Por que a solda a baixa temperatura tem sido usada

Por que a solda a baixa temperatura tem sido usada
No passado, em resposta à diretiva da União Européia Restriction of Hazardous Substances Directive 2002/95/EC, RoHS, a solda no processo PCBA foi mudada de liga de estanho-lead (SnPb) para liga de estanho-prata-cobre (SAC), entretanto, aumentou relativamente a temperatura de soldagem da solda. Em resposta à tendência geral de economia de energia e redução de carbono, parece que um número crescente de empresas está tentando transformar o processo SAC de alta temperatura para o processo de baixa temperatura.
Tabela de Conteúdos
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    Que tipo de solda a baixa temperatura é mais popular

    Que tipo de solda a baixa temperatura é mais popular

    De fato, após a transferência do processo de soldagem para a liga SAC, o pico da temperatura de refluxo da linha de produção SMT também subiu do 220˚C original para cerca de 250˚C, e o aumento da temperatura de soldagem também significa que parte dos materiais e custos de produção são reduzidos. A necessidade de usar materiais mais resistentes a altas temperaturas, a maior mudança é que os materiais plásticos de engenharia, além disso, as altas temperaturas também deterioram a qualidade da produção, por exemplo, os materiais são mais propensos a deformar a altas temperaturas e causar má soldagem.

    No momento, o mais conhecido solda a baixa temperatura é uma liga de estanho-bismuto (SnBi) e estanho-bismuto-prata (SnBiAg) baseada em estanho (Sn) com bismuto (Bi) adicionado.

    Vantagens do processo de solda a baixa temperatura

    Economia de energia e redução de carbono

    No processo de solda a baixa temperatura, porque é utilizada a liga de solda com um ponto de fusão mais baixo, levando assim à redução da temperatura, do tempo e do consumo de energia.

    Reduzir a demanda por materiais de alta temperatura

    O uso de materiais com menor resistência à temperatura acima da temperatura ambiente geralmente significa menores custos de material durante o processo de solda a baixa temperatura

    Reduzir o limite do processo e melhorar o rendimento da produção

    A mudança da liga de solda de SAC para SnBi reduzirá a temperatura máxima no forno de refluxo de 250˚C para cerca de 175˚C, e correspondentemente, a taxa de deformação da placa de circuito em alta temperatura também será reduzida em cerca de 50%, que é uma das principais causas da soldagem HIP/HoP de grandes peças sem chumbo, como BGA e LGA, e da ruptura do MLCC.

     

    peças sem chumbo, tais como BGA e LGA

    Desvantagens do processo de solda a baixa temperatura

    A confiabilidade a longo prazo das juntas de solda é fraca

    A maior desvantagem da solda a baixa temperatura é que as juntas de solda são relativamente frágeis e propensas a rachaduras de estanho devido ao estresse. Em comparação com a solda de liga SnPb e SAC, a resistência da solda da liga SnBi é muito fraca contra choque térmico e queda por impacto.

    Defeitos de aquecimento são propensos a ocorrer no processo de refusão

    A soldagem a quente tende a aparecer na superfície das pastilhas de PCB no processo de soldagem híbrida de bolas de solda SAC, pasta de solda SnBi livre de chumbo e de chumbo de estanho, especialmente em BGA com juntas de solda de peças pré-soldadas. Isto porque durante o processo de soldagem, a solda SAC tem um alto ponto de fusão e não é fácil de derreter. 

    Mesmo depois de derreter, ela solidificará mais cedo durante o processo de resfriamento, enquanto a pasta de solda SnBi derreterá definitivamente durante o processo de refluxo e esfriará. Ela também cura mais lentamente do que o SAC. Imagine que durante o processo de resfriamento do forno de refluxo, as bolas de solda BGA solidificaram ou não derretem, deixando apenas uma pequena porção de solda SnBi em um estado de lama. 

    Neste momento, o PCB e a placa portadora BGA também se recuperam gradualmente da deformação a alta temperatura. Uma vez que a fenda entre a placa de suporte BGA e a placa de circuito impresso é pequena a alta temperatura e a fenda se torna maior após retornar à temperatura (recuperação da deformação), ela puxará a solda SnBi que ainda não está totalmente curada, formando assim uma rachadura a quente rasgada.

