Influencia de lassoldaduras en las averíaselectrónicasJUAN MANUEL OLIVERAS SEVILLALos semiconductores tienen un elevado gr...
Los componentes de los actuales circui-         que, si el problema persiste, se repetirá     fallos de piezas y component...
trabajando por tanto en conmutación.                                                                                      ...
nentes en el sector de la electrónica. Apartir del pasado mes de julio del 2006,los equipos eléctricos y electrónicoscomer...
cado en el microprocesador, que está                                                                                      ...
Los equipos electrónicos son cada vez     parte, las pantallas basadas en tecnología       al aire por lo que no necesitan...
Próxima SlideShare
Cargando en…5
×

A39

154 visualizaciones

Publicado el

0 comentarios
0 recomendaciones
Estadísticas
Notas
  • Sé el primero en comentar

  • Sé el primero en recomendar esto

Sin descargas
Visualizaciones
Visualizaciones totales
154
En SlideShare
0
De insertados
0
Número de insertados
2
Acciones
Compartido
0
Descargas
1
Comentarios
0
Recomendaciones
0
Insertados 0
No insertados

No hay notas en la diapositiva.

A39

  1. 1. Influencia de lassoldaduras en las averíaselectrónicasJUAN MANUEL OLIVERAS SEVILLALos semiconductores tienen un elevado grado de fiabilidad, pero los circuitoselectrónicos siguen averiándose. La razón, a menudo, tiene que ver con las soldaduras
  2. 2. Los componentes de los actuales circui- que, si el problema persiste, se repetirá fallos de piezas y componentes, cuandotos electrónicos han sufrido una evolu- el ciclo de desconexión hasta la desco- en realidad el problema eran las solda-ción muy importante en cuestión de nexión permanente. duras.décadas. Los semiconductores actuales Desde el punto de vista del técnico de La causa de las soldaduras frías residetienen un elevado grado de fiabilidad y mantenimiento el problema se complica en la aplicación incorrecta del calor. Envida de funcionamiento. Entonces, ¿por a la hora de determinar cuál o cuáles de el proceso de soldadura de un compo-qué se producen averías?. los componentes del sistema son los cau- nente electrónico tanto las patillas del Hemos pasado de una época en la que santes de las averías. El problema anti- componente como las pistas del circuitolos componentes semiconductores dis- guamente era más llevadero, pues el sis- impreso (PCB) necesitan ser calentadascretos, pastillas de circuitos integrados, tema fallaba pero seguía funcionando simultáneamente a la temperatura ade-componentes discretos, etc., eran los cau- pues continuaba alimentado y se podía cuada para posibilitar que el estaño sesantes de las averías. Cuando éstas se pro- seguir la pista de las señales a través de agarre a dichas superficies. En ocasionesducían en un circuito electrónico más o los circuitos hasta dar con la etapa o com- las soldaduras frías permiten un contac-menos complejo, pongamos por ejemplo ponente defectuoso. En la actualidad el to entre la patilla y la pista de circuitoen un televisor, la avería afectaba a varios problema se complica pues el sistema rea- impreso, a pesar de no estar realmentecomponentes, ya que, aunque saltaba el limentado de protección detecta un fallo soldadas. De esta forma las soldadurasfusible, como éste es mucho más lento en cualquier parte del circuito que con- pueden ser válidas durante un período deque los semiconductores, cuando el fusi- trola y actúa desconectando la alimenta- tiempo más o menos largo, dependiendoble se fundía ya se habían estropeado ción con lo cual el sistema se protege, de las condiciones físicas y ambientalesvarios semiconductores. pues deja de funcionar, haciendo impo- del entorno en las que se encuentre el El televisor de color es un buen ejem- sible el seguimiento de la señal ya que el circuito: frío, calor, vibraciones mecáni-plo de sistema electrónico complejo, lo sistema deja de estar alimentado. En estas cas, etc.que demuestra la figura 1 pues en su inte- condiciones el técnico tiene que hacer La búsqueda de soldaduras frías en unrior nos encontramos con una gran can- uso de su experiencia y decantarse