miércoles, 4 de junio de 2008

COMO DESOLDAR Y SOLDAR COMPONENTES SMD

Hoy en día, prácticamente todos los circuitos electrónicos comerciales poseen componentes de montaje superficial que son difíciles de reemplazar si no se cuenta con herramientas adecuadas, lo que suele dificultar el trabajo del técnico reparador. La incorporación de estos componentes SMD en los equipos electrónicos, trajo consigo la ventaja de poder fabricar aparatos más compactos y eficientes; y si bien esto beneficia a los usuarios, suele resultar un "calvario" para los técnicos que deben reemplazar alguno de estos componentes y no cuentan con los recursos o conocimientos necesarios. En más de una ocasión hemos mencionado, en Saber Electrónica, diferentes técnicas de soldado y desoldado de circuitos integrados, condensadores, resistencias o bobinas SMD, ya sea utilizando dispositivos costosos o productos químicos que suelen ser difíciles de conseguir. En esta nota voy a exponer una forma de cambiar componentes de montaje superficial con herramientas comunes que están presentes en el banco de trabajo de todo técnico reparador. El único elemento "extraño" es una cubeta de agua con ultrasonido cuya construcción también explicaremos y que suele ser muy útil para desengrasar ciertas plezas y hasta placas de circuito impreso. Esta técnica la aprendí en un seminario dictado hace más de 10 años en España y si bien requiere paciencia, los resultados que se obtienen son óptimos; cabe aclarar que para la elaboración de este artículo he empleado algunas fotografías tomadas de Internet y que ilustran, muy bien, diferentes pasos de la explicación.


DESARROLLO

Los dispositivos de montaje superficial SMD o SMT (Surface Mount Technology) se encuentran cada vez más con mayor proporción en todos los aparatos electrónicos, gracias a esto, la mayoría de los procesos involucrados en el funcionamiento de los diferentes equipos se ha agilizado considerablemente, trayendo como consecuencia grandes ventajas para los fabricantes, que pueden ofrecer equipos más compactos sin sacrificar sus prestaciones.
Sin embargo, todas estas ventajas pueden revertirse en un momento dado, cuando en la prestación de sus servicios, el técnico tenga que reemplazar algunos de estos componentes.
Gracias al avance de la industria química, hoy es posible conseguir diferentes productos que son capaces de combinarse con el estaño para bajar “tremendamente” la temperatura de fusión y así no poner en riesgo la vida de un microprocesador (por ejemplo), cuando se lo debe quitar de una placa de circuito impreso.
Hemos “probado” diferentes productos y, en su mayoría, permiten “desoldar” un componente sin que exista el mínimo riesgo de levantar una pista de circuito impreso.
El problema es que a veces suele ser dificultoso conseguir estos productos químicos y debemos recurrir a métodos alternativos.
Para extraer componentes SMD de una placa de circuito impreso, para el método que vamos a describir, precisamos los siguientes elementos:

Soldador de 20W con punta electrolítica de 1mm de diámetro.
Soldador de gas para electrónica.
Flux líquido.
Estaño de 1 a 2 mm con alma de resina.
Malla metálica para desoldar con flux.
Unos metros de alambre esmaltado de menos de 0,8mm de diámetro.
Recipiente con agua excitada por ultrasonidos (Opcional).

El flux es una sustancia que se aplica a un pieza de metal para que se caliente uniformemente dando lugar a soldaduras parejas y de mayor calidad. El flux se encuentra en casi todos los elementos de soldadura. Si corta un pedazo de estaño diametralmente (figura 1) y lo pone bajo una lupa, podrá observar en su centro (alma) una sustancia blanca amarillenta que corresponde a “resina” o flux. Esta sustancia química, al fundirse junto con el estaño facilita que éste se adhiera a las partes metálicas que se van a soldar.

También puede encontrar flux en las mallas métalicas de desoldadura de calidad (figura 2), el cual hace que el estaño fundido se adhiera a los hilos de cobre rápidamente.

Para explicar este método, vamos a explicar cómo desoldar un circuito integrado para montaje superficial tipo TQFP de 144 terminales, tal como se muestra en la figura 3.


En primer lugar, se debe tratar de eliminar todo el estaño posible de sus patas. Para ello utilizamos malla desoldante con flux fina, colocamos la malla sobre las patas del integrado y aplicamos calor con el objeto de quitar la mayor cantidad de estaño.
Aconsejamos utilizar, para este paso, un soldador de gas, de los que se hicieron populares en la década del 90 y que hoy se puede conseguir en casas de productos importados (aunque cada vez son más las casas de venta de componentes electrónicos que los trabajan).
El soldador de gas funciona con butano, tienen control de flujo de gas y es recargable (figura 4).


