Pessoal,
Existe um grande interesse na limpeza de placas de circuito impresso (PCB) que foram montadas com pastas de solda do tipo «no-clean».
Recentemente, conversei sobre o assunto com o meu bom amigo Mike Bixenman, da Kyzen.
Dr. Ron (DR)
Mike, muitas das pastas de solda com e sem chumbo com melhor desempenho atualmente são do tipo «no-clean». Foram concebidas para resolver problemas de montagem, como o «graping» e o defeito «head-in-pillow». Para a grande maioria das aplicações, a pequena quantidade de resíduo deixada por uma pasta «no-clean» não constitui um problema. No entanto, alguns montadores pretendem o desempenho das pastas sem limpeza, mas precisam de limpar os resíduos dessas pastas, uma vez que têm requisitos extremos de fiabilidade ou de aspeto estético. Existem soluções de limpeza para estas situações?
Mike Bixenman (MB)
Claro que sim!
DR
Pode falar-nos um pouco sobre estas soluções de limpeza?
MB
Vários fatores são tidos em consideração na conceção de agentes de limpeza para montagens eletrónicas. Os fatores de conceção incluem a composição da sujidade, a exposição ao calor, a folga no eixo Z sob os componentes de terminação inferiores, a compatibilidade dos materiais e o equipamento de limpeza. Os objetivos típicos do processo exigem que todo o fluxo seja removido num único ciclo de limpeza, juntas de solda brilhantes (sem ataque químico à liga), elevada velocidade de produção, ausência de efeitos nos rótulos e noutros materiais de construção, longa vida útil do banho químico e baixas concentrações operacionais.
As soluções de limpeza variam consoante o equipamento de limpeza utilizado. No caso dos sistemas à base de solventes, é necessário um agente de limpeza à base de solvente — com propriedades que garantam a não inflamabilidade, uma mistura de ebulição constante e que seja seguro para os trabalhadores e para o ambiente. No caso dos agentes de limpeza à base de solventes que são enxaguados com água, o agente de limpeza requer uma mistura de solventes que possa ser enxaguada com água, ao mesmo tempo que se adapta à sujidade e ao equipamento de limpeza. No caso dos agentes de limpeza aquosos, o agente é concebido com propriedades que proporcionam solvência para a sujidade, polaridade para induzir um dipolo e/ou para oxidar e reduzir a sujidade, baixa tensão superficial para reduzir o ângulo de humedecimento, tampões para estabilizar o pH, agentes antiespumantes para reduzir a tendência para formar espuma a altas pressões e inibidores para alargar a gama de passivação em ligas metálicas.
A característica mais importante é a natureza da sujidade. À medida que as temperaturas de soldadura aumentam e o tempo de exposição a temperaturas mais elevadas se prolonga, os materiais da pasta de soldadura devem melhorar a barreira ao oxigénio e impedir a queima do fluxo. Isto requer composições com maior peso molecular, o que pode alterar a natureza da sujidade e a solução de limpeza necessária para a remover. Outros fatores, tais como as condições de processamento e a forma como estas podem alterar as propriedades de limpeza da sujidade, devem ser tidos em conta. Por exemplo, a exposição excessiva ao calor pode polimerizar os resíduos de fluxo, tornando a sujidade impossível de remover. Para compreender melhor e planear em função destes fatores, os testes de solubilidade e a adequação do agente de limpeza à sujidade ajudam os formuladores a conceber agentes de limpeza que sejam eficazes numa vasta gama de resíduos de materiais de soldadura.
DR
Que tipo de equipamento é normalmente necessário?
MB
Para uma limpeza eficaz, é necessário que dois fatores essenciais estejam em sintonia:
1: Energia potencial do agente de limpeza para o solo e
2: Energia cinética da máquina de limpeza necessária para aplicar o produto de limpeza no solo, de modo a criar um canal de fluxo que permita deslocar rapidamente o solo.