    Que tipo de perfil de temperatura deve ser usado quando bolas de solda BGA de liga SAC são misturadas com pasta de solda de baixa temperatura

    De fato, é útil combinar ao mesmo tempo pasta de solda de baixa temperatura, bolas de solda de baixa temperatura e perfis de baixa temperatura, de modo a obter todos os benefícios da pasta de solda de baixa temperatura e o melhor efeito e qualidade de soldagem. Entretanto, para a falta de BGAs com bolas de solda de baixa temperatura no mercado, portanto Fabricação de PCB tem que recorrer a pasta de solda de baixa temperatura e bolas de solda de liga SAC BGA.

    Se você deseja obter o melhor efeito de qualidade do SAC misturado com pasta de solda de baixa temperatura, você tem que encontrar uma maneira de reduzir o impacto de aquecimento, e o melhor perfil de refluxo é seguir o perfil de temperatura do SAC, porque o perfil de alta temperatura pode ser derretido, ao mesmo tempo SAC e a liga SnBi permitem que o SAC se difunda na área da liga SnBi.

    Liga SAC

    Assim, alterando a razão de liga da fórmula SnBi, que pode aumentar ligeiramente a temperatura de solidificação da área SnBi, e é recomendado acelerar a taxa de resfriamento após o pico de temperatura, especialmente entre 217°C (SAC305) e 138°C (Sn42Bi58), a finalidade é deixar a área de solda SnBi solidificar imediatamente após a área de solda SAC solidificar no menor tempo possível. Mas desta forma, todas as vantagens de usar LTS serão perdidas, e a resistência da solda não é tão boa quanto a da liga SAC, então é melhor usar a pasta de solda SAC diretamente.

    A maioria dos casos em que a pasta de solda para baixa temperatura é usada é porque as peças não podem suportar o perfil de alta temperatura do SAC. Neste caso, somente o perfil de baixa temperatura da pasta de solda de baixa temperatura pode ser utilizado. Especialistas sugerem que o pico da temperatura de refusão deve ser reduzido o máximo possível sem afetar a qualidade da soldagem. O objetivo é reduzir o calor da PCB e transportador de refluxo durante o reflow.

    Ao mesmo tempo, é necessário acelerar a taxa de resfriamento após o pico da temperatura de refluxo. O objetivo é solidificar a solda a baixa temperatura antes que a deformação da placa se recupere. Entretanto, se a taxa de resfriamento for excessivamente acelerada, pode haver o risco de agravar a rachadura da solda BGA. Para avaliação, uma melhor temperatura e taxa de resfriamento é selecionada após testes de confiabilidade e comparações. Não é recomendado aumentar a temperatura de pico de refluxo, pois quanto mais alta a temperatura, maior a deformação da placa de circuito impresso e do portador de BGA.

    Como fortalecer a resistência mecânica da pasta a baixa temperatura

    cola de resina epoxídica

    No momento, a solução mais viável de reforço de junta de solda a baixa temperatura é usar o underfill. Esta solução realmente existia quando o CSP e o flip-chip apareceram, e mais tarde foi aplicada ao BGA. Use cola de resina epóxi para apontar na borda da BGA ou peças similares, e use o princípio da ação capilar para permitir que a cola penetre e preencha o fundo da peça, e depois aqueça e solidifique para atingir o objetivo de preencher as lacunas e reforçar as juntas de solda. Alguns utilizam cola com viscosidade relativamente alta para apontar seletivamente nos quatro cantos da BGA (ligação de coner) ou nas quatro bordas da BGA (ligação de borda) para fortalecer a fixação.

    Aqui vem o subfilme. Depois que a placa foi impressa com pasta de solda, ela foi colocada na posição BGA da PCB através de uma máquina de colocação SMT (evitando juntas de solda), e então a BGA foi colocada sobre ela. A alta temperatura do forno de refluxo é usada para derreter o filme para preencher a lacuna, e então solidificar após o resfriamento. Entretanto, deve-se observar que o subenchimento só funcionará após a montagem da placa e o teste de função, enquanto o subfilme é adicionado durante o processo SMT. Se a taxa de rendimento do produto não for alta, o retrabalho será muito problemático.

