Como Prevenir Defeitos Não Umectantes

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O processo de fabricação de placas de circuito impresso (PCBs) geralmente inclui um procedimento conhecido como solda por refluxo ou refluxo. O refluxo envolve cobrir a superfície do PCB com pasta de solda para facilitar a fixação temporária dos milhares de componentes minúsculos da placa em seus pads de PCB. A pasta de solda estabiliza os componentes por tempo suficiente para uma aplicação de alta temperatura. O alto calor reflui a solda – isto é, transforma a pasta em uma substância fundida que flui através da placa – criando juntas de solda permanentes que cimentam os componentes firmemente no lugar.

A soldagem por refluxo é uma técnica útil, mas como em muitos processos de fabricação, especialmente aqueles que envolvem massas de peças minúsculas, sempre existe a possibilidade de um erro surgir. Entre os defeitos de soldagem por refluxo em PCBs, não molhar não é incomum, e pode ter sérias implicações para a integridade estrutural e desempenho das placas defeituosas. Felizmente, é possível tomar precauções para melhorar a umectação da prancha e prevenir esse defeito.

Neste guia, discutimos o defeito de soldagem conhecido como não umectante, explicamos suas causas frequentes e possíveis soluções e fornecemos imagens de defeitos de soldagem para que você tenha uma representação visual clara do que pode dar errado e como corrigi-lo.

O que é um defeito de não umectação?

Um defeito de não umedecimento é um defeito de solda que ocorre quando a solda derretida não se liga ao metal base na placa. Quando esta ligação não se materializa, a solda pode não aderir aos terminais dos componentes ou às almofadas de PCB para permitir que eles se unam com segurança uns aos outros. O material da superfície da placa permanecerá exposto e a própria solda pode parecer granulada ou sem brilho. Não molhar também leva diretamente ao esvaziamento - a criação de furos dentro de uma junta de solda que não possui material de solda.

Não molhante vs. umectante

Um defeito de não umedecimento é diferente de umedecimento. Qual é o significado de umedecimento da solda?

A umidade ocorre quando a solda derretida inicialmente cobre os terminais do componente e as placas de PCB, mas depois se afasta dessas partes, deixando algumas áreas finas de solda no metal base e alguns aglomerados irregulares e espessos. O material da superfície da placa geralmente não fica exposto. Quando ocorre umedecimento, geralmente afeta as juntas de solda e a qualidade de seu filete.

Defeitos de não molhabilidade ocorrem frequentemente, embora nem sempre, com soldas sem chumbo, como soldas de estanho-prata-cobre. Alguns metais são mais propensos a não molhar do que outros porque metalizações diferentes têm características de absorção e espalhamento diferentes. Placas de cobre nu revestidas com conservante orgânico de soldabilidade (OSP) são frequentemente suscetíveis à não molhagem das placas de PCB, especialmente se elas tiverem passado por mais de um ciclo térmico. Por outro lado, o estanho puro tende a se espalhar bem e reduzir o não umedecimento, assim como os acabamentos de imersão em prata. As ligas de níquel e ouro também tendem a soldar bem e minimizar a não molhabilidade, desde que não contenham impurezas.

Por que é importante corrigir defeitos de não umectação

Por que é tão essencial tratar defeitos de não molhabilidade em PCBs? Não molhar pode causar problemas estruturais graves que prejudicam a função e o desempenho de uma prancha.

Não molhar em um PCB cria juntas de solda instáveis. Quando as juntas de uma placa de circuito são instáveis, elas podem quebrar ou fornecer baixa condutividade elétrica. E quando a solda não adere ao metal base, os componentes e os pads PCB não serão fixados firmemente na placa. Eles podem estar soltos e formar conexões ruins, ou podem cair, imediatamente ou quando sujeitos a estresse. Sem seus componentes apropriados fixados firmemente no lugar, a PCB não funcionará corretamente.

Causas comuns de defeitos de não umectação

Defeitos não umectantes têm várias causas comuns. Abaixo estão muitas razões pelas quais a não umectação pode ocorrer em um PCB:

1. Acabamento inadequado do PCB

O acabamento em uma placa de circuito impresso ajuda muito a determinar quão bem a solda irá refluir e quanta molhagem ocorrerá. Se o acabamento for inadequado e grande parte da placa nua permanecer exposta, a solda refluirá com mais dificuldade e adere mal ao PCB.

2. Chapeamento de pinos impróprio

Se os pinos de cobre em uma placa de circuito impresso receberem um revestimento de cobre inadequado antes de passarem pelo revestimento de estanho/chumbo, eles podem se tornar suscetíveis à não molhagem. A razão é que o revestimento de cobre suficiente é essencial para evitar que o zinco interfira no revestimento de estanho/chumbo e para evitar que a solda adira corretamente.

