O que é a falha de solda e quais são as soluções para reduzi-la?

Definição: Vazios na junta de solda referem-se a orifícios, bolhas, lacunas, cavidades abertas e espaços vazios dentro da junta de solda. Os vazios de solda são tipicamente gerados por gases/vapores ou resíduos de pasta de fluxo aprisionados, que não conseguiram ser emitidos/liberados da junta de solda durante o processo de refluxo.

Que fatores podem causar a formação de vazios na solda?

● Pasta de solda

● Estêncil

● Acabamento da superfície da placa de circuito impresso

● Umidade da placa de circuito impresso e dos componentes

● Temperatura do ambiente de processo/refluxo

Impacto negativo e riscos potenciais de vazios de solda

● Diminui a confiabilidade da junta de solda

● Reduzir a condutividade térmica da junta de solda

● Diminuir a capacidade de condução de corrente

● Possível fissura física/falha mecânica da junta de solda

Soluções para evitar a formação de vazios na solda:

1. Pasta de solda

O método mais básico, amplamente aplicado, rápido de verificar e econômico é reduzir a geração de gases ou vapor no início do processo, como por exemplo, aplicando pasta de solda com baixo teor de vazios.

- Liga de solda em pó específica: Escolha uma pasta de solda de liga com baixa taxa de oxidação e boa fluidez no estado fundido.

- Fluoreto: A taxa e o volume de gás gerado pelo fluxo em temperaturas elevadas são cruciais. Uma pasta de solda de alta qualidade e com poucos vazios permite que o fluxo libere gases de forma suave e lenta, decompondo-se quase completamente antes da refusão. Pastas de solda com solvente de alto ponto de ebulição são preferíveis.

- Comparação de pastas de solda: Solicite relatórios de defeitos de fabricação aos fabricantes de pastas de solda e compare.

2. Otimizar a abertura do estêncil

- Microgravura ou estêncil escalonado: Microgravura nas aberturas do estêncil, correspondentes aos pads de componentes como QFN e BGA (expandindo as aberturas), ou aplicação de um estêncil escalonado (espessamento) para aumentar a quantidade de pasta de solda, pois mais pasta de solda fornece mais canais para a liberação de gás e vapor.

- Aumentar os canais de emissão/liberação: Projetar uma grade ou um design com ranhuras na abertura do estêncil, correspondente aos pads centrais hot-swap do QFN, para evitar o aprisionamento de gás ou bolhas de ar e criar canais para a liberação de gás.

3. Placa de circuito impresso e componentes

- Tratamento da superfície da placa de circuito impresso (PCB): ENIG é melhor que OSP, e também é necessário garantir que a superfície não seja porosa para evitar que a umidade do substrato escape pelos poros da galvanoplastia.

- Secagem da placa de circuito impresso e dos componentes: Antes da soldagem por refluxo, seque a placa de circuito impresso e os componentes sensíveis à umidade a uma determinada temperatura, como 80 °C, por 4 a 8 horas, para evaporar completamente a umidade.

4. Otimização do processo de soldagem por refluxo (Otimização de processo)

1) Criar condições ideais para a emissão/liberação de gases controlando com precisão o processo de aquecimento.

2) Otimize o perfil de temperatura de refluxo com uma zona de pré-aquecimento/ativação gradual e suficiente: tempo suficiente (geralmente de 90 a 120 segundos) para que o solvente e alguns ativadores evaporem de forma suave e completa, evitando a ebulição causada pelo aquecimento rápido. A taxa de aquecimento é normalmente controlada entre 1,0 e 2,0 °C/s.

3) Temperatura e tempo de refluxo adequados: Certifique-se de que a solda esteja totalmente umedecida, mas evite temperaturas excessivamente altas e tempos de refluxo excessivamente longos, caso contrário, isso agravará a oxidação da solda e a carbonização do fluxo, gerando novos gases. O tempo acima da linha de liquidus precisa ser ajustado com precisão de acordo com a capacidade térmica do componente e da placa de circuito impresso.

4) Soldagem por refluxo protegida com nitrogênio: Preencher o forno de refluxo com nitrogênio e controlar o teor de oxigênio abaixo de 1000 ppm (idealmente <100 ppm) reduz significativamente a oxidação durante a fusão da solda. Menos óxidos significam melhor fluidez da solda, tensão superficial mais uniforme e melhor expulsão de gases. Esta é atualmente a configuração padrão para linhas de produção de alta confiabilidade.

5. Aplicação de tecnologia avançada (solução definitiva) 

Quando os métodos acima ainda não conseguem resolver os problemas de vazios (como em módulos de potência automotivos que exigem uma taxa de vazios <3%), então é preciso considerar a solução definitiva: a tecnologia de soldagem por refluxo a vácuo.

- Princípio da tecnologia de vácuo: quando a pasta de solda está em estado fundido, cria-se um vácuo de alta pressão (geralmente atingindo 10⁻² mbar ou até mais) na cavidade do forno, usando a pressão para extrair o gás, vapor ou bolhas de ar do interior da solda fundida. 

- Atualmente, este é o método mais eficaz e completo para reduzir os vazios, diminuindo a taxa de vazios para menos de 1%.

- Desvantagens: Equipamentos e custos operacionais extremamente elevados.

Resumo e recomendações de processo:

- Otimização de materiais, ferramentas e processos: reduz a geração de gases e vapores e cria canais de extração capazes de solucionar os problemas mais comuns.

- Perfil do processo e nitrogênio: controla o processo de extração.

- Soldagem por refluxo a vácuo: força a emissão e liberação de gases.

Otimização de Processos Recomendada:

1) Em relação aos materiais, ferramentas e processo: pasta de solda com baixa formação de vazios, estênceis e secagem da placa de circuito impresso e dos componentes antes da montagem.

2) Otimize o processo: Defina os perfis de temperatura de refluxo e ative a proteção com nitrogênio.

3) Equipamentos profissionais: para produtos que exigem o mais alto padrão de confiabilidade, considere a aplicação da tecnologia de soldagem por refluxo a vácuo.

Por meio dessa abordagem sistemática, a taxa de formação de vazios na solda pode ser reduzida de forma eficaz.

A Benlida fabrica e monta PCBs há mais de 14 anos. Com experiência e monitoramento profissional de processos, é especialista em evitar falhas de solda durante a soldagem por refluxo, garantindo excelente e estável qualidade em cada placa de circuito impresso (PCBA).

No que diz respeito à formação de vazios na solda, nossos outros serviços incluem: 

1) Inspeção da taxa de vazios na solda: Utilizando raios X 3D de alta resolução, conforme o padrão IPC-A-610, meça com precisão a taxa de vazios e suas localizações em juntas de solda BGA, QFN e outras.

2) Auditoria e otimização do processo de soldagem por refluxo: Revisar e otimizar o processo de soldagem por refluxo e o perfil de temperatura antes da montagem da placa de circuito impresso (PCB), fornecendo soluções de otimização.

3) Avaliação do desempenho da pasta de solda: Comparar e testar indicadores-chave da pasta de solda, como taxa de formação de vazios e molhabilidade, de diversas marcas/modelos e fabricantes.

4) Análise de falhas: Analisar as causas e avaliar as perdas devido a falhas térmicas, fissuras e outros problemas causados ​​por vazios.