por circuito electrónico no es una tarea fácil;tidad de dispositivos y circuitos elec- aquellos componentes que puedan ser una lupa puede ser de ayuda. Pero entrónicos cuya finalidad es en resumen objeto de fallo, de forma que la búsqueda general el buen estado de una soldaduracaptar una señal electromagnética de una puede ser más o menos fructífera. lo determina la cantidad de estaño apor-antena y transformarla en imágenes legi- Si los sistemas son más complejos, más tado y que esté brillante. Con el paso delbles para nuestro cerebro. Para lograr elaborados y más protegidos, y además tiempo se observa disminución de estañoeste objetivo que parece simple, la señal la fabricación de componentes es más en la soldadura y ésta deja de estar bri-electromagnética tiene que ser captada, segura y la vida media de los mismos es llante. Al respecto podemos ver la dife-filtrada, descodificada, sincronizada y mucho mayor que antes, entonces ¿por rencia entre una placa de circuito impresotratada hasta que sea capaz de activar qué se producen averías?. Está claro que con soldaduras desgastadas (figura 2) yun tubo de rayos catódicos (TRC) o mo- para contestar a esta pregunta hemos de la misma placa con soldaduras repasadasdernamente una pantalla LCD o una tener en consideración un nuevo fac- (figura 3).pantalla de plasma. tor: “las soldaduras”. En efecto, los dis- Las soldaduras frías se suelen produ- Con el objeto de minimizar los efec- positivos electrónicos son en la actuali- cir en aquellos componentes que estántos producidos en un circuito electrónico dad más fiables, más duraderos, su vida sometidos a mayores vibraciones y ele-por la avería de un componente, los dise- media de funcionamiento ha aumentado vadas temperaturas. En particular el usoñadores desarrollaron circuitos de pro- exponencialmente. Pero ¿qué pasa con extendido de las fuentes de alimentacióntección que bloquean el funcionamiento las soldaduras de sus patillas que lo co- conmutadas que funcionan a decenas dedel dispositivo anulando su alimentación. nectan al circuito? Como consecuen- kilohercios según el principio de mo-Por este motivo los televisores de última cia de la mayor durabilidad de los com- dulación del ancho de pulso PWM, engeneración llevan incorporados unos dis- ponentes con el paso del tiempo sus sol- contraposición a las antiguas fuentespositivos de protección que anulan la daduras pierden sus cualidades y se ahue- lineales, hacen que en el circuito esténsalida de señal en los casos en que los lími- can en su interior produciendo falsos presentes las vibraciones correspon-tes de estabilización de corriente o ten- contactos que dan lugar a que se activen dientes a sus frecuencias de trabajo.sión sean superados. Estos circuitos son los sistemas de guarda o protección cor- En el caso particular del televisor enlos conocidos como OCP (Over Current tando la alimentación y dejando fuera de color actualmente todos usan fuentesProtection) y OVP (Over Voltage Pro- servicio el dispositivo electrónico. conmutadas cuya apariencia la podemostection). Como su nombre indica, la des- observar en la figura 4.conexión se producirá por exceso de Soldadura fría Además, en el caso particular del TVCcorriente o por exceso de tensión. Una soldadura en mal estado recibe el éstos disponen en realidad de una se- Cuando actúa el sistema de protec- nombre de soldadura fría. Con este nom- gunda fuente de alimentación constituidación la alimentación desaparece brus- bre se designa aquella soldadura que ha por el llamado transformador de líneascamente. Si la causa del bloqueo ha si- perdido sus características de cuando se conocido como flyback (figura 5), eldo momentánea, la alimentación se realizó en estado caliente. El principal cual es una pieza clave en el circuito deestablecerá inmediatamente. Si, por el problema de las soldaduras frías es que barrido horizontal, ya que, por una parte,contrario, persiste después de varias el circuito puede funcionar correcta- colabora en la formación de la intensi-desconexiones, la alimentación quedará mente durante un tiempo, de incluso dad en dientes de sierra que, con fre-definitivamente anulada y sólo se resta- años. De hecho en el SAT (Servicio de cuencia de 15625 hercios, en Europa, cir-blecerá desconectando y volviendo a Asistencia Técnica) de muchas marcas cula por las bobinas deflectoras de líneas.conectar el receptor a la red. Está claro comerciales se han complicado buscando Además, suministra impulsos de retornoTécnica Industrial 266 - Diciembre 2006 39
