Levantamento de componentes durante o refluxo: Estratégias de prevenção

Pequeno defeito. Grande sinal.

Nunca gostei da forma como algumas fábricas falam do descolamento de componentes. Dizem-no como se fosse um problema peculiar do forno, quase uma mudança de humor na zona de refusão, quando o defeito é normalmente muito mais revelador do que isso. O NIST descreve o tombstoning como resultado de uma tensão superficial desigual na solda derretida nas duas extremidades do componente e enumera factores desencadeantes familiares: aquecimento ou arrefecimento não uniforme, excesso de pasta de solda, colocação incorrecta, almofadas demasiado grandes, massa térmica irregular e liga de pasta de solda inadequada. Não se trata de um comportamento aleatório. Trata-se de um processo que se está a revelar a si próprio. (tsapps.nist.gov)

E os riscos não são pequenos. Em 2023, a Ford apresentou uma recolha de segurança nos EUA abrangendo 931 veículos F-150 BEV porque um módulo eletrónico de aquecimento do líquido de arrefecimento da cabina poderia ser construído com uma junta de solda em falta, ligada a uma linha secundária de baixo volume de um fornecedor que não dispunha de controlos para impedir que uma unidade soldada incorretamente avançasse. Em 2024, a Hyundai comunicou que as juntas de soldadura da PCB da câmara de visão traseira podiam rachar durante o fabrico e piorar com o tempo, reduzindo a visibilidade traseira. Um “pequeno problema de soldadura” pode tornar-se um problema de conformidade muito rapidamente. Ver o relatório da Ford Relatório de retirada de segurança da parte 573 e a Hyundai Relatório de retirada de segurança da parte 573.

O que significa realmente o levantamento de componentes numa linha SMT

O levantamento do componente durante o refluxo significa que uma extremidade de uma peça SMD perde o contacto estável com a sua almofada enquanto a solda está fundida ou à medida que congela, deixando o componente inclinado, parcialmente levantado ou totalmente na vertical após o ciclo de aquecimento. Nos componentes passivos de pequenas pastilhas, a versão dramática é o tombstoning. Mas penso que esse rótulo estreito pode esconder o problema maior, porque nem todos os defeitos perigosos de descolagem ficam bem visíveis para a câmara. Alguns apenas se elevam o suficiente para criar uma junta fraca ou intermitente. (tsapps.nist.gov)

Esta distinção é importante na produção real. Uma lápide completa é óbvia. Um levantamento parcial é sorrateiro, e os defeitos sorrateiros são os que passam despercebidos nas verificações visuais, caem nos testes ou aparecem mais tarde como falhas no terreno. Por isso, quando digo “descolamento de componentes”, estou a falar de uma família de defeitos e não apenas da versão fotogénica com que os operadores brincam na linha de produção. Esta visão mais alargada adequa-se à física descrita pelo NIST e à forma como as falhas se comportam efetivamente na produção. (tsapps.nist.gov)

Porque é que o defeito começa normalmente antes do refluxo

O forno é onde o vemos. Não é onde ele começa.

Muitas equipas ainda resolvem os problemas de trás para a frente. Começam com a temperatura de pico, a velocidade do transportador e o equilíbrio das zonas antes de analisarem a simetria da almofada, a transferência do estêncil, o desvio dos componentes ou a distribuição local do cobre. Esta é a ordem errada. A explicação do NIST já aponta a montante, e um resumo de tese da Universidade de Binghamton de 2024 sobre deslocações de componentes passivos durante o refluxo defende o mesmo ponto de vista de outro ângulo: o auto-alinhamento durante o refluxo é moldado pelo volume da almofada de pasta de solda e pela localização do desvio capturado através do SPI, e o estudo relatou uma aptidão média de 99% para o seu melhor modelo de previsão SVR em todas as direcções. Em termos simples, o movimento dos componentes durante a refusão não é misterioso. É mensurável e, em parte, previsível. Ver o Resumo da Universidade de Binghamton. (tsapps.nist.gov)

Por isso, quando um passivo se levanta, não pergunto apenas: “O que aconteceu no forno?”. Pergunto: “Que desequilíbrio entrou no forno já carregado?” Esse enquadramento muda tudo. Obriga-nos a rastrear o defeito até à conceção, impressão e colocação, em vez de culparmos a última estação por ser a mais visível. (tsapps.nist.gov)

Design da almofada e desequilíbrio térmico: O gatilho silencioso

Esta é a parte a que muitas fábricas se esquivam.