A máquina de limpeza necessita de energia para fazer chegar o fluido de limpeza a uma determinada distância e criar força suficiente para desviar os fluidos sob o eixo Z. A atração capilar necessária para mover o fluido de limpeza para dentro e para fora de espaços estreitos é criada pelo fluxo do fluido, pela pressão de impacto do jato e pelos efeitos da tensão superficial. Ao limpar em espaços estreitos, os agentes de limpeza que molham (formando pequenas gotículas) melhoram a ação capilar, a penetração e a humedecimento do resíduo. A taxa de solubilidade depende do tipo de sujidade, dos efeitos da temperatura e da concentração do agente de limpeza necessária para dissolver a sujidade. As sujidades difíceis são limpas a um ritmo mais lento e removidas de forma concêntrica (efeito de tunelamento). As sujidades mais fáceis são limpas rapidamente e removidas através de um efeito de canalização (túneis múltiplos).
A altura da abertura no eixo Z tem uma correlação direta com a energia necessária para penetrar e remover a sujidade por baixo dos componentes, o tempo necessário para limpar a sujidade e a temperatura de lavagem. A ironia é que aberturas mais baixas no eixo Z aumentam a ação capilar do fluxo, preenchendo excessivamente a parte inferior do componente. Quando isto ocorre, os resíduos do fluxo acumulam-se e bloqueiam quaisquer canais de fluxo por baixo do componente. Os resultados da investigação indicam que são necessários jatos de pulverização coerentes de alta pressão, uma vez que a perda de energia é menor e a energia efetiva é maior. O tempo de lavagem necessário para limpar sob uma folga de 1-2 mil, em comparação com uma folga de 4-6 mil, pode variar entre 4 a 8 vezes mais. Temperaturas de lavagem mais elevadas aumentam o efeito de amolecimento e ajudam a penetrar e a remover a sujidade. O efeito líquido é que, à medida que os componentes diminuem de tamanho, a altura da folga no eixo Z reduz-se e os fatores de limpeza necessários para remover a sujidade aumentam. Estes efeitos favorecem os equipamentos de limpeza por pulverização no ar em detrimento dos equipamentos de limpeza por imersão.
DR
Como é que se avaliam os resultados da limpeza, para sabermos se as placas estão realmente limpas?
MB
O primeiro critério que utilizamos para avaliar o desempenho da limpeza é a presença visual de resíduos após a limpeza. A maioria dos processos de limpeza não apresenta problemas na remoção de resíduos superficiais do conjunto. O problema reside nos resíduos presentes na parte inferior do componente. Isto complica a situação, uma vez que é precisamente nos resíduos sob um componente específico que ocorrem a maioria das falhas. Estas falhas específicas de cada local podem reduzir a confiança nas normas IPC existentes, que correlacionam os resíduos iónicos aniónicos e catiónicos em toda a área da superfície da placa. Assim, ao conceber o processo de limpeza, utilizamos cartões de teste com componentes com terminações na parte inferior e avaliamos o desempenho da limpeza com base no nível de resíduos de fluxo que permanecem por baixo desses componentes. Para obter este valor, todos os componentes são removidos e a área de superfície dos resíduos por baixo dos componentes é classificada e analisada estatisticamente.
Deixem-me terminar acrescentando que as interconexões de alta densidade montadas em placas de circuito estão a evoluir a um ritmo acelerado. O espaçamento tradicional entre condutores nos componentes SMT era maior. Os resíduos pós-soldadura do tipo «no-clean» representavam riscos mínimos para a fiabilidade. A era da informação mimou-nos, levando-nos a esperar maior funcionalidade em espaços mais reduzidos. À medida que as montagens diminuem de tamanho e aumentam os níveis de funcionalidade, a limpeza torna-se mais importante. Espero que os fatores de limpeza discutidos nesta entrevista ofereçam uma perspetiva sobre as considerações relativas à conceção do processo de limpeza que possam ser úteis.
DR
Mike, obrigado. A quem é que as pessoas devem recorrer se quiserem mais informações sobre a limpeza de placas montadas com pastas de solda «no-clean»?
MB
Obrigado por me permitirem partilhar isto com os vossos leitores. Terei todo o prazer em ajudar quem quer que seja com os desafios de limpeza que enfrentar. Contactem-me através do endereço [email protected].
Saúde,
Dr. Ron