Puede funcionar como soldador normal, soplete o soldador por chorro de aire caliente dependiendo de la punta que utilicemos. Para la soldadura en electrónica la punta más utilizada es la de chorro de aire caliente, esta punta es la indicada para calentar las patas del integrado con la malla desoldante para retirar la mayor cantidad de estaño posible.
El uso más común que se les da a estos soldadores en electrónica es el de soldar y desoldar pequeños circuitos integrados, resistencias, condensadores y bobinas SMD.
En la figura 5 vemos el procedimiento para retirar la mayor cantidad de estaño mediante el uso de una malla.


Una vez quitado todo el estaño que haya sido posible debemos desoldar el integrado usando el soldador de 25W, provisto con una punta en perfectas condiciones que no tenga más de 2 mm de diámetro (es ideal una punta cerámica o electrolítica de 1 mm). Tomamos un trozo de alambre esmaltado al que le hemos quitado el esmalte en un extremo y lo pasamos por debajo de las patas (el alambre debe ser lo suficientemente fino como para que quepa debajo de las patas del integrado, figura 6).


El extremo del cable pelado se suelda a cualquier parte del PCB; con el extremo libre del alambre (cuyo otro Terminal está soldado a la placa y que pasa por debajo de los pines del integrado) tiramos hacia arriba muy suavemente mientras calentamos las patas del integrado que están en contacto con él. Este procedimiento debe hacerlo con paciencia y de uno en uno, ya que corremos el riesgo de arrancar una pista de la placa (figura 7).


Repetimos este procedimiento en los cuatro lados del integrado asegurándonos que se calientan las patas bajo los cuales va a pasar el alambre de cobre para separarlos de los pads.


Una vez quitado el circuito integrado por completo (figura 8) hay que limpiar los pads para quitarles el resto de estaño; para ello colocamos la malla de desoldadura sobre dichos pads apoyándola y pasando el soldador sobre ésta (aquí conviene volver a utilizar el soldador de gas, figura 9).


Nunca mueva la malla sobre las pistas con movimientos bruscos, ya que puede dañar las pistas porque es posible que algo de estaño la una aún con la malla.
En el caso de que la malla se quede “pegada” a los pads, debe calentar y separar cada zona, pero siempre con cuidado. Nunca tire de ella, siempre sepárela con cuidado. Si ha trabajado con herramientas apropiadas, los pads (lugares donde se conectan las patas del integrado) deberían estar limpios de estaño y listos para que pueda soldar sobre ellos el nuevo componente, sin embargo, antes de hacerlo, es conveniente aplicar flux sobre los pads. No importa la cantidad de flux, ya que el excedente lo vamos a limpiar con ultrasonido. Cabe aclarar que hay diferentes productos químicos que realizan la limpieza de pistas de circuito impreso y las preparan para una buena soldadura.


Estos compuestos pueden ser líquidos (en base a alcohol isopropílico) que se aplica por medio de un hisopo común, (figura 10) o en pasta y hasta en emulsión contenida en un aplicador tipo “marcador” (figura 11).


Luego deberemos colocar una muy pequeña cantidad de estaño sobre cada pad para que se suelde con el integrado en un paso posterior.
Una vez limpia la superficie, debemos colocar el nuevo componente sobre los pads con mucho cuidado y prestando mucha atención de que cada pin está sobre su pad correspondiente. Una vez situado el componente en su lugar, acerque el soldador a un pin de una esquina del integrado hasta que el estaño se derrita y se adhiera a la pata o pin. Posteriormente repita la operación con una pata del lado opuesto.


De esta manera, el integrado queda inmóvil en el lugar donde deberá ser soldado definitivamente (figura 12), ahora tenemos que aplicar nuevamente flux pero sobre las patas del integrado, para que al aplicar calor en cada pata, el estaño se funda sin inconvenientes, adhiriendo cada pata con la pista del circuito impreso correspondiente y con buena conducción eléctrica.
Ahora caliente cada pata del integrado con el soldador de punta fina, comprobando que el estaño se funda entre las partes a unir. Haga este proceso con cuidado ya que los pines son muy débiles y fáciles de doblar y romper. Después de soldar todos los pines revise con cuidado que todos los pines hagan buen contacto con la correspondiente pista de circuito impreso.
Ahora bien, es posible que haya colocado una cantidad importante de flux y el sobrante genera una apariencia desagradable. Para limpiarlo se utiliza un disolvente limpiador de flux (flux remover, flux frei) que se aplica sobre la zona a limpiar.
Una vez aplicado debe colocar la placa de circuito impreso dentro de un recipiente con agua (sí, agua) a la que se somete a un procedimiento de ultrasonido. Un transductor transmite ultrasonido al agua y la hace vibrar, de manera que ésta entra por todos los intersticios del PCB limpiando el flux y su removedor, así como cualquier otra partícula de polvo o suciedad que pueda tener la placa.
Una vez limpia se seca el PCB con aire a presión (se puede utilizar un secador de cabello) asegurándonos que no quede ningún resto de agua que pueda corroer partes metálicas.


