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Montagem de PCB sem chumbo: o melhor guia de perguntas frequentes

Neste guia, você encontrará todas as informações que procura sobre produtos sem chumbo Montagem PCB.

Se você deseja aprender sobre recursos, especificações, conformidade de qualidade ou outras informações - você encontrará tudo o que precisa aqui.

Então, continue lendo para saber mais.

Quais são os benefícios da montagem de PCB sem chumbo?

Os Benefícios incluem:

  • Redução no tamanho do PCB: simplificou os projetos do PCB, portanto, as placas podem ser menores, levando à produção em massa.
  • Redução do impacto ambiental por PCB: o uso de Diretrizes RoHS tornou possível reciclar e prevenir o envenenamento por chumbo.
  • Confiabilidade mantida do PCB: com a introdução do RoHS, foi alcançada uma redução significativa nos problemas do PCB. Isso tem a ver principalmente com o uso de soldados sem chumbo.
  • Suporte a componentes de passo fino: o uso de solda sem chumbo permite a produção de PCBs de passo fino e extremamente apertados. Projetos pequenos agora podem ser usados ​​para montar semicondutores de alta densidade.

Montagem sem chumbo reduz a degradação ambiental feita por PCBs

Montagem sem chumbo reduz a degradação ambiental feita por PCBs

Quais são as etapas envolvidas na montagem de PCB sem chumbo?

A montagem do PCB sem chumbo é dividida em duas partes principais, o processo de pré-montagem e o processo de montagem ativa.

As etapas são as seguintes:

Etapas de pré-montagem

Existem três etapas principais na pré-montagem de PCB sem chumbo.

As etapas provaram ser precisas e livres de erros durante a montagem.

  • Perfilamento

Este processo se assemelha ao processo de protótipo.

Um PCB sem chumbo completo é tomado como protótipo pelo fabricante.

Isso é para garantir sua compatibilidade para montagem.

O PCB pode estar funcionando, peças fictícias são tomadas ou completamente não funcionando.

Seus estênceis são rastreados ao perfilá-los para montagem.

  • Inspeção de pasta de solda

É muito importante realizar uma inspeção meticulosa na junta de solda sem chumbo, pois ela tem uma aparência metálica.

Os padrões IPC-610D são usados ​​para inspecionar a pasta de solda e o perfil da placa.

Devido à exposição do PCB a níveis extremos de umidade, o teor de umidade também é testado.

  • Lista de Materiais (BOM) e Análise dos Componentes

O cliente aqui tem que confirmar a Lista de Materiais para garantir que todos os componentes estejam livres de chumbo.

Devido à sua afinidade com a umidade, o fabricante precisa assar componentes sem chumbo em um forno.

Etapas de montagem ativas

É aqui que ocorre a montagem do PCB sem chumbo. Os passos detalhados são como abaixo:

  • Colocação de Estêncil e Aplicação de Pasta de Solda

Aqui, o estágio de criação de perfil fornece o estêncil sem chumbo que é colocado no PCB.

Depois disso, a aplicação de pasta de solda sem chumbo ocorre usando SAC305 como material de pasta.

  • Montagem de Componente

Os componentes são montados no PCB imediatamente após a aplicação da pasta de solda.

A colocação dos componentes pode ser automatizada ou realizada manualmente.

Por ser um procedimento de pick and place, cada componente precisa estar no estágio de verificação da BOM.

Os componentes rotulados são recolhidos e colocados pelo operador ou máquina em seu local designado.

  • De solda

Este é o estágio em que ocorre a soldagem manual ou a soldagem sem chumbo.

Seja a Tecnologia de Montagem em Superfície ou a Tecnologia de Furo, todas as soldas precisam ser sem chumbo.

É nesta etapa que ocorre a montagem do PCB sem chumbo

É nesta etapa que ocorre a montagem do PCB sem chumbo

  • Colocando o PCB dentro do Forno Reflow

A pasta de solda no PCB deve ser aquecida em temperaturas extremas para derretê-la uniformemente e atender aos padrões RoHS.

Eles são colocados dentro de um forno de refluxo para derreter a pasta de solda.

O resfriamento da pasta de solda derretida à temperatura ambiente permite que ela solidifique.

Isso garante que os componentes estejam firmemente fixados em sua posição.

  • Teste e embalagem

O IPC-600D são os padrões internacionais usados ​​para testar os PCBs sem chumbo após a montagem.

Esta etapa também envolve o teste de juntas de solda.

O teste começa com a inspeção visual, depois AOI e, finalmente, a inspeção por raio-X.

Antes da embalagem final, é realizado um teste físico e funcional.

Como o conjunto de PCB sem chumbo se compara ao conjunto de PCB com chumbo?

Durante a montagem da placa de circuito impresso, um processo de soldagem é usado para conectar componentes por meio de furos ou tecnologia de montagem em superfície.

Anteriormente, a liga de dez chumbo (Sn-Pb) era a solda de escolha há muito tempo.

As ligas de estanho-chumbo têm um ponto de fusão que varia entre 183°C e 188°C.

