 y 200 °C o más. La capacidad de humectación adecuada en soldadura sin plomo requiere aproximadamente un 2 % de fundente en masa.
Hay disponibles varias aleaciones de soldadura sin plomo y los fabricantes pueden elegir la que mejor se adapte a sus requisitos específicos. Algunas aleaciones de soldadura sin plomo comunes incluyen:
Estaño-bismuto (Sn-Bi): Esta aleación tiene un punto de fusión más bajo en comparación con otras alternativas sin plomo, lo que la hace adecuada para aplicaciones donde se desean temperaturas de soldadura más bajas.
Estaño-Plata (Sn-Ag): Esta aleación, sin cobre, es otra opción popular sin plomo. Proporciona una buena resistencia a la fatiga térmica y se utiliza ampliamente en la fabricación de productos electrónicos.
Estaño-Zinc (Sn-Zn): Esta aleación se utiliza en algunas formulaciones de soldadura sin plomo, lo que ofrece una alternativa sin el uso de plata o cobre.
La soldadura sin plomo se ha convertido en una práctica estándar en muchas industrias, especialmente en la fabricación de productos electrónicos, para cumplir con regulaciones ambientales como la Directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS).
Soldadura con plomo versus soldadura sin plomo
La soldadura con plomo y la soldadura sin plomo son dos tipos de aleaciones de soldadura que se utilizan en diversas industrias, particularmente en la fabricación de productos electrónicos para aplicaciones como el ensamblaje de placas de circuito impreso (PCB). A continuación se muestra una comparación entre la soldadura con plomo y la soldadura sin plomo.
punto de fusión
La soldadura con plomo (por ejemplo, Sn-Pb) con un punto de fusión de 183 °C contrasta con las soldaduras sin plomo (por ejemplo, Sn-Ag-Cu) que oscilan entre 217 y 227 °C. La soldadura sin plomo aborda las preocupaciones ambientales pero plantea desafíos como puntos de fusión más altos. El cambio de la industria refleja un equilibrio entre la responsabilidad ambiental y las consideraciones técnicas. Es más difícil trabajar con soldaduras sin plomo debido a sus elevados puntos de fusión, que difieren significativamente del punto de fusión más bajo de 83 °C/361 °F de las aleaciones de plomo.
| Compuesto de soldadura | Temperatura de fusión |
| Soldadura de Pb-37Sn a base de plomo | 183 ° C | 361.4F |
| Soldadura Sn-3.5Ag sin plomo | 221 ° C | 429.8F |
| Soldadura Sn-58Bi sin plomo | 139 ° C | 282.2F |
| Soldadura Sn-0.7Cu sin plomo | 227 ° C | 440.6F |
| Soldadura Sn-8.8Zn sin plomo | 198 ° C | 388.4F |
| Soldadura Sn-3.4Ag-4.8Bi sin plomo | 205 ° C | 401F |
| Soldadura Sn-3.8Ag-0.7Cu sin plomo | 217 ° C | 422.6F |
| Soldadura Sn-8Zn-3Bi sin plomo | 197 ° C | 386.6F |
Haga clic en aquí para comprobar el efecto de diferentes concentraciones de elementos sobre el punto de fusión de la aleación de soldadura.
Características físicas
En términos de características físicas, la soldadura con plomo es más blanda que la soldadura sin plomo, lo que puede afectar la resistencia del contacto. A pesar de su alto punto de fusión, la soldadura sin plomo experimenta menos modificaciones y efectos térmicos, lo que la hace confiable para el ensamblaje SMD con el tiempo. Sin embargo, la soldadura sin plomo parece menos brillante y más suave que la soldadura con plomo, y su menor humectabilidad genera preocupaciones sobre la confiabilidad de la unión. Equilibrar estos factores es crucial al elegir entre soldadura con plomo y sin plomo para aplicaciones específicas.
| parámetros | Soldadura con plomo | Soldadura libre de plomo | Unidades |
|---|
| Conductividad eléctrica | 11.5 | 15.6 | SIGC |
| Conductividad Térmica | 50 | 73 | (W/m) * 1 k * 1 s |
| punto de fusión | 183 | 218 | ° C |
| Resistividad | 15 | 11 | M ohmios-cm |
| Tensión superficial | 481 | 548 | mN / m |
| Vida fatigada | 3 | 1 | |
| TCE | 23.9 | 21.4 | micrómetros/M/°C |
| Densidad | 8.5 | 7.44 | g / cm3 |
| Resistencia a la cizalladura | 23 | 27 | MPa |
Impacto ambiental y salud
La toxicidad del plomo es una preocupación importante, ya que se bioacumula y libera sustancias nocivas durante la soldadura, lo que provoca problemas respiratorios, irritación ocular y posibles efectos cancerígenos. Las precauciones de seguridad, como usar máscaras y evitar la ingestión durante la soldadura de plomo, son cruciales. Las directivas de la UE, WEEE y RoHS, aplicadas desde principios de la década de 2000, prohíben el plomo en la fabricación de productos electrónicos a nivel mundial. La soldadura sin plomo es cada vez más adoptada por empresas conscientes del medio ambiente, reconociendo los riesgos para la salud del plomo, especialmente para las poblaciones vulnerables. A pesar de la eliminación del plomo en algunas industrias, la soldadura sigue siendo una fuente de exposición, lo que enfatiza la importancia de las precauciones de salud para los trabajadores en industrias que emiten plomo.