3. Fluxo Degradado

Fluxo velho e degradado - o agente de limpeza químico usado antes e depois da soldagem - pode levar rapidamente ao não umedecimento. O fluxo se degrada rapidamente em um recipiente aberto. Mesmo que seu teor de sólidos permaneça constante, seu desempenho diminuirá substancialmente. Mudanças regulares de fluxo ajudam a evitar esse problema.

4. Tipo errado de fluxo

O tipo de fluxo usado para limpeza também pode determinar se a não molhagem ocorre em um PCB. Em geral, fluxos de alta atividade levam a uma boa soldabilidade e a um menor risco de não umedecimento. Por outro lado, fluxos de baixa atividade e baixo resíduo podem causar baixa soldabilidade e uma maior probabilidade de não molhar. Um fluxo com baixa atividade será insuficiente para remover os óxidos da superfície do PCB, e os óxidos impedirão o molhamento.

5. Espessura incorreta de estanho/chumbo

Quando as placas contêm um revestimento muito fino de estanho e chumbo, a espessura incorreta leva a uma baixa soldabilidade e não molhabilidade. Um revestimento mais fino tem uma vida útil mais curta e pode não durar até que ocorra a soldagem.

6. Longos tempos de armazenamento

Se a placa permanecer armazenada por muito tempo, a soldagem efetiva se torna mais difícil e a probabilidade de não molhar aumenta. Como vimos, a soldabilidade geralmente corresponde diretamente à espessura do revestimento. Durante um longo período de armazenamento, o revestimento necessário para uma boa soldabilidade pode quebrar. Um PCB armazenado por um ano ou mais pode apresentar risco aumentado de baixa soldabilidade e não molhabilidade.

7. Resina de placa mal aplicada

Se a resina em um PCB manchar, isso pode interferir na soldagem e causar não umedecimento. Por exemplo, a resina da placa pode manchar os cantos de um alfinete e não molhar essas áreas.

8. Problemas com o banho

Em alguns casos, a não molhagem pode ocorrer em todo o revestimento do cartão impresso. Por exemplo, um revestimento de superfície de ouro em um PCB pode causar não umedecimento em toda a sua superfície devido a desequilíbrios no banho de ouro sem eletrodo.

9. Oxidação

A oxidação na superfície que recebe a solda pode muitas vezes levar ao não umedecimento. Os óxidos intervêm entre a solda e o metal base e impedem a adesão adequada. Quando isso acontece, a não molhagem pode ocorrer em todas as partes da superfície que foram oxidadas.

10. Pasta de solda insuficiente

Um volume baixo de pasta de solda freqüentemente causa não molhabilidade porque uma distribuição adequada de pasta de solda é necessária para assegurar juntas de solda estáveis. Quando a montagem da placa de circuito impresso usa muito pouca pasta de solda, a adesão adequada entre a solda e a superfície do metal base da placa não pode ocorrer. Felizmente, uma aplicação suficiente de pasta de solda geralmente resulta em 100% de molhagem de um PCB.

11. Má escolha de pasta de solda

Algumas pastas de solda funcionam melhor para evitar a não molhagem do que outras. Geralmente, como acontece com os fluxos, uma pasta de solda de alta atividade será mais eficaz do que uma pasta de solda de baixa atividade. Aumentará a soldabilidade e minimizará o risco de não molhar.

12. Pasta de solda expirada

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

13. Temperaturas de solda insuficientes

Temperaturas de soldagem muito baixas tendem a não molhar a placa de circuito. A solda requer um certo limite térmico para se ligar adequadamente ao metal base. Se a temperatura durante a soldagem não atingir esse limite, a solda não aderirá corretamente aos componentes ou às placas de PCB. Essa dificuldade é particularmente comum com ligas sem chumbo, que tendem a ter pontos de fusão mais altos do que as ligas de estanho/chumbo.

14. Temperaturas de solda inconsistentes

Temperaturas de solda inconsistentes ou flutuantes podem levar a não umectação em um PCB porque eles não ativam o fluxo e promovem má adesão da solda em certas áreas. Se pontos de problemas específicos no PCB não receberem calor que atinja a temperatura de ativação do fluxo, a solda não irá aderir a essas regiões como deveria.

15. Tempo de imersão muito curto

O tempo que a solda permanece na placa afeta diretamente sua capacidade de se unir ao metal base da superfície da PCB. Se a solda não tiver tempo suficiente para aderir adequadamente, é provável que a não molhagem ocorra em locais específicos ou em toda a placa.

16. Tempo de imersão muito longo

Alternativamente, se a solda permanecer na placa por muito tempo durante o processo de refluxo, o tempo extenso pode esgotar o fluxo antes que a solda possa ocorrer. Se o fluxo ficar inativo devido ao longo tempo de imersão, a probabilidade de não molhar aumenta substancialmente.