  3. 3. trabajando por tanto en conmutación. Pues bien, la acción del circuito de guarda o protección en este caso es bien sencilla. Si detecta alguna anomalía en corriente o en tensión, actúa inhibiendo la señal de base del transistor de líneas que quedará bloqueado y, por tanto, anu- lando la MAT y demás circuitos de ali- mentación quedando fuera de servicio el receptor de televisión. Por esto, en el caso del televisor en color son susceptibles de producirse soldaduras frías en los circui- tos asociados a la fuente de alimentación PWM y a las etapas de deflexión hori- zontal, con el transformador de líneas y la etapa de deflexión vertical, pues son los dispositivos que trabajan a mayores frecuencias y por las características de trabajo son los que más se van a calentar. De esta forma, para cada equipo y modos de funcionamiento el técnico experimentado puede conocer cuáles son los puntos débiles de un equipo electró- nico ante las soldaduras frías. Éstas se producirán de modo diferente según sea el soldante utilizado para realizar las sol- daduras. El estaño actual destinado a la soldadura electrónica contiene una resinaFigura 1. Interior de un televisor en color. fundida. Los metales, y en particular el cobre, cuando son calentados tienden a oxidarse, dificultando la soldadura. Laauxiliares. El campo magnético que éstas El funcionamiento del transformador resina está pensada para prevenir el con-generan provee el movimiento horizon- de líneas está gobernado por el llamado tacto con la atmósfera, fluyendo éstatal con que el haz electrónico del TRC transistor de líneas, el cual recibe por el entre el estaño y la pista para mantener(Tubo de rayos catódicos) barre la pan- colector una elevada tensión de polari- ambas superficies limpias, permitiendotalla en líneas horizontales paralelas alter- zación dependiendo de lo grande que sea buenas soldaduras. Todos estos aspectosnadas. Y en segundo lugar, pero más el televisor. Como dato significativo, se tienen que considerar según la nuevaimportante, es el encargado de producir pondremos 140 voltios. Y por su base directiva RoHS.la MAT (Muy Alta Tensión) necesaria recibe las señales del oscilador hori-para poder encender el tubo de rayos zontal necesarias para realizar el barri- La directiva RoHScatódicos, junto con otras alimentacio- do horizontal de la pantalla de más de Las próximas directivas RoHS (Res-nes necesarias para el funcionamiento del 15.000 hercios. La señal que se le aplica triction of use Certain Hazardous Sus-televisor. a la base de este transistor es cuadrada, tances) tienen efectos legislativos inmi-Figura 2. Soldaduras afectadas por el paso del tiempo. Figura 3. Soldaduras repasadas.40 Técnica Industrial 266 - Diciembre 2006
  4. 4. nentes en el sector de la electrónica. Apartir del pasado mes de julio del 2006,los equipos eléctricos y electrónicoscomercializados en Europa ya no pue-den contener plomo ni otras sustanciasnocivas que aparecen convenientementeestipuladas. Las exenciones de aplicaciónde la normativa para determinados equi-pos se revisarán al menos cada cuatroaños y se regularán de forma similar a ladirectiva de la Unión Europea en la legis-lación de cada país. La nueva Directiva RoHS es de apli-cación a: 1. Pequeños electrodomésticos. 2. Equipos de climatización. 3. Equipos informáticos y de teleco-municaciones. 4. Herramientas electrónicas y eléc- Figura 4. Detalle de la fuente de alimentación de un TVC.tricas, a excepción de las industriales fijasgrandes. 5. Equipos de iluminación. Inclui- dura a dicha temperatura, se puede incre- plomo tienen un color mate sin brillo,dos los equipos de iluminación domésti- mentar gradualmente la temperatura de por lo que se parecen a soldaduras concos y bombillas. la punta hasta conseguir un buen recu- plomo envejecidas. 