A geometria das almofadas e o equilíbrio do cobre decidem muito mais desta história do que as pessoas gostam de admitir. O IPC-7530A diz que o perfil térmico é único para cada PWBA totalmente preenchido, e explica porquê: todas as juntas de soldadura devem atingir a temperatura mínima de soldadura sem empurrar os componentes para além dos limites de segurança. Também diz que as placas com componentes de massa térmica muito grande e componentes muito pequenos criam um ato de equilíbrio para o engenheiro de processos. Esta linguagem é importante, porque o desprendimento de componentes é muitas vezes o resultado visível de um ato de equilíbrio que corre mal. (eletrónica.org)

E o NIST apoia o lado do defeito desse argumento. A massa térmica desigual em almofadas opostas e as almofadas demasiado grandes estão ambas listadas entre as causas do tombstoning. Se juntarmos estas duas fontes, a mensagem é clara: se as duas extremidades do componente não tiverem condições térmicas e de humidade iguais, o menisco de solda não se comportará educadamente só porque o ficheiro da receita diz “perfil sem chumbo rev. 12”. (tsapps.nist.gov)

É por isso que eu preferia que a revisão da DFM estivesse diretamente ligada a qualidade do processo do que ser tratado como uma reunião separada com desculpas separadas. Uma má disposição dos blocos pode criar um problema de refluxo antes de a impressora tocar na placa. E quando isso acontece, o resto da linha está apenas a tentar sobreviver a uma fraca escolha de design. (tsapps.nist.gov)

O controlo do volume da pasta de soldadura é mais importante do que as pessoas admitem

A pasta não afecta apenas as pontes e os insuficientes. Afecta o equilíbrio de forças.

O NIST enumera explicitamente o excesso de pasta de solda como um fator de desencadeamento de tombstoning, e o trabalho de Binghamton associa o movimento do componente durante o refluxo ao volume da almofada de pasta de solda e à localização do desvio visto pelo SPI. Esta combinação é difícil de ignorar. Se um dos lados de um chip for mais forte ou molhado mais cedo porque o depósito é maior, mais limpo ou melhor colocado, o componente pode rodar ou subir antes que o segundo lado o apanhe. Isto não é um folclore de loja rara. É consistente com a mecânica dos defeitos e com o recente trabalho de previsão. (tsapps.nist.gov)

Já vi fábricas perderem dias a afinar as definições do forno quando o verdadeiro problema residia no equilíbrio da abertura, no suporte do stencil, na disciplina de limpeza ou no estado da pasta. É por isso que eu verificaria a impressora e o Sistema de inspeção SMT antes de começar a reescrever receitas de refluxo. Se os seus dados SPI já mostram assimetria, o forno está prestes a expô-la. Não a vai corrigir.

A precisão da colocação, a geometria dos componentes e a estabilidade da máquina continuam a ser importantes

O auto-alinhamento ajuda. Até deixar de o fazer.

A versão romântica do SMT diz que a solda derretida vai puxar as peças de volta para o lugar. Por vezes, isso acontece. Por vezes, puxa-as para a falha porque a posição inicial já era má e o equilíbrio da humidade já era fraco. O NIST enumera a colocação incorrecta de componentes como uma causa conhecida de tombstoning, e a investigação de Binghamton reforça mais uma vez o ponto, ligando o comportamento de deslocação à localização do offset. Portanto, não, a descolagem não é apenas uma história térmica. Os erros de colocação reduzem a margem que o auto-alinhamento tem para salvar a peça. (tsapps.nist.gov)

É aí que a condição da máquina se torna parte da prevenção de defeitos, não apenas da papelada de manutenção. A repetibilidade do alimentador, o desgaste dos bicos, a qualidade da recolha, o suporte da placa e pequenos desvios de colocação podem levar as peças limítrofes a serem retiradas quando a solda se torna ativa. É por isso que faz sentido ligar a redução de defeitos a máquinas pick-and-place, em vez de fingir que o problema reside apenas no refluxo. (tsapps.nist.gov)

Perfil de refluxo para prevenção de descolagem

Agora chegámos ao forno. Finalmente.

