Por Timothy O'Neill e Gayle Towell
À medida que os componentes diminuem de tamanho, aumenta a demanda por pastas de solda mais finas. Mas a seleção da pasta de solda não se trata apenas de corresponder ao tamanho do componente, mas também de otimizar os processos de impressão e refluxo para evitar defeitos e garantir a confiabilidade.
Este artigo explora a importância do tamanho do pó da pasta de solda, com foco especial em quando e por que os fabricantes devem considerar a redução do tamanho dos tipos padrão para alternativas mais finas.
O impacto das variações de processo na produção de pó de solda
O método exato de criação do pó de solda e, por fim, da pasta de solda, pode variar significativamente de um fabricante para outro. Essas diferenças nos métodos de produção podem levar a resultados muito diferentes ao imprimir com um determinado tamanho de pasta.
Em outras palavras, você pode obter resultados totalmente diferentes ao usar uma pasta Tipo 5 de um fabricante em comparação com a de outro. Além disso, a variação inerente em um determinado processo de produção de pó de solda terá uma influência maior no desempenho da pasta quanto menor for o tamanho da partícula.
A classificação do tamanho das partículas é padronizada pelo IPC; no entanto, ela ainda permite variações significativas. O IPC especifica que apenas 80% das partículas de um determinado tipo devem estar dentro da faixa nominal (consulte a Tabela 1). Isso deixa espaço para diferenças na distribuição do tamanho das partículas entre os fabricantes, o que pode afetar significativamente o desempenho da pasta de solda, inclusive a capacidade de impressão, o comportamento de refluxo e a confiabilidade.
| Tipo | Menor que 0,5% maior que | Menos de 10% entre | Pelo menos 80% entre | Menor que 10% menor que |
| Tipo 3 | 60 µm | 45-60 µm | 25-45 µm | 25 µm |
| Tipo 4 | 50 µm | 38-50 µm | 20-38 µm | 20 µm |
| Tipo 5 | 40 µm | 25-40 µm | 15-25 µm | 15 µm |
| Tipo 6 | 25 µm | 15-25 µm | 5-15 µm | 5 µm |
| Tipo 7 | 15 µm | 11-15 µm | 2-11 µm | 2 µm |
Tabela 1. Limites de distribuição de partículas de acordo com a IPC J-STD-005A
Como decidir quando reduzir o tamanho de sua pasta de solda
Ao considerar a possibilidade de reduzir o tamanho da pasta de solda, é preciso levar em conta o tamanho e o espaçamento dos componentes, o ambiente e as configurações de produção e os possíveis desafios que podem surgir com pós menores.
Em geral, quanto menor a pasta, mais desafiador é o processo. Por esse motivo, o sucesso final de seu processo se torna cada vez mais dependente de todas as variações nos métodos de produção de pasta de solda descritos acima.
A regra da bola 5 e suas implicações
Uma heurística comum usada para determinar o tamanho do pó a ser usado é a chamada "regra das 5 bolas". A "regra das 5 bolas" sugere que a menor abertura do estêncil deve ter pelo menos cinco vezes o diâmetro das maiores partículas da pasta de solda (consulte a Tabela 2).
Por exemplo, com a pasta de solda Tipo 4, em que as partículas variam até 38 µm, a menor abertura imprimível seria de cerca de 190 µm/.004". No entanto, ao passarmos para pós mais finos, como o Tipo 6, com partículas de 5 a 15 µm, a aplicabilidade prática da regra das 5 esferas se torna incerta. Isso se deve ao fato de que os tamanhos de partículas extremamente pequenos e os espaços mais apertados não foram testados minuciosamente e, portanto, a regra pode não ser verdadeira ou exigir adaptação para esses tipos avançados.
| Tipo | Limite inferior do diâmetro da abertura do estêncil de acordo com a regra das 5 esferas |
| Tipo 3 | 225 µm |
| Tipo 4 | 190 µm |
| Tipo 5 | 125 µm |
| Tipo 6 | 75 µm |
| Tipo 7 | 55 µm |
Tabela 2. O limite inferior para os diâmetros de abertura do estêncil com base na regra das 5 esferas.