6. Equipos de consumo. Radio, tele- brimiento. En el campo de las reparaciones lavisión, vídeo, sonido, instrumentos musi- El aumento de temperatura puede desoldadura de equipos soldados sincales, etc. dañar algunos tipos de componentes plomo puede hacerse usando el mismo 7. Juguetes y equipos deportivos, así como condensadores electrolíticos, leds, equipo y herramientas que la desolda-como los de ocio. cristales osciladores, relés miniatura, dura de estaño/plomo, pero hay que evi- 8. Máquinas expendedoras automáti- optoacopladores y ciertos semiconduc- tar mezclar las aleaciones. Si se combi-cas. tores y circuitos integrados acortando su nan pueden dar uniones defectuosas. La directiva RoHS toma el ámbito de vida útil. Es conveniente señalizar el equipo indi-aplicación de la directiva asociada WEEE Algunos de estos componentes tam- cando el tipo de aleación soldante utili-(Waste Electrical and Electronic Equip- bién pueden dañarse usando estaño/plo- zada. Además, el uso de temperaturas másment). mo, pero el riesgo es mayor con soldan- elevadas puede dañar tanto los compo- La directiva WEEE afecta a todos tes sin plomo pues la temperatura de nentes como el laminado de la placa deestos tipos de productos incluyendo tam- fusión es mayor, entre 30 ºC y 40 ºC. circuito impreso.bién: Tenemos que considerar que los lápices De todas formas, los equipos anti- 1. Aparatos médicos. de soldadura antiguos tienen un control guos, entendiendo como tal el equipo 2. Instrumentos de monitorización y de temperatura bastante impreciso que soldado con estaño/plomo y puesto encontrol. puede llegar a oscilar en intervalos de el mercado antes del pasado mes de julio La implantación de la directiva RoHS hasta 50 ºC. Todo lo anterior, sumado a del 2006, fecha de entrada en vigor dellevará a muchos fabricantes a utilizar sol- la mayor temperatura de fusión de los la directiva RoHS, pueden ser repara-dantes sin plomo. soldantes sin plomo, aumenta el riesgo dos o reprocesados después de dicha La soldadura manual con soldante sin de sobrecalentamiento y deterioro de fecha.plomo es fácil y es posible conseguir bue- componentes soldados en una placa Podríamos mencionar otros proble-nas uniones siempre que se comprendan de circuito impreso. mas relativos a la soldadura sin plomoadecuadamente las diferencias entre los Si las superficies a soldar no están lim- como son:soldantes de estaño/plomo y los soldan- pias habrá un recubrimiento deficiente. Efecto Tin whiskers o de los filamentostes sin plomo. Esta situación también puede ocurrir con de estaño. Se trata de filamentos finos de Los soldantes sin plomo tienen pun- soldaduras estaño/plomo, pero es más cristal de estaño que se ha observado sur-tos de fusión más altos e inferiores pro- acentuado en las soldaduras sin plomo. gen ocasionalmente de revestimientos depiedades de recubrimiento que los de Una característica a tener en cuenta a estaño puro. Habitualmente no causanestaño/plomo. El recubrimiento lleva la hora de inspeccionar el estado de las problemas, pero si se rompen puedenmás tiempo y el soldante se extiende soldaduras es que las soldaduras sin provocar cortocircuitos en pequeñosmenos, teniendo las uniones un aspectomate o descolorido comparadas con las Tabla 1. Tabla comparativa de soldaduras.de estaño/plomo. Podemos comparar las temperaturas Estaño/Plomo Estaño/Plata/Cobrede soldadura usando la tabla 1. Temperatura de fusión 183 ºC 217 ºC En soldaduras sin plomo se reco-mienda comenzar las soldaduras a 350 ºC, Tiempo de estañado de hilo de cobre a 23 ºC por encima del punto de fusión 1,5 s 4spero si no se consigue una buena solda-Técnica Industrial 266 - Diciembre 2006 41