Mas mesmo aqui, a solução preguiçosa é normalmente a errada. O IPC-7530A afirma que cada produto requer definições de forno e velocidade de correia únicas para atingir o perfil desejado no PWBA, e explica que as peças mais pequenas e sensíveis à temperatura devem ser protegidas enquanto todas as juntas atingem a temperatura mínima acima de liquidus. Por outras palavras, copiar a receita da semana passada não é controlo de processos. É um desejo com um nome de ficheiro. (eletrónica.org)

A mesma família IPC torna o ponto de controlo ainda mais nítido. A listagem da ANSI para a IPC-7801A diz que a norma fornece requisitos para o controlo do processo de fornos de refluxo de solda com transporte, enquanto a IPC-7530A define o perfil térmico específico do produto. Em conjunto, as normas levam-no a uma verificação repetível e não a uma configuração única. É por isso que um bom perfilador térmico de refluxo e estável fornos de refluxo são mais importantes do que afirmações gerais sobre o número de zonas ou a reputação da marca. (loja virtual.ansi.org)

Eu concentrar-me-ia em quatro coisas: aquecimento equilibrado em todo o conjunto, tempo suficiente acima do estado líquido para que ambas as terminações se molhem adequadamente, arrefecimento que não crie gradientes locais desagradáveis e controlo da receita que sobreviva às mudanças. Nada disto é glamoroso. Mas funciona na mesma. (eletrónica.org)

Tombamento vs. remoção de componentes: porque é que a distinção ainda é útil

Alguns engenheiros reviram os olhos perante esta distinção. Eu não.

O tombamento é a forma mais óbvia de descolamento: o passivo sobe e permanece preso apenas numa extremidade. O levantamento de componentes é mais amplo. Pode incluir elevação parcial, inclinação angular ou separação fraca que não deixa o componente direito. A razão pela qual mantenho ambos os termos em jogo é simples: o rótulo amplo ajuda as equipas a procurar casos marginais, não apenas os dramáticos. Isto corresponde ao mecanismo de defeito que o NIST delineia e corresponde ao que escapa à inspeção nas fábricas reais. (tsapps.nist.gov)

E sim, a linguagem utilizada altera o que as pessoas inspeccionam. Se a equipa só procurar “lápides”, pode não detetar partes levantadas que ainda parecem suficientemente planas à primeira vista. É assim que as fugas de linha acontecem. Silenciosamente. (tsapps.nist.gov)

Estratégias de prevenção que reduzem efetivamente as taxas de defeitos

Não há bala de prata. Apenas controlo empilhado.

Um estudo de controlo de qualidade de PCB de 2023 publicado no PMC relatou que a melhoria orientada por FMEA reduziu a taxa de rejeição de lotes de 5500 PPM para 900 PPM, com falhas a diminuir em 0,76%. Esse estudo foi mais abrangente do que apenas o tombstoning, mas penso que a lição é clara: o controlo estruturado supera a resolução aleatória de problemas. E a recolha da Ford é uma boa lembrança do que é uma disciplina de processo fraca na natureza: uma linha de fornecedor secundária, de baixo volume, sem controlos para impedir que um módulo mal soldado passe para a operação seguinte. ([pmc.ncbi.nlm.nih.gov][4])

Eis o modelo de prevenção em que mais confio:

Esta tabela é a minha síntese da mecânica dos defeitos do NIST, das regras de definição de perfis do IPC-7530A, da direção do controlo de processos do IPC-7801A e da forma como os recentes trabalhos académicos e de qualidade das fábricas enquadram o auto-alinhamento e a redução de defeitos. Não se trata de magia. É apenas uma melhor ordem de operações. (tsapps.nist.gov)

Controlo do processo que impede o regresso do defeito

É aqui que muitas linhas falham. Remendam o sintoma e preservam o sistema fraco.

