Pessoal,
Tim Jensen, gestor de produto na área de materiais para montagem de placas de circuito impresso (PCB), seria certamente considerado uma das pessoas mais versadas em soldadura sem chumbo e materiais de soldadura. Tive a oportunidade de falar com ele há alguns dias, durante alguns minutos, e de lhe fazer algumas perguntas. Eis as suas respostas:
Dr. Ron (DR): Tim, a diretiva RoHS já está em vigor há quase 18 meses. Parece que a SAC 305 (96,5% de Sn, 3,0% de Ag, 0,5% de Cu) é a liga preferida para a pasta de solda. Em primeiro lugar, isso é verdade na sua opinião e, se sim, por que razão a SAC 305 é mais utilizada do que a SAC 387, que é quase eutética? Em segundo lugar, e quanto às ligas sem chumbo que contêm pouca ou nenhuma prata (para reduzir o custo da liga)? Alguma destas ligas faz sentido para uma pasta de solda, ou apenas para solda por onda? Ou será que o velho ditado continua a ser verdadeiro, de que o principal custo da pasta de solda reside no processamento e não tanto no material?
Tim: A SAC305 tornou-se a liga preferida por grande parte da indústria. A razão deveu-se principalmente ao facto de a SAC305 ser uma liga de custo mais baixo do que a SAC387. Os estudos realizados até ao momento não revelam qualquer impacto negativo na fiabilidade. Por conseguinte, uma liga mais barata e sem desvantagens é uma escolha óbvia. Uma vantagem adicional observada com a SAC305 é que, devido à sua ligeira faixa de plasticidade, apresenta uma menor ocorrência de defeitos do tipo «tombstoning» do que a SAC387. No entanto, o custo do Sn e do Ag tem vindo a aumentar de forma constante nos últimos dois anos. Devido a esta tendência de custos, alguns utilizadores de solda estão a considerar ligas com teores de Ag ainda mais baixos, tais como a SAC105 (98,5Sn/1,0Ag/0,5Cu) e a SAC0307 (99,0Sn/0,3Ag/0,7Cu). Estas ligas têm um custo mais baixo, mas apresentam algumas desvantagens significativas no processamento. Só atingem o estado totalmente líquido a 226–227 °C, o que cria restrições adicionais à já apertada janela do processo de refluxo sem chumbo. O baixo teor de Ag deverá melhorar o desempenho da liga no teste de queda (para dispositivos eletrónicos portáteis), mas provavelmente não será tão robusta como a SAC305 em ambientes típicos de ciclos térmicos.
Devido às margens reduzidas na maioria dos produtos eletrónicos de consumo, os montadores têm vindo a envidar esforços para reduzir os seus custos através de melhorias nos processos e da pressão sobre os preços exercida junto dos seus fornecedores de materiais. À medida que o preço da pasta de solda desce, o impacto dos custos dos metais torna-se muito mais significativo. Além disso, a prata (Ag) é um metal de custo elevado, o que faz com que os custos dos metais na SAC tenham um impacto maior do que acontecia com a liga de estanho/chumbo (Sn/Pb) utilizada no passado. Os produtores de eletrónica em grande escala deverão provavelmente obter poupanças de custos ao utilizarem uma liga com baixo teor de prata. No entanto, o impacto global nos custos, na janela de processo e na fiabilidade do produto final ainda não é bem conhecido.
DR: Na sua opinião, quais são as percentagens aproximadas de pasta sem chumbo em comparação com a pasta de estanho-chumbo utilizadas nos EUA e em todo o mundo?