LIMPIADOR POR ULTRASONIDO

Los ultrasonidos poseen muchas aplicaciones, entre ellas podemos mencionar la de ahuyentar roedores, la de limpiar dientes o la de quitar componentes grasos de recipientes, que suelen ser difíciles de eliminar con métodos convencionales.
En este artículo describiremos un dispositivo útil para esta tercera opción.
Vamos a describir un circuito que genera señales que son útiles para remover no sólo el flux en placas de circuito impreso, sino también la suciedad de piezas de pequeño tamaño, con la ayuda de un solvente adecuado.
Por ejemplo, para limpiar una pieza de hierro oxidada, podríamos utilizar kerosene como solvente; para ello debemos introducir la pieza en un recipiente metálico con el solvente y adosar (pegar) el transductor de ultrasonido al recipiente de modo que las señales hagan vibrar al solvente o al agua en forma imperceptible para nosotros, pero muy efectiva para la limpieza de la pieza.
Debemos destacar que las señales de ultrasonido, por más potencia que posean, son inocuas para el ser humano.

La base de nuestro circuito, que se muestra en la figura 13, es un oscilador del tipo Schmith trigger construido con un integrado CMOS. La frecuencia es regulable y debe estar comprendida entre 20kHz y 70kHz.
La frecuencia apropiada dependerá del elemento a limpiar, debiendo el operador, encontrar la relación adecuada para cada caso. Por ejemplo, para limpiar piezas oxidadas, encontramos que la frecuencia aconsejada ronda los 30.000Hz, mientras que para la limpieza de elementos engrasados, se obtuvo mejor rendimiento para valores cercanos a los 50kHz.
Para limpiar el flux de una placa de circuito impreso, utilizamos un transmisor de ultrasonido de 40kHz, ajustamos la frecuencia del oscilador al valor de máxima operación del transductor y luego de 10 minutos, el resultado fué muy bueno.
La frecuencia puede ser ajustada por medio del potenciómetro P1.
La salida del oscilador se inyecta a un buffer formado por un séxtuple inversor CMOS (CD4049), que entrega la señal a una etapa de salida en puente transistorizada.
Note que el par transistorizado formado por Q1 y Q3, recibe la señal en oposición de fase, en relación con el par formado por Q2 y Q4. Mayor rendimiento se obtiene si se cortocircuitan las bases de Q1 y Q3, pero en esta configuración se ha notado un sobrecalentamiento de los transistores.
Si al armar el circuito, nota que existe poco rendimiento, se aconseja colocar en corto las bases de Q1 y Q3, luego se puede realizar la prueba cortocircuitando los otros dos transistores.
El transductor debe ser impermeable (puede hasta utilizar buzzers que lo sean) y en general, cualquiera para ultrasonido debiera funcionar sin inconvenientes. El circuito impreso se muestra en la figura 14 y el montaje no reviste consideraciones especiales.

Para obtener el resultado esperado, es necesario que el transductor quede firmemente fijado al recipiente en el que se colocará la pieza a limpiar. El tiempo que demorará la limpieza dependerá de la frecuencia elegida y del tipo y tamaño de la pieza.

Lista de Materiales del Limpiador

IC1 - CD4093- Integrado
IC2 - CD4049 – Integrado
VR1 - Pre-set de 50kohm
R1 - 4k7
C1 - 0,0022µF - Cerámico
Varios: Placa de circuito impreso, transductor de ultrasonido (ver texto), zócalo para los circuitos integrados, cables, estaño, etc.


PRODUCTOS QUIMICOS PARA RETIRAR COMPONENTES SMD

Si bien son pocos los productos que se consiguen en el mercado Lationamericano, ya hemos hablado, por ejemplo del Celta (español), del Solder Zapper (mexicano) o el Desoldador Instantáneo (argentino).
Cualquiera de ellos retira todo tipo de componentes SMD, convencionales, thru-hole, etc, sin importar el número de terminales o tipo de encapsulado de una manera muy fácil, económica, 100% seguro y sin necesidad de herramientas costosas.
Si va a utilizar estos elementos, las herramientas necesarias para poder desoldar un integrado son:


1) Producto químico catalizador para desoldar componentes SMD (fig. 15).
2) Líquido flux sintético antipuente (flux antioxidante).
3) Soldador tipo lápiz (de 20 a 25W de potencia como máximo y que la punta de ésta sea fina y en buen estado).
4) Palillo de madera, cotonete(s), malla desoldadora, desarmador de relojero pequeño, pinzas de corte.
5) Alcohol isopropílico (como limpiador).
6) Pulsera antiestática o mesa antiestática.