    Além disso, com o aumento da aplicação da solda a baixa temperatura, há também a chamada pasta epóxi e o fluxo epóxi feito conforme os tempos exigem. A pasta epóxi é para adicionar epóxi à pasta de solda, imprimir diretamente a pasta de solda e aquecê-la após o refluxo, mas como ela é adicionada à pasta de solda, sua dosagem não pode ser muito, e a resistência da solda das peças de BGA pode ser limitada. Mas se for apenas para componentes de chips ou placas de luz LED, ainda deve ter algum efeito.

    Placas de luz LED 

    O fluxo epóxi utiliza a impressão e a distribuição de pasta de solda antes da montagem, que é um pouco semelhante ao subfilme. Os efeitos dos dois processos de adição de epóxi acima ainda não foram verificados, e ambos foram concluídos antes do teste. A adição de underfill pode de fato fortalecer a capacidade da BGA de resistir ao stress, mas só pode retardar a rachadura da solda devido ao stress, mas não pode curá-la completamente. Ou seja, após um período de uso, as juntas problemáticas da solda ainda causarão problemas. 

    Portanto, para desatar o sino, é necessário encontrar uma maneira de minimizar a fonte de tensão que afeta as juntas de solda.

    Que tipo de produtos são capazes de adotar o processo de solda a baixa temperatura

    Agora que aprendemos que as juntas de solda de produtos de processo de solda de baixa temperatura são relativamente frágeis e não resistentes a tensões, desde que a situação de emprego de produtos eletrônicos não esteja sob tensão térmica severa (ciclo de alta e baixa temperatura) mudanças ou tensões mecânicas (impacto de queda). Se não houver necessidade de garantia de projeto de vida longa, deve ser considerado o uso do processo de pasta a baixa temperatura. Afinal de contas, economizar energia e custo. Aqui estão algumas referências de diretrizes da indústria para citar a solda a baixa temperatura:

    A vida útil do projeto do produto é de preferência dentro de 5 anos ou menos. É recomendável realizar uma avaliação de MTBF (Mean Time Between Failures).

    É melhor se as peças principais tiverem um mecanismo de proteção adicional para as juntas de solda, como a distribuição ou calafetagem.

    juntas de solda

    É melhor se as peças IO tiverem um projeto adicional de mecanismo anti-inserção, tais como projetos de mecanismo anti-inserção, anti-agitação e outros.

    A condição operacional do produto está melhor abaixo de 40˚C, e a temperatura máxima de operação não deve exceder 85˚C.

    É geralmente usado em ambientes internos sem flutuações severas de alta e baixa temperatura. Não é recomendado para uso em veículos ou em ambientes externos.

    Atualmente, observa-se que a solda de baixa temperatura é usada principalmente em luzes LED, e a mini-LED também é usada em uma pequena peça, e algumas indústrias de PC também estão sendo avaliadas.

    Conclusão

    Da perspectiva de economia de energia e redução de carbono, o processo de pasta de solda a baixa temperatura é de fato mais econômico em termos de energia e também pode reduzir os requisitos para peças em materiais plásticos de alta temperatura e economizar custos. Entretanto, a atual pasta de solda a baixa temperatura tem uma falha fatal, que é a baixa confiabilidade. 

    As juntas de solda são relativamente frágeis, e podem não ter muito impacto sobre algumas peças pequenas, mas para algumas peças que têm requisitos de resistência, tais como peças de E/S, ou produtos que podem dobrar a placa de circuito depois de serem submetidos a forças externas, ou muitas vezes Produtos sob vibração ou tensão térmica não são adequados para processo de solda a baixa temperatura. 

    Pode-se apenas dizer que embora a pasta de solda a baixa temperatura possa atender às exigências de economia de energia e redução de carbono, ainda há um longo caminho a percorrer, e talvez a solda a baixa temperatura não seja capaz de substituí-la completamente no final. SAC, é mais provável que seja solda a baixa temperatura em paralelo com SAC.

    FAQ

    Atualmente, a mais conhecida solda de baixa temperatura é uma liga de estanho-bismuto (SnBi) e estanho-bismuto-prata (SnBiAg) baseada em estanho (Sn) com bismuto (Bi) adicionado
    Economia de energia e redução de carbono Reduzir a demanda por materiais de alta temperatura Reduzir o limite do processo e melhorar o rendimento da produção
    A confiabilidade a longo prazo das juntas de solda é fraca. Defeitos de aquecimento são propensos a ocorrer no processo de refusão.

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