Tim: Dependendo da sua base de clientes, a distribuição entre Sn/Pb e sem chumbo de cada fornecedor de pasta de solda será diferente. Em termos gerais, os Estados Unidos e a Europa Ocidental ainda utilizam uma percentagem significativamente mais elevada de Sn/Pb do que de pasta sem chumbo. À primeira vista, isso pode parecer surpreendente. Especialmente tendo em conta que a tendência para as pastas sem chumbo teve origem na UE, mas que, mesmo assim, se utiliza uma grande quantidade de Sn/Pb. Se analisarmos a questão mais a fundo, faz mais sentido. Uma parte significativa da produção que ainda se mantém nestas regiões consiste, frequentemente, em produtos de maior fiabilidade que estão atualmente isentos da legislação RoHS. Alguns exemplos incluem os setores militar, aeroespacial, médico e automóvel. Em regiões como a China, uma percentagem muito mais elevada da pasta de solda utilizada é isenta de chumbo. Isto também faz sentido, uma vez que grande parte dos produtos eletrónicos de consumo é fabricada nessas regiões. A nível mundial, 30 a 60 % da pasta produzida pela maioria dos fornecedores de solda é provavelmente Sn/Pb (dependendo da sua base de clientes).
DR: Muitas pessoas estão preocupadas com a formação de bolhas nas juntas de solda, mas alguns relatórios do iNEMI e de outras entidades sugerem que não foi demonstrado que a formação de bolhas constitua um problema de fiabilidade. Qual é a sua opinião sobre a formação de bolhas e tem havido avanços recentes no que diz respeito às pastas de solda com baixo teor de bolhas?
Tim: É bastante reconhecido que não existe uma correlação direta entre a percentagem de vazios e a fiabilidade da junta de solda. Os vazios podem afetar a fiabilidade da junta de solda, mas normalmente apenas se se encontrarem no local sujeito à maior tensão (normalmente a interface entre a esfera e o componente ou entre a esfera e a pastilha da placa de circuito impresso ). Os vazios na massa de solda raramente têm qualquer impacto na fiabilidade da junta de solda. O desafio reside no facto de a maioria das análises por raios X fornecer apenas uma visão bidimensional da junta de solda e das cavidades. Por conseguinte, é possível ver a quantidade de cavidades presentes, mas não onde (na direção vertical) estas se localizam. Uma vez que este desafio existe, a abordagem mais lógica é afirmar que, quanto menor for o volume total de cavidades, menor será a probabilidade de existir uma cavidade numa das interfaces. Muitas das pastas de solda sem chumbo de última geração apresentam um desempenho bastante baixo em termos de vazios em BGAs padrão. Os avanços tecnológicos que a Indium Corporation tem vindo a desenvolver centram-se em proporcionar um baixo nível de vazios em CSPs com tecnologia «via-in-pad» e sob QFNs na grande almofada térmica.
DR: A fiabilidade das juntas de solda sem chumbo continua a ser motivo de preocupação. Qual é a sua opinião sobre esta questão?
Tim: Existe um nível significativo de preocupação em torno da fiabilidade das juntas de solda sem chumbo em equipamentos eletrónicos de alta fiabilidade. A solda sem chumbo tem sido utilizada em eletrónica de consumo nos últimos anos. Embora seja difícil afirmar se as juntas de solda sem chumbo contribuíram ou não para um aumento das avarias em campo, este historial limitado indica-nos, pelo menos, que não causa um impacto dramático nestes produtos (com uma vida útil prevista de cerca de 5 anos ou menos). No caso dos equipamentos eletrónicos de alta fiabilidade, é difícil determinar com certeza o impacto da solda sem chumbo. Tem sido realizado um trabalho significativo na modelação para prever a vida útil das juntas de solda sem chumbo. No entanto, enquanto não dispusermos de dados reais, é impossível saber com certeza até que ponto os modelos se correspondem às aplicações no mundo real.
Para além da fiabilidade das juntas de solda, existem desafios relacionados com outros materiais utilizados que também podem afetar a fiabilidade do produto final. Por exemplo, a placa de circuito utilizada num processo sem chumbo pode degradar-se mais do que numa aplicação com Sn/Pb. Isto irá provavelmente resultar num produto final menos fiável. Em casos como este, a transição para o processo sem chumbo não é o que prejudica a fiabilidade, mas sim as condições de processamento que o processo sem chumbo exige.
DR: Bem, por hoje é tudo o que temos tempo para abordar. Fiquem atentos a novas conversas com o Tim sobre soldadura sem halogenetos.