17. Incompatibilidade de pasta de solda e material de revestimento

Se o tipo de pasta de solda e o material da camada de revestimento na placa forem incompatíveis, a pasta de solda será ineficaz em permitir conexões entre os componentes da superfície e as almofadas na placa.

18. Chips menores

Chips menores necessariamente contêm uma camada mais fina de pasta de solda. Nesses casos, a camada de pasta de solda pode ser insuficiente para permitir a umectação adequada de toda a PCB.

19. Fluxo contaminado ou pasta de solda

O fluxo ou pasta de solda contaminados não limparão a placa ou conectarão os componentes de forma eficaz e permitirão a umectação adequada. Os contaminantes também podem deixar resíduos indesejados no PCB que interferem no fluxo de solda e causam não umedecimento.

Como corrigir defeitos de não umectação

Para corrigir esses defeitos, você pode tomar algumas medidas diferentes para promover uma boa molhabilidade ou resolver a não molhagem, se ocorrer apesar de seus melhores esforços.

1. Reduzir a oxidação

A oxidação é uma das causas mais comuns de defeitos não umectantes em PCBs. Reduzir a oxidação no pó de solda, terminais de componentes e placas de PCB antes do refluxo pode diminuir significativamente o potencial de umedecimento deficiente da placa.

2. Ajuste o perfil de refluxo

Para evitar defeitos não molhados, você pode começar ajustando seu perfil de refluxo para minimizar os diferenciais de temperatura. Você pode ajustar e otimizar o perfil de refluxo alterando a zona de imersão para fornecer o aumento e a exposição de temperatura adequados e evitar defeitos.

3. Reduzir a entrada geral de calor

Como ter um aumento de temperatura muito acentuado durante o refluxo pode causar defeitos como pontes, esferas de solda, tombstones e microtrincas, os fabricantes geralmente aumentam o perfil de calor geral para tornar o aumento de temperatura mais moderado. No entanto, muito calor muito cedo pode causar não molhamento, bem como outros problemas sérios, como delaminação da placa e queima de componentes. A entrada de calor muito alta também pode reduzir a atividade de fluxo da pasta de solda se a pasta tiver tolerância limitada à oxidação, novamente levando a um molhamento deficiente.

4. Aumentar a temperatura de refluxo de pico

Embora a entrada geral de calor não deva ser muito alta, a temperatura de refluxo de pico precisa atingir um certo limite. Se a temperatura de refluxo nunca ficar quente o suficiente, a molhagem adequada não pode ocorrer, portanto, as instalações devem monitorar cuidadosamente sua temperatura de refluxo de pico.

5. Reduza o tempo de criação de perfil

Reduzir o tempo de imersão durante o refluxo geralmente é benéfico para reduzir a não molhagem na PCB. Reduzir o tempo de imersão ajuda a garantir que o fluxo permaneça ativo, remove óxidos e facilita a umectação adequada.

6. Manter o ambiente de armazenamento apropriado

Certifique-se de que o ambiente de armazenamento para seus PCBs seja ideal para manter sua qualidade ao longo do tempo. Se a temperatura e a umidade na área de armazenamento não atenderem aos padrões de armazenamento de PCB de longo prazo, considere fazer ajustes ou escolher outro local de armazenamento.

7. Preste atenção aos tempos de armazenamento

Mesmo que sua área de armazenamento atenda aos padrões exigidos, é melhor não usar uma PCB que esteja armazenada há mais de um ano sem uma placa de proteção. Uma placa armazenada por tanto tempo pode ter o revestimento degradado, o que resultará em baixa soldabilidade e alta probabilidade de defeitos de não molhabilidade.

8. Verifique o frescor da pasta de solda

Como vimos, a qualidade da pasta de solda usada em um PCB tem um efeito direto na soldabilidade e no potencial de não umectação. Se a sua pasta de solda estiver envelhecida ou vencida, procure uma pasta mais fresca que permita umectação suficiente em toda a placa.

9. Use acabamentos de superfície metálica de alta qualidade

Como alguns defeitos de não umectação ocorrem devido ao acabamento inferior da superfície do metal na placa de circuito impresso, atender à qualidade do acabamento é fundamental. Usar um OSP resistente a altas temperaturas é uma possibilidade - outra é usar ouro de imersão de níquel eletrolítico (ENIG).

10. Use ácido sulfúrico

Se a não molhagem já ocorreu, use ácido sulfúrico para remover solda e óxidos. Prepare uma solução de ácido sulfúrico com concentração de cerca de 2% e mergulhe cada placa defeituosa nela por alguns minutos. O ácido sulfúrico vai corroer a solda mal molhada e quaisquer óxidos de estanho ou áreas de migração de estanho na placa. Depois de fazer isso, a placa estará limpa e pronta para um segundo refluxo e ressoldagem.

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