PROCEDIMIENTO GENERAL PARA RETIRAR UN COMPONENTE

Controlamos la temperatura del soldador (25 watts como máximo) y aplicamos una pequeña cantidad del producto catalizador en los terminales del componente que vamos a retirar con un palillo (figura 16).




Luego damos calor con el soldador (recuerde: 25W máximo) en todas las terminales (figura 17) sin preocuparnos de que se vaya a enfriar el estaño. Una vez que “pasamos” el soldador por todos los terminales, levantamos suavemente el componente por un extremo usando un destornillador de relojero pequeño (figura 18).



Este proceso no es para nada difícil y el componente se desprende “como por arte de magia”. Una vez que retiramos el componente podemos comprobar que no se produjo ningún daño en el circuito impreso (figura 19).



Lógicamente, tanto en el integrado como en la placa de circuito impreso quedan residuos de la “pasta” que se formó con el estaño y el catalizador. Para retirar esos residuos, colocamos flux antioxidante en una malla desoldadora, tal como se muestra en la figura 20 y retiramos todos los restos, pasando la malla y el soldador tanto sobre el circuito como sobre la placa de circuito impreso (figura 21).



Con un cotonete embebido en alcohol isopropílico, limpiamos el área y queda listo para soldar un nuevo componente (figura 22).


Podemos recuperar los componentes retirados, pasando el soldador y la malla con el flux sintético antipuente sobre todos los terminales del componente y limpiándolo con el alcohol isopropílico (figura 23).




PROCEDIMIENTO ESPECIAL PARA RETIRAR COMPONENTESPEGADOS AL CIRCUITO IMPRESO

En algunas oportunidades encontramos componentes pegados al circuito impreso con pegamento epóxico ó con resina. Normalmente, los catalizadores en venta en los comercios contienen sustancias capaces de retirarlos, para lo cual se debe seguir un procedimiento como el que describimos a continuación: Primero realizamos los primeros pasos que anunciamos en el procedimiento anterior.
Se coloca el catalizador en la malla desoldadora y la pasamos junto con el soldador sobre las terminales y las pistas del circuito impreso, hasta que hayamos retirado todos los residuos. Luego nos colocamos un lente con iluminación (para ver correctamente lo que hacemos) y usando un alfiler, movemos suavemente cada uno de los terminales, asegurándonos que estén desoldados. Si todos los terminales están sueltos, hacemos palanca suavemente y el componente saldrá sin ninguna dificultad. Para finalizar, pasamos la malla y el soldador para quitar los residuos y limpiamos con un cotonete con alcohol.


PROCEDIMIENTO PARA RETIRAR COMPONENTES CONVENCIONALESTIPO THRU-HOLE

Nos referimos a terminales que están soldados en ambas caras del circuito impreso.
En ambas caras aplicamos los primeros pasos anunciados en el primer procedimiento. Colocamos flux antioxidante a la malla desoldadota y pasamos en una cara del circuito la malla y el soldador sobre los terminales y las pistas hasta retirar todos los residuos. Hacemos lo mismo en la otra cara. Nos aseguramos con el alfiler que los terminales estén sueltos y usando uno o dos destornilladores de relojero pequeño (según el caso) lo levantamos suavemente. Una vez que retiramos el componente, observamos que no se haya producido algún daño en ninguna de las dos caras del circuito impreso. También en este caso pasamos la malla y el soldador hasta quitar todos los restos y limpiamos con el cotonete con alcohol, la superficie.

CONCLUSION

Le sugerimos que trabaje en un área bien ventilada, limpia y despejada; y si es posible, que utilice un extractor de vapores para soldador.
También le recomendamos el uso de una pulsera antiestática, un banco de trabajo, anteojos protectores y, para resultados más precisos, una lámpara con lupa.
No utilice soldadores de demasiada potencia (25 watts máximo), ya que esto dañaría las pistas del circuito impreso; también es recomendable que la punta del soldador sea fina y esté en perfecto estado. Por tratarse de un proceso delicado, es preferible que se practique el método con algunas placas inservibles, a fin de familiarizarse con los materiales, herramientas y tiempos de trabajo.
Si desea más información sobre este tema puede dirigirse a nuestra web: www.webelectronica.com.ar, haga click en el ícono password e ingrese la clave “retismd”, encontrará un par de archivos que le explican variantes a los procedimientos descriptos y la forma de retirar y soldar componentes pasivos sin herramientas profesionales.

1 comentario:

JOSE LUIS GAITAN dijo...

Hola Julián:
Estuve buscando LIMPIADOR POR ULTRASONIDO, encontré el que publicaste pero faltan los valores algunos componentes. ¿ Me puedes enviar el listado completo?
Si quieres puedes enviarme todo lo necesario a mi e-mail.
jlgaitan@latinmail.com
Un saludo desde Tucumán - Argentina
Desde ya agradecido
José Luis.