Como Prevenir Defeitos de Solda Durante a Soldagem por Refusão

A soldagem por refluxo é uma etapa crítica na montagem com tecnologia de montagem em superfície (SMT), onde a pasta de solda é fundida para formar juntas fortes e confiáveis entre os componentes e a PCI. No entanto, defeitos durante este processo podem levar a falhas de montagem, retrabalho e redução da confiabilidade. Compreender as causas dos defeitos de solda e implementar medidas preventivas pode melhorar significativamente o rendimento e a qualidade. Saiba como a montagem de PCI é feita na fábrica da JLCPCB.

Defeitos Comuns de Solda na Soldagem por Refluxo:

• Pontes de Solda
• Juntas de Solda Frias
• Formação de Vazios
• Formação de Esferas de Solda
• Efeito Lápide (Tombstoning)

Vamos discuti-los um por um em detalhes.

Defeito de Ponte de Solda:

A Ponte de Solda é outro defeito comum, que ocorre quando a solda formou uma conexão anormal entre duas ou mais trilhas, ilhas ou pinos adjacentes, formando um caminho condutivo.

As causas da ponte incluem:

• As ilhas estão espaçadas muito próximas umas das outras.
• Há resíduos presos na superfície da PCI ou nas ilhas.
• Um estêncil sujo com pasta grudada em sua parte inferior.
• Um desalinhamento durante a impressão da pasta de solda.

Juntas Frias e Vazios:

Como Prevenir Vazios em Juntas de Solda e Defeitos de Solda Fria durante o Processo de Refluxo SMT

Vazios em juntas de solda O vazio em juntas de solda é um fenômeno que causa espaços vazios ou vazios dentro da junta. Vazios em juntas de solda ocorrem frequentemente em BGAs e ilhas maiores. Os vazios estão relacionados ao fluxo que fica preso na junta, bem como à oxidação da pasta. Um grande número de vazios reduzirá a confiabilidade da junta de solda.

A causa do erro pode ser a aplicação de muito fluxo na pasta de solda. O fluxo não tem tempo suficiente para liberar gases antes que a solda tenha transitado para o estado sólido. A temperatura de pré-aquecimento é muito baixa, então qualquer solvente no fluxo é difícil de vaporizar completamente.

O tempo da zona de imersão é muito curto durante o processo de refluxo. A solda sem chumbo normalmente tem uma contração de 4% em volume quando é resfriada ao estado sólido. É possível obter vazios quando ilhas grandes são resfriadas de forma desigual.

Corrigindo os Vazios:

• Otimização do Perfil de Refluxo: Projete e otimize cuidadosamente o perfil de temperatura de soldagem por refluxo para minimizar o potencial de formação de vazios. Pré-aquecimento adequado e resfriamento controlado podem ajudar.
• Refluxo a Vácuo: Em alguns casos, processos de soldagem por refluxo a vácuo podem ser usados para reduzir a formação de vazios, removendo gases presos durante o refluxo.

Defeito de Esfera de Solda:

Uma esfera de solda é o tipo mais comum de defeito que ocorre no processo de montagem SMT. Pequenas esferas de solda que se formam na PCI durante a soldagem. Essas esferas de solda podem não estar presas a um componente ou ilha, essencialmente situando-se na placa perto de uma ilha SMD ou outra peça de metal. No pior caso, as esferas de solda serão grandes o suficiente para causar um curto-circuito entre duas ilhas ou dois terminais de componentes. Normalmente, as esferas de solda podem se depositar na placa e podem ficar presas em resíduos de fluxo restantes na camada superficial.

Esferas de solda localizadas a menos de 0,13 mm das trilhas violam o princípio de folga elétrica mínima. Elas podem afetar adversamente a confiabilidade elétrica da PCI montada. De acordo com o padrão IPC A 610, uma PCI também é considerada defeituosa quando há 5 esferas de solda (<=0,13 mm) dentro de 600 mm^2.

A causa do erro é que a esfera de solda está intimamente relacionada ao vapor de ar ou água (preso na pasta de solda) escapando da pasta e se transformando em líquido. Se o vapor na pasta de solda escapar muito rápido, uma pequena quantidade de solda líquida será retirada da junta de soldagem, e uma esfera de solda se formará quando esfriar.

Defeito Lápide (Tombstone):

A causa raiz do fenômeno lápide é que, quando a pasta de solda começa a derreter, as características de molhamento (como a velocidade de molhamento) de diferentes terminais são desiguais, levando a um torque desbalanceado. Isso está frequentemente relacionado aos seguintes fatores:

• Design inadequado da ilha: Devido ao amplo espaçamento entre as duas ilhas, os terminais do componente não são cobertos por mais de 50% das ilhas da PCI, levando a um molhamento desigual.
• Impressão desigual da pasta de solda: Se houver diferenças na deposição e distribuição da pasta de solda, isso levará a um comportamento de fusão inconsistente de cada junta de solda.
• Desvio na colocação do componente: A colocação imprecisa do componente também pode causar aquecimento desigual de cada junta de solda.
• Perfil de temperatura de refluxo irracional: Para pasta de solda sem chumbo, se a taxa de aquecimento for muito rápida antes de atingir o ponto de fusão, aumentará o estresse térmico e exacerbará o defeito lápide.

Alguns Outros Defeitos de Solda Menos Populares:

1. Efeito Uva (Graping): Muito calor aplicado durante o pré-aquecimento e imersão, fazendo com que o fluxo se esgote antes do refluxo. Reduza o tempo e/ou temperatura durante o estágio de pré-aquecimento e imersão do perfil.

