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Soldando componentes SMD (ART1328)

Em outros artigos abordamos alguns aspectos importantes da tecnologia para montagem em superfície (SMT) e dos componentes utilizados (SMDs). Falamos dos diversos tipos de invólucros, do retrabalho e agora completamos essa série com uma breve análise dos problemas que envolvem a soldagem desses componentes.

 

Este artigo é o terceiro de uma série em que tratamos da tecnologia SMD. Os demais estão disponíveis no site.

 

Um dos aspectos importantes da para montagem em superfície é que, apesar das enormes vantagens que ela oferece numa linha de montagem em relação a montagem tradicional através da fixação dos componentes em furos (hrough-hole), está na necessidade de sem modificar completamente a tecnologia e portanto os equipamento que vão ser utilizados.

Os componentes comuns são suportados pelos seus terminais num processo de inserção através da placa enquanto que os SMDs são suportados pelas próprias juntas soldadas, conforme mostra a figura 1.

 


 

Essas juntas fornecem tanto o suporte mecânico como também são responsáveis pela conexão elétrica.

No processo de soldagem, a placa deve ser invertida para receber a onda de solda, o que exige que os componentes sejam previamente colados.

Isso normalmente é feito por um adesivo à base de epoxi, conforme mostra a figura 2.

 


 

Nos casos em que a placa não é invertida, os componentes podem ser mantidos em posição através de uma máscara apropriada que também determina os pontos onde a solda vai atuar.

 

Processo de Soldagem

O processo geral de soldagem de componentes SMD envolve diversas fases que passamos a analisar agora.

 

a) Exposição à alta temperatura

Como os componentes SMD possuem terminais muito pequenos para a soldagem e, além disso, ficam no lado cobreado que vai ser exposto ao calor, o risco de que o calor danifique os componentes é muito maior do que num processo convencional de montagem com componentes "through-hole".

A escolha exata da temperatura máxima, e a velocidade do processo são elementos críticos para se minimizar os danos aos componentes.

Os componentes com muitos pinos, menor volume são os mais sensíveis e em última análise são os que determinam os parâmetros do processo de soldagem.

 

b) Condições de soldagem

Não depende apenas dos tipos de componentes usados mas também do tamanho da placa e da massa térmica envolvida no processo.

Um fabricante que trabalhe com placas de diversos tamanhos precisa analisar as condições para cada caso, utilizando as temperaturas apropriadas e os tempos de exposições que minimizem a possibilidade de danos aos componentes.

 

c) Pastas

Pastas ativas não são recomendadas e não devem ser utilizadas a não ser que os componentes tenham sido mantidos em condições extremas de armazenamento.

Os pastas muito ácidas do tipo associado a sistemas aquosos de limpeza, devem ser utilizadas com cuidado.

Técnicas padronizadas de limpeza de placas, se utilizadas devem ter a garantia de uma limpeza e secagem após o processo.

 

A Soldagem por Imersão

 

a) Aquecimento

Nessa etapa, os solventes são evaporados a partir da pasta de solda.

Deve-se tomar cuidado para evitar uma oxidação rápida e a possibilidade de falhas de adesão da solda.

Nos processos comuns utiliza uma velocidade de aquecimento da ordem de 2 oC/segundo.


b) Pré-aquecimento e imersão

É importante que no momento em que a placa é imersa para o processo de soldagem ela esteja uniformemente aquecida.

O objetivo desse processo é assegurar que a solda tenha condições iguais de adesão em todas as opoartes da placa.

Essas condições são conseguidas em intervalos de 30 a 150 segundos para temperaturas na faixa de 150 a 170 oC.

 

c) Zona de soldagem

As temperaturas máximas de soldagem serão determinadas pelos componentes mais sensíveis da placa.

Normalmente são os componentes que possuem maior número de pinos.

Se a temperatura for alta demais, os componentes podem ser danificados por stress mecânico ou ainda devido ao descasamento térmico.

Uma temperatura muito baixa pode signficar que alguns componentes não alcancem a condição mínima de soldagem.

Cuidado deve ser tomado também para ue um tempo excessivo de soldagem não cause o aparecimento de substâncias estranhas no composto da solda, como por exemplo componentes intermetálicos, capazes de levar a falhas.

As temperaturas máximas recomendadas para a maior parte das placas está entre 215 e 220 graus com um limite de 235 oC.

 

d) Resfriamento

Nesse caso é muito importante ter um gradiente de resfriamento que não cause um choque térmico nos componentes.

No entanto, um resfriamento rápido tem a vantagem de levar a uma estrutura com granulação mais fina e com isso mais resistente à quebra.

O gráfico da figura 3 mostra o procedimento recomendado de resfriamento.

 


 

 

Na tabela dada a seguir temos os parâmetros para soldagem recomendados:

 

Taxa de aquecimento durante o pré-aquecimento

1 a 2 oC/segundo (tip)

4 oC/segundo (max)

Temperatura de pré-aquecimento

150 oC (tip)

170 oC (max)

Tempo no estado de fusão acima de 200 oC

30 a 90 segundos

 

Soldagem Por Onda

Nesse processo é normal que os SMDs sejam fixados numa placa por um adesivo baseado em epóxi antes do processo de soldagem.

 

Excesso de adesivo pode espalhar cobrindo partes do local onde a solda deve aderir, conforme mostra a figura 4.

 


 

Por outro lado, pouca cola pode não ser suficiente para evitar que o componente saia de posição durante o processo de soldagem.

A pelota de solda deve espalhar-se para além dos extremos ou terminais do componente e ser grande o suficiente para que seja obtida uma boa junta.

Cuidado deve ser tomado para evitar o mascaramento por outros componentes e a formação de pontes de solda entre os terminais, conforme mostra a figura 5.

 

 


 

O mascaramento ocorre quando a onda de solda é bloqueada por um componente evitando que ela atinja com toda a força necessária o componente que está logo em seguida.

Para evitar esses problemas o processo de soldagem por onda não é muito usado quando se utilizam componentes muito pequenos, ou ainda quando componentes de tecnologias mistas são utilizados.

Na figura 6 temos um gráfico que detalha esse procedimento de soldagem.

 


 

Os valores numéricos para esse processo são dados na seguinte tabela:

 

Taxa de aquecimento durante o pré-aquecimento

1 a 2 oC/s (tip)

4 oC/s (max)

Temperatura final de pré-aquecimento

em torno de 125 oC

Temperatura de soldagem

235 oC (max)

Taxa de resfriamento

5 oC/s (max)

 

Conclusão

O processo de soldagem de componentes SMD numa placa exige cuidados especiais que minimizam a possibilidade de falhas.

Esses cuidados dependem não apenas do tamanho da placa como também dos componentes que estão sendo utilizados.

Planejar muito bem o processo de soldagem é um dos procedimento importantes para quem trabalha com manufatura de equipamentos utilizando componentes para montagem em superfície.

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