Desafios da redução do tamanho da pasta de solda em pó
O downsizing para um pó menor traz desvantagens, especialmente nos menores tamanhos de pó. A saber, as seguintes:
- Os pós menores são mais difíceis de produzir e, portanto, têm um preço mais alto.
- Os pós menores têm uma área de superfície maior em relação à proporção de massa e, portanto, maior potencial de oxidação. Isso reduz a vida útil e os torna mais sensíveis aos parâmetros do processo, com requisitos de refluxo de nitrogênio para o Tipo 6 e menores.
- Os métodos de fabricação diferem de um fornecedor para outro, portanto, pode haver uma variação substancial na qualidade de um determinado tamanho de pó em termos de esfericidade das partículas e distribuição do tamanho das partículas. Essas variações podem levar a problemas e defeitos imprevistos.
- Adaptações no projeto do estêncil podem ser necessárias para pós mais finos para evitar problemas como entupimento do estêncil ou liberação insuficiente de pasta. Isso envolve considerar a espessura do estêncil, o tamanho da abertura e a suavidade da parede.
- Em geral, quanto menor o pó, menor a janela do processo, o que significa que as configurações, como a pressão e a velocidade do rodo, devem ser cuidadosamente ajustadas.
Por que você deve usar o maior tamanho de pó possível
Devido às compensações significativas que surgem ao reduzir o tamanho, se sua aplicação estiver próxima do limite sugerido pela regra das 5 bolas, pode ser prudente ficar com o tamanho maior. De fato, na AIM, tivemos várias situações em que nossa pasta Tipo 4 superou a pasta Tipo 5 em situações que estavam no limite quando se tratava da decisão de reduzir o tamanho.
Como exemplo, suponha que você precise imprimir placas nas quais os menores componentes serão 01005s. As aberturas de estêncil recomendadas pelo IPC para esses componentes são de 175 por 250 µm, o que pode estar fora do que a pasta Tipo 4 deve ser capaz de imprimir (≥190µm).
Entretanto, com um pouco de engenhosidade, também é possível usar um design de abertura quadrada arredondada com comprimento lateral de 190 µm ou um pouco maior para esses componentes. Esse formato de abertura maximiza o volume em espaços apertados e melhora a eficiência da transferência.
Nesse cenário, a eficiência da transferência pode ser maximizada ainda mais com o uso de um estêncil nano-revestido de 4 mil ou até mesmo de 3 mil. Portanto, se os 01005s forem seus menores componentes, a pasta Tipo 4 pode funcionar e com poucos efeitos colaterais indesejados.
Uma observação sobre pastas de solda de tamanho médio
Alguns fabricantes vendem pastas rotuladas como Tipo 4.5 ou Tipo 5.5, o que faz com que os engenheiros de processo se perguntem se seria uma boa ideia mudar para metade do tamanho se seus componentes estiverem no limite, como no caso descrito acima.
No entanto, não há especificações do IPC que definam o que são esses meios tipos. Embora você possa esperar que uma pasta rotulada como Tipo 4.5 tenha uma faixa de tamanho de partícula entre a do Tipo 4 e a do Tipo 5, a realidade é que ela pode ser maior, menor ou simplesmente mais ampla, como seria o caso se você misturasse os pós Tipo 4 e Tipo 5.
Se estiver considerando uma pasta de meio tamanho, certifique-se de obter uma indicação clara do fabricante quanto à distribuição do tamanho das partículas antes de prosseguir.
Conclusão e recomendações
A seleção do tipo adequado de pasta de solda é fundamental para obter os melhores resultados de montagem. A regra das 5 esferas oferece uma diretriz fundamental para essa escolha, mas é essencial considerar o contexto mais amplo de seus processos de fabricação e requisitos de componentes. Antes de reduzir o tamanho da pasta de solda, avalie os possíveis benefícios em relação aos desafios associados, como o aumento da oxidação ou problemas de refluxo. A otimização dos processos existentes com o tipo de pasta atual pode aliviar a necessidade de reduzir o tamanho, mantendo a eficiência da produção e a qualidade do produto.
Publicado originalmente na Circuits Assembly