2. Cabeça no Travesseiro (HIP - Head-in-Pillow): Calor excessivo durante o pré-aquecimento e imersão faz com que o fluxo se esgote antes de entrar no estágio de refluxo, conexões de solda oxidadas. Reduza o tempo e/ou temperatura durante o estágio de pré-aquecimento e imersão do perfil, considere usar nitrogênio ou pasta de solda de maior atividade.

3. Junta de Solda Rachada: Má soldabilidade do componente, pasta de solda de baixa qualidade, perfil de refluxo incorreto - taxa de resfriamento incorreta. Verifique a soldabilidade do componente, verifique a qualidade da pasta de solda, verifique o perfil de refluxo com a folha de dados da pasta de solda.

4. Junta de Solda Parcial: Serigrafia nas ilhas de pegada do componente impedindo a formação completa da junta de solda. Certifique-se de que o fornecedor da PCI remova qualquer serigrafia das ilhas de pegada do componente.

6 Causas Principais de Defeitos de Solda:

1. Oxidação:

A oxidação na superfície que recebe a soldagem pode frequentemente levar ao não molhamento. Os óxidos intervêm entre a solda e o metal base e impedem a adesão adequada. Quando isso acontece, o não molhamento pode ocorrer em toda parte da superfície que se oxidou.

2. Pasta de Solda Insuficiente:

Um baixo volume de pasta de solda frequentemente causa não molhamento porque uma quantidade adequada de pasta de solda é necessária para garantir juntas de solda estáveis. Quando a montagem da PCI usa muito pouca pasta de solda, a adesão adequada entre a solda e a superfície do metal base da placa não pode ocorrer.

3. Escolha Inadequada da Pasta de Solda:

Algumas pastas de solda têm melhor desempenho para prevenir o não molhamento do que outras. Geralmente, assim como com os fluxos, uma pasta de solda de alta atividade será mais eficaz do que uma pasta de solda de baixa atividade. Ela aumentará a soldabilidade e minimizará o risco de não molhamento.

4. Pasta de Solda Vencida:

Se a pasta de solda usada na placa tiver passado da data de validade, ela não conterá fluxo suficientemente forte. O fluxo não será ativo o suficiente para remover óxidos da placa e permitir boa soldabilidade e molhamento.

6. Temperaturas de Soldagem Inconsistentes:

Temperaturas de soldagem inconsistentes ou flutuantes podem levar ao não molhamento em uma PCI porque falham em ativar o fluxo e promovem má adesão da solda em certas áreas. Se pontos problemáticos específicos na PCI não receberem calor que atinja a temperatura de ativação do fluxo, a solda não aderirá a essas regiões como deveria.

Medidas Preventivas para Defeitos de Solda:

• Otimize o Design da PCI: Use dimensionamento e espaçamento de ilhas adequados para evitar pontes de solda e o efeito lápide. Inclua alívios térmicos e vias para distribuição de calor durante o refluxo.
• Projete um Estêncil Preciso: Use espessura de estêncil e designs de abertura adequados para os tamanhos de componentes e ilhas. Considere estênceis cortados a laser para precisão.
• Garanta a Limpeza: Limpe PCIs e componentes para remover poeira, gordura e oxidação. Use medidas anti-oxidação, como inertização com nitrogênio, no processo de refluxo.
• Monitore e Inspecione: Use inspeção por raios-X para detectar vazios nas juntas de solda. Empregue inspeção óptica automatizada (AOI) para verificar a deposição da pasta de solda e a qualidade da junta.

Comparação com Soldagem por Onda:

A soldagem por refluxo oferece melhor precisão e adequação para componentes de passo fino e alta densidade em comparação com a soldagem por onda, que é mais comum em montagens through-hole. No entanto, a soldagem por onda é menos propensa a certos defeitos como o efeito lápide devido à sua dinâmica de processo mais simples. Para saber mais sobre a jornada das PCIs, veja a história de origem através deste post no blog.

Conclusão:

Prevenir defeitos de solda durante a soldagem por refluxo requer atenção ao design, materiais e controle de processo. Ao otimizar o design da PCI, a precisão do estêncil, a seleção da pasta de solda e os perfis de refluxo, os fabricantes podem minimizar defeitos e melhorar a confiabilidade geral da montagem. Podemos usar algumas técnicas avançadas como Inspeção de Pasta de Solda (SPI) e Inspeção por Raios-X.  

Inspeção de Pasta de Solda (SPI): Implemente equipamentos de inspeção de pasta de solda para monitorar e detectar defeitos na deposição da pasta de solda. A SPI pode ajudar a identificar áreas propensas à formação de vazios.

Inspeção por Raios-X: Realize inspeções por raios-X para avaliar a presença e distribuição de vazios dentro das juntas de solda após a soldagem por refluxo. Isso permite uma avaliação não destrutiva da qualidade da solda.

Ao implementar essas estratégias e manter controles de processo rigorosos, os fabricantes podem reduzir o risco de formação de vazios de solda sob componentes SMT e melhorar a qualidade geral e a confiabilidade de suas montagens eletrônicas. Ferramentas eficazes de inspeção e monitoramento garantem que quaisquer problemas sejam rapidamente identificados e corrigidos, reduzindo custos e melhorando a qualidade do produto na indústria eletrônica de alta demanda de hoje.