  5. 5. cado en el microprocesador, que está referenciado con un cristal generalmente de 4 Mhz. En la actualidad se observa que se está estableciendo un estándar, adoptado por muchos fabricantes, donde estas líneas se llaman SDA y SCL. Este estándar se conoce como Bus I2C y fue creado por Philips Semiconductors para el control de circuitos por dos líneas, permitiendo a circuitos integrados interactuar entre sí a velocidades relativamente lentas, con un máximo de velocidad de transmisión de datos aproximada de 100 Kbits por segundo, en modo estándar o a 400 Kbits por segundo en modo rápido empleando comunicación serie. Dado que no siempre se requiere unaFigura 5. Transformador de líneas y circuitos asociados. alta velocidad de transmisión de datos, este bus es ideal para sistemas donde es necesario manejar información entrecomponentes electrónicos; en particular Impacto en las nuevas muchos dispositivos y, a la vez, se re-pueden dar problemas en placas de cir- tecnologías quiere poco espacio y pocas líneas de cir-cuito impreso con componentes en mon- Muchos de los equipos actuales incluyen cuito impreso. Por todo esto, actual-taje superficial con gran escala de inte- microprocesadores. El microprocesador mente es común ver dispositivos con busgración.. por un lado recibe órdenes, las procesa, I2C en televisores, videograbadoras, sis- Efecto Tomb-stoning o de cabeceo. Se decide en base a una serie de instruccio- temas de seguridad, equipos de sonido yproduce esto cuando un componente nes llamadas programa y ejecuta la apli- muchas otras aplicaciones.se sitúa en las almohadillas de una sol- cación. En nuestro ejemplo de un tele- Las características principales del busdadura en montaje superficial a tem- visor, podemos decir que recibe una I2C son:peraturas distintas. A medida que se orden desde el receptor del control re- 1. Funciona sólo con dos líneas, la desolidifica la soldadura, la diferencia en moto o desde el teclado del panel fron- datos (SDA) y la de reloj (SCL).la tensión de la superficie provoca que tal, procesa ese requerimiento, decide a 2. Los datos y direcciones se transmi-el componente se desplace lateralmen- través del programa cargado por el fabri- ten con palabras de 8 bits.te o hacia arriba respecto a una de cante, y luego ejecuta en consecuencia: 3. El protocolo de transferencia delas almohadillas. Esto puede provocar baja o sube el volumen, cambia de cana- datos y direcciones posibilita el diseñoque el componente no esté en contac- les, etc. En la mayoría de las aplicacio- de sistemas definidos por software, deto con la soldadura produciendo un nes vienen acompañados de memorias forma que cada dispositivo conectado alcircuito abierto; muy difícil de detec- EEPROM que almacenan los datos de bus tiene un código de dirección selec-tar a simple vista en muchas ocasiones. preferencia del usuario, como el último cionable por software.Este fenómeno se produce también canal mirado, nivel de volumen, con- Los sistemas electrónicos con bus I2Cen las soldaduras con estaño-plomo, pe- traste, color, etc. no tienen ajustes por hardware, sólo porro es más acusado en soldaduras sin Los microprocesadores en su comuni- software, de modo que si una soldaduraplomo. cación con los circuitos asociados al mismo defectuosa afecta al bus I 2C, el auto- Efecto Popcorning o efecto palomitas. utilizan conexiones de Data y Clock. diagnóstico y ajuste no se pueden reali-Consiste este efecto en el estallido del Las señales Data consisten en el flujo de zar dejando al sistema electrónico total-componente por el vapor producido en datos en ambos sentidos de comunicación, mente inoperativo. La búsqueda de lasu interior cuando se calienta por solda- mientras que Clock es la información de soldadura fría se complica ya que el sis-dura. Si el vapor producido no puede salir los tiempos en que el microprocesador tema no da indicios de dónde puede estarrápidamente, la presión puede dañar el requiere o entrega datos. el fallo al estar totalmente bloqueado porcomponente aunque no llegue a estallar, La forma en que se comunican se los sistemas de protección. Si el micro-sobre todo si el componente es de pe- denomina Protocolo y varían sus carac- procesador maestro pierde comunicaciónqueño tamaño como ocurre en montaje terísticas entre los distintos fabricantes. con alguno de sus esclavos a través delsuperficial. La transferencia y recepción de datos no bus I2C, por una soldadura fría, es posi- El soldante de estaño/plomo conti- podría realizarse sin la existencia de dicho ble que se bloquee todo el sistema. Anuará estando disponible en el futuro protocolo. Al realizar un simple cambio veces