La siguiente imagen enumera algunos síntomas del envenenamiento por plomo en humanos.
Longevidad
Las uniones de soldadura de plomo, conocidas por sus compuestos intermetálicos robustos, pueden ofrecer una mejor resistencia al ciclo térmico. Por el contrario, las uniones de soldadura sin plomo, con mayor susceptibilidad a agrietarse, se ven influenciadas por temperaturas de procesamiento más altas. Los factores que afectan la longevidad incluyen los ciclos de temperatura, el estrés mecánico y el entorno operativo. Los avances continuos en la soldadura sin plomo tienen como objetivo mejorar la confiabilidad, reduciendo la brecha con la soldadura con plomo. La elección depende de los requisitos de la aplicación, las preocupaciones medioambientales y el equilibrio entre rendimiento y sostenibilidad.
Costo
El plomo, a aproximadamente 2 dólares por kg, es significativamente más barato que el estaño (alrededor de 30 dólares por kg) y la plata (más de 750 dólares por kg). El menor costo del plomo contribuye a una producción de soldadura a base de plomo más económica, lo que afecta el precio general de la aleación a medida que aumenta el porcentaje de plomo.
La soldadura con plomo, con su rentabilidad y procesos de producción establecidos, contrasta con la soldadura sin plomo, que incorpora elementos más caros y enfrenta mayores costos de materiales y complejidad de producción. La dinámica del mercado, el cumplimiento normativo y las consideraciones ambientales y de salud a largo plazo contribuyen a la diferencia de costos. Los costos de las materias primas desempeñan un papel fundamental en la configuración de las políticas comerciales, influyendo directamente en la rentabilidad de los PCB y los productos.
Si bien la soldadura con plomo puede ser económicamente más barata, la soldadura sin plomo se alinea con las regulaciones ambientales y de salud, lo que impulsa su mayor adopción. La elección depende de las necesidades de aplicaciones específicas, sopesando la rentabilidad, la sostenibilidad y el cumplimiento normativo. Desde una perspectiva de fabricación, la soldadura con plomo se considera más rentable debido a sus menores costos de material, especialmente en comparación con los componentes más caros de la soldadura sin plomo, lo que la convierte en una opción razonable y de calidad.
Con plomo o sin plomo: ¿cuál deberías usar?
Para los fabricantes que operan en países con restricciones a la electrónica con plomo, el uso de soldaduras sin plomo se vuelve obligatorio. Por el contrario, los aficionados pueden optar por soldaduras a base de plomo en aplicaciones a pequeña escala debido a su facilidad de uso y rentabilidad.
Sin embargo, para uso comercial, las soldaduras sin plomo se consideran una opción sensata, ya que se alinean con las regulaciones ambientales y las consideraciones de salud. A pesar de las ventajas de las soldaduras a base de plomo, su naturaleza tóxica plantea desafíos a la hora de justificar su uso. La decisión de elegir un tipo de soldadura en particular debe considerar factores como la salud, la seguridad ambiental, los costos, los requisitos de diseño y otras consideraciones relevantes. Equilibrar estos factores garantiza una elección responsable e informada al seleccionar la soldadura adecuada para una aplicación determinada.
Efectos sobre diferentes tipos de soldadura
La elección entre soldadura en pasta con plomo y sin plomo puede afectar la calidad del producto final, pero el control meticuloso de los parámetros de soldadura por parte de los fabricantes de PCB puede mitigar estos efectos. El diseño de la placa de circuito y la selección adecuada de los componentes desempeñan papeles cruciales para superar los problemas de control de calidad.
La decisión de utilizar productos sin plomo para procesos como la soldadura por ola o la soldadura por orificios pasantes se basa en parámetros de diseño específicos y las demandas de uso del producto de los PCB ensamblados. Las temperaturas más altas asociadas con la soldadura sin plomo requieren un diseño cuidadoso de la placa y una selección de componentes para evitar la descomposición del metal o daños a componentes electrónicos sensibles, especialmente durante procesos de reflujo con exposición prolongada a altas temperaturas.
Fabricantes de PCB debe ayudar con el cumplimiento de materiales de RoHS, alineándose con las restricciones globales de plomo.
Conclusión
En conclusión, la soldadura es un proceso crucial en electrónica y se ofrecen dos tipos: soldadura con plomo y soldadura sin plomo. A pesar de las ventajas de la soldadura con plomo en cuanto al punto de fusión, la humectabilidad, el costo y la apariencia, las preocupaciones ambientales y de salud han hecho que la soldadura sin plomo sea la opción obligada. La soldadura sin plomo, aunque es más segura, presenta desafíos como un punto de fusión más alto y una menor humectabilidad, lo que afecta la confiabilidad. La elección correcta de la soldadura depende de las características específicas del proyecto, lo que enfatiza la necesidad de comprender las propiedades y diferencias entre la soldadura con y sin plomo para una toma de decisiones óptima.
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