Penso que demasiadas fábricas ainda tratam os defeitos de refusão como acontecimentos isolados e não como falhas de controlo. Mas as fontes apontam para o outro lado. A IPC-7530A diz que cada produto precisa do seu próprio perfil, a ANSI diz que a IPC-7801A fornece requisitos de controlo de processos para fornos de refluxo com tapete rolante, a Binghamton liga o comportamento de auto-alinhamento a entradas SPI e offset mensuráveis, e o estudo da PMC mostra o que acontece quando a redução de defeitos é tratada sistematicamente em vez de emocionalmente. O padrão é óbvio: as boas fábricas reduzem a descolagem através da construção de um circuito de controlo e não através da celebração de uma tentativa de sorte. (eletrónica.org)

É também por isso que uma arquitetura de linha mais ampla é importante. Se a impressora, a máquina de colocação, a ferramenta de criação de perfis e a estação de inspeção estiverem todas a produzir dados, mas ninguém fechar o ciclo, não tem uma linha inteligente. Tem um isolamento dispendioso. A verdadeira prevenção assemelha-se mais a soluções de linha SMT chave na mão vinculada a uma revisão disciplinada, apoiada por formação e assistência pós-venda quando a equipa precisa de ajuda para transformar a capacidade da máquina em resultados estáveis. (loja virtual.ansi.org)

FAQs

O que é o descolamento de componentes durante a refusão?

O levantamento de um componente durante o refluxo é um defeito de soldadura de montagem em superfície em que uma extremidade de um componente perde parcial ou totalmente o contacto estável com a sua placa de circuito impresso enquanto a solda está fundida ou enquanto solidifica, deixando a peça inclinada, elevada ou eletricamente fraca após o ciclo de aquecimento. Nas pastilhas passivas, a versão mais visível é o "tombstoning", em que uma extremidade permanece soldada e a outra levanta-se. (tsapps.nist.gov)

O que causa o descolamento de componentes na montagem de PCB?

O descolamento de componentes na montagem de PCB é normalmente causado por uma força de humedecimento desigual entre as duas extremidades de uma peça, e esse desequilíbrio provém frequentemente de um aquecimento ou arrefecimento não uniforme, excesso de pasta de solda, colocação imprecisa, almofadas de grandes dimensões ou massa térmica desigual nas duas juntas de solda. É por isso que o defeito aponta frequentemente para uma combinação de pontos fracos do processo, em vez de um único ajuste incorreto. (tsapps.nist.gov)

Como é que se evita o levantamento de componentes durante a refusão?

A melhor maneira de evitar o levantamento de componentes durante o refluxo é controlar a simetria da almofada, o volume da pasta de solda, a precisão da colocação e o perfil térmico específico da placa como um processo interligado, porque o defeito se forma quando essas condições deixam de dar a ambas as terminações oportunidades iguais de molhar e assentar corretamente. Na prática, isso significa verificar o equilíbrio do SPI, o deslocamento da colocação e os perfis reais do produto antes de fazer grandes alterações no forno. (tsapps.nist.gov)

O tombstoning é o mesmo que a descolagem de componentes?

O “tombstoning” é a forma mais óbvia de levantamento de componentes, em que uma pequena peça passiva se levanta ou se inclina bruscamente, permanecendo colada apenas numa extremidade, mas o termo mais lato "levantamento de componentes" também inclui casos menos dramáticos em que a peça apenas se levanta ligeiramente e ainda assim cria uma junta fraca ou intermitente. O termo mais amplo é mais útil no controlo de qualidade porque nem todos os defeitos perigosos parecem dramáticos. (tsapps.nist.gov)

Porque é que o lift-off aparece frequentemente após uma mudança de produto?

O descolamento surge frequentemente após uma mudança de produto porque cada conjunto totalmente preenchido necessita do seu próprio perfil térmico e uma receita que funcionou numa placa anterior pode não se adequar ao equilíbrio de cobre da nova placa, à mistura de massa térmica, à densidade de pequenos passivos ou ao risco de colocação. É por isso que as definições guardadas não são a mesma coisa que o controlo verificado. (eletrónica.org)

Precisa de reduzir o desprendimento de componentes na sua linha SMT? O descolamento de um componente raramente resulta de um erro isolado. Normalmente, aponta para um problema de controlo mais vasto na impressão, colocação, perfilagem e inspeção. Reveja os seus qualidade do processo, estudar se a sua configuração atual se adequa realmente à sua gama de produtos e utilizar a página de contacto se precisar de ajuda prática com a estabilidade da linha, a verificação do refluxo ou o planeamento do equipamento.

[4]: https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC9838248/ ” Análise do modo de falha e dos efeitos de PCB para o processo de controlo de qualidade - PMC “