incluso el televisor se queda enpues hay muchos tipos de productos de canal, se procede a un importante stand-by por un simple circuito integradono afectados por la nueva directiva intercambio de datos, que de no estar conectado al microprocesador por busRoHS. Además, como los soldantes sin ordenados, no podría realizarse. I2C. Todo depende de la programaciónplomo son diferentes de los de Pero además del protocolo dentro de que le hayan dado al microprocesadorestaño/plomo, llevará tiempo hacer la la línea de datos, es muy importante la maestro, pues algunos sólo chequean sussustitución, evitar problemas y pro- línea Clock, pues todo el sistema se circuitos integrados esclavos en el arran-ductos defectuosos. encuentra regido por un oscilador ubi- que, otros cada cierto tiempo.42 Técnica Industrial 266 - Diciembre 2006
  6. 6. Los equipos electrónicos son cada vez parte, las pantallas basadas en tecnología al aire por lo que no necesitan entornosmás sofisticados y compactos gracias a TFT (Thin Film Transistor) o LCD al vacío. Si los leds orgánicos son de molé-nuevas tecnologías. Por ejemplo, en el (Liquid Cristal Display) son pantallas de cula pequeña estaríamos hablando de lacampo de la televisión y pantallas de cristal líquido que contienen un transis- nueva tecnología SMOLED.visualización tenemos varias tecnologías: tor por cada píxel, basándose en una Toda esta evolución tecnológica haceplasma, LCD con tecnología TFT, fuente permanente de luz blanca que tie- presagiar que los equipos y componentesOLED, PLED, SMOLED, etc. Todas nen que atravesar estos transistores peli- asociados tendrán cada vez un menorellas hacen uso de circuitos integrados culares por píxel a modo de puntos cons- tamaño, una mayor fiabilidad de fabrica-multifuncionales de alta densidad de inte- tituidos por cristales líquidos que se ción y mayor tiempo de vida media, redu-gración como los llamados UOC (Ulti- hacen más o menos opacos permitiendo ciéndose notablemente la probabilidadmate One Chip) de más de 60 patillas, cada uno de estos transistores pelicula- de fallo o avería. Esperemos no obstanteque para el caso de la televisión incluyen res el paso de más o menos luz prove- que las soldaduras no sean el futuro “talónlos circuitos de detección de FI, vídeo, niente de la parte de atrás. Luego pode- de Aquiles” de las nuevas tecnologías.descodificador de croma, RGB, sincro- mos resumir diciendo que funcionan pornismos y descodificador de sonido, es- transferencia. Bibliografíatando totalmente controlado mediante Otra tecnología que funciona como Mor, Felipe, Soldadura eléctrica. Ediciones técnicas REDE.bus I2C a través del microprocesador que emisora de luz son las pantallas OLED. Loveday, G. C., Localización de averías en electrónica.llevan los propios circuitos integrados Éstas son pantallas a base de diodos cons- Editorial Paraninfo.UOC. Dicho micro contiene además el tituidos por capas de un compuesto orgá- Carretiè, E, Curso de televisión. Editorial Paraninfo. Directiva RoHS. www.afdec.org.uk/RoHS.htmprograma específico que garantiza todas nico, que al igual que los leds comunes,las funciones del televisor, incluyendo emiten luz de diversos colores al aplicar-dos menús, uno de control del receptor les una tensión eléctrica. Las capas dey otro para servicio técnico. Los televisores de plasma funcionan material orgánico se depositan sobre una superficie plana, la que luego será una pan- AUTORpor emisión de luz debido a una ten- talla, creándose mediante una técnica simi- Juan Manuel Oliveras Sevillasión eléctrica aplicada en un pequeño lar a la que utilizan las impresoras de tinta. Ingeniero técnico en Electricidad con intensifica-espacio, del orden de 0,1 mm de anchura Las pantallas OLED actuales se realizan ción en Electrónica por la Escuela Politécnica deentre cristales plano paralelos, lleno de en un entorno libre de aire, es decir, al Cartagena. Desde 1982 trabaja como técnico en la empresa Bazán de construcciones navales,gas o plasma. Esta tensión ioniza el gas vacío, a diferencia de la tecnología PLED actualmente Navantia.y, al final, genera puntos de luz. Por otra o leds de polímero que se pueden realizar

×