Profissionais da área das setor das placas de circuito impresso (PCB) estão bem familiarizados com defeitos comuns de soldadura, como o «tombstoning» e o «head-in-pillow». Estes defeitos representam riscos significativos para o desempenho tanto dos componentes afetados como das próprias placas.
Nas minhas conversas com os clientes, reparei que a terminologia relativa a estes tipos de defeitos é frequentemente mal interpretada. É comum as pessoas agruparem ambos numa única categoria abrangente. Já me aconteceu até ver clientes a referirem-se a «head-in-pillow» como «tombstoning». Isto cria confusão, porque estes defeitos têm causas diferentes e recomendações distintas para a resolução de problemas.
Ambos os defeitos envolvem uma falta de contacto e de soldadura entre duas superfícies do conjunto, o que leva a esta interpretação errada. Este artigo irá descrever claramente as características de cada um, para lhe proporcionar uma base informativa que lhe permita diagnosticar os seus defeitos de forma eficaz e precisa.
O que é o «tombstoning»?
Efeito «lápide» é, sem dúvida, um dos defeitos mais visíveis no fabrico de placas de circuito impresso (PCB). Ao observar este defeito, verá um componente na vertical, apoiado na extremidade, assemelhando-se a uma lápide num cemitério.
Este fenómeno ocorre principalmente em pequenos componentes passivos, sendo a principal causa a humedecimento desigual das áreas de soldadura. Se uma área for humedecida antes da outra, a tensão superficial da área humedecida puxa o componente. Esta força faz com que o componente se eleve, impedindo a formação de uma junta de soldadura completa na área oposta.
(Nota: As figuras 4.1 e 4.2 do livro «The Printed Circuit Assembler’s Guide to Solder Defects» ilustram bem isto.)
Resolução de problemas relacionados com o «tombstoning»
Utilizamos vários métodos de resolução de problemas para lidar com o fenómeno do «tombstoning». O desenho dos pads é um dos primeiros aspetos que consideramos durante uma investigação. Se os pads dos componentes afetados tiverem tamanhos ou formas diferentes, podem contribuir para uma tensão superficial desigual aplicada ao componente. Recomendamos frequentemente que se garanta que os pads tenham tamanho e forma semelhantes, de modo a minimizar estas forças opostas.
Alterar o processo de refluxo também pode ajudar a reduzir a frequência do fenómeno de «tombstoning». A introdução de um perfil em degrau ou de um período curto de manutenção da temperatura pode ajudar a garantir que ambas as pastilhas associadas ao componente afetado sejam molhadas ao mesmo tempo.
O que é o «Head-in-Pillow»?
Ao contrário do «tombstoning», os defeitos do tipo «head-in-pillow» são notoriamente difíceis de detetar visualmente. Muitas vezes, exigem uma inspeção por raios X ou a realização de cortes transversais para identificar a localização exata.
Este defeito, que ocorre principalmente em BGAs, surge quando a esfera de solda no BGA não consegue fundir-se com o depósito de pasta de solda na placa de circuito impresso. A deformação do BGA é o principal culpado neste caso. Durante o refluxo, o BGA aquece e deforma-se, o que pode causar a separação entre as esferas de solda do BGA e os depósitos de pasta de solda.
Assim que o processo de refluxo estiver concluído e o BGA arrefecer, o grau de deformação diminui. As esferas de solda e os depósitos de pasta de solda acabam por voltar a entrar em contacto. No entanto, apesar de a solda ter derretido durante o refluxo, existe frequentemente demasiada oxidação nas superfícies de soldadura quando estas se reúnem. Isto impede que a solda se aglomere e crie uma junta de solda adequada. O resultado é uma folga entre a esfera de solda e o depósito de pasta de solda, semelhante a uma pessoa a deitar a cabeça numa almofada.
(Nota: A Figura 3.1 do «Guia do Montador de Circuitos Impressos sobre Defeitos de Soldadura» constitui uma boa referência neste contexto.)
Resolução de problemas com o «Head-in-Pillow»
As recomendações para a resolução de problemas destinadas a mitigar os defeitos do tipo «head-in-pillow» centram-se na redução da distância entre as esferas de solda do BGA e os depósitos de pasta de solda na placa de circuito impresso.
- Eficiência de impressão: Alcançar uma eficiência de transferência eficaz durante a impressão ajuda a garantir que não haja uma grande distância entre as esferas de solda e a pasta de solda antes do refluxo.
- Otimização do refluxo: Outra abordagem consiste em otimizar o perfil de refluxo para minimizar a deformação do BGA. Isto pode ser conseguido reduzindo a temperatura e o tempo acima do líquido (TAL), de modo a evitar que o componente aqueça excessivamente durante a etapa de refluxo.
- Seleção de materiais: Além disso, foram desenvolvidas pastas de solda específicas, como a Indium10.8HF da Indium Corporation®, com características que permitem reduzir a frequência de defeitos do tipo «head-in-pillow».
Embora seja difícil de detetar, é possível corrigir os defeitos do tipo «cabeça no travesseiro» através de alterações específicas no processo e nos materiais.
Conclusão
Os defeitos «head-in-pillow» e «tombstoning» são frequentemente referidos de forma intercambiável, mas tratam-se de duas ocorrências muito diferentes em placas de circuito impresso (PCB) que exigem etapas distintas de resolução de problemas. Enquanto o «tombstoning» é normalmente observado em componentes pequenos sujeitos a forças de molhagem desiguais, o «head-in-pillow» ocorre principalmente em BGAs que sofrem de empenamento durante o processo de refluxo.
Compreender as diferenças entre estas duas categorias de defeitos ajuda a agilizar a comunicação entre o cliente e o fabricante. Garantir que ambas as partes estejam em sintonia permite-lhe resolver estes problemas com sucesso o mais rapidamente possível. Se estiver interessado em saber mais, consulte o «The Green Light Guide to Eliminating Printed Circuit Assembly Soldering and Manufacturing Defects» em formato digital ou adquira um exemplar na Amazon.