As temperaturas podem subir até 235°C durante o Reflow ao conectar dispositivos de montagem em superfície (SMD).

Isso ocorre porque a solda está mudando para líquido antes de esfriar.

A montagem de PCB sem chumbo geralmente envolve temperaturas mais altas do que a solda Sn-Pb.

A temperatura de refluxo pode chegar a 250°C, afetando a construção do PCB e a seleção de componentes.

Os componentes da placa que contêm temperaturas de decomposição muito baixas podem ser danificados permanentemente quando expostos a esse calor.

O refluxo deve ser feito com cuidado para evitar danos aos componentes, pois a exposição ao calor é prolongada.

A principal preocupação para o PCB sem chumbo é a alta temperatura que danifica o PCB.

O retrabalho no PCB também é um grande desafio

Outro desafio são os materiais, pois as características de temperatura dos laminados e substratos devem ser consideradas.

Quais são os acabamentos de superfície usados ​​na montagem de PCB sem chumbo?

Alguns dos acabamentos de superfície sem chumbo disponíveis usados ​​na montagem são:

i) Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG) – tem 2-5µ polegadas e fornece ao PCB uma superfície que é eletricamente condutora. Inibe a oxidação e dá ao alumínio uma superfície de ligação do fio quando usado.

ii) Conservantes de Soldagem Orgânicos (OSP) – quando a planicidade do PCB é extremamente vital, então OSP é usado como acabamento de superfície.

iii) Hard Gold – eles são usados ​​para inibir a oxidação e prolongar a vida útil do PCB quando usados ​​para dedos de ouro (mínimo de 30µʺ). A solda não deve exceder 17µʺ.

iv) Solda sem chumbo - preferida para soldabilidade em casos em que a planicidade dos PCBs não é vital. A espessura varia entre 2-10µʺ.

v) Prata de imersão - é preferível para soldabilidade quando a planicidade dos PCBs é importante na montagem de componentes. A sua espessura varia entre 2-10µʺ.

vi) Soft Gold - usado para inibir a oxidação e para a colagem de fios. As ligações termiônicas têm um mínimo de 30µʺ enquanto as ultrassônicas têm uma espessura mínima de 2µʺ.

Um acabamento de superfície ENIG

Um acabamento de superfície ENIG

Qual é a importância dos regulamentos de montagem de PCB sem chumbo?

A falha de uma empresa em aderir às diretrizes RoHS pode afetar a empresa a longo prazo.

Tais regulamentos devem ser levados em consideração ao planejar a montagem de qualquer PCB sem chumbo.

Os regulamentos são importantes porque:

i) Proteger a Saúde dos Trabalhadores

A exposição ao chumbo, tanto a curto como a longo prazo, pode levar a complicações de saúde negativas.

Eles variam de perda de fertilidade a dores de cabeça.

Os regulamentos em conformidade com a RoHS protegem os trabalhadores e indivíduos vulneráveis ​​que compartilham suas casas com os trabalhadores.

ii) Proteger o Meio Ambiente

A poluição dos suprimentos de água, solo e ar pode ser erradicada reduzindo ou obtendo chumbo nos PCBs.

Isso serve para salvaguardar a saúde pública e proteger a vida selvagem ao criar PCBs recicláveis.

iii) Venda em Locais Críticos

Muitos países estão atualmente defendendo a venda de produtos eletrônicos estritamente compatíveis com RoHS.

A montagem de PCBs sem chumbo amplia um mercado-alvo lucrativo e aumenta as vendas.

Quando o conjunto de PCB sem chumbo deve ser usado?

Existem alguns casos importantes em que os benefícios da montagem de PCB sem chumbo são grandes:

a) Se os padrões de regularidade forem um pré-requisito da montagem do PCB pelo fabricante do equipamento original.

b) Se o mercado-alvo for um país ou região que segue rigorosamente os padrões de regularidade.

c) Se o risco para a saúde humana é uma grande preocupação e o meio ambiente também precisa de proteção.

PCB sem chumbo deve ser usado onde o meio ambiente e a saúde humana estão em risco

PCB sem chumbo deve ser usado onde o meio ambiente e a saúde humana estão em risco

Quais são as preocupações com a temperatura de refluxo na montagem de PCB sem chumbo?

As preocupações trazidas pelo Reflow durante a montagem de PCB sem chumbo são as seguintes:

  • A vida útil das pastas sem chumbo é bastante reduzida em comparação com o estanho-chumbo
  • A limpeza é muito importante, mas com montagem de PCB sem chumbo, é obrigatória após o refluxo
  • Durante o refluxo, as temperaturas atingem até 260°C, o que aumenta o estresse desnecessário na placa de circuito impresso e no forno.
  • Em algumas circunstâncias, um cobertor de nitrogênio pode ser necessário para uma boa soldabilidade
  • Em comparação com a solda de estanho-chumbo, a pasta sem chumbo não molha tão rápido.
  • A pasta sem chumbo é mais espessa com maior força de aderência. Isso requer uma modificação das velocidades.
  • Há uma grande preocupação de anulação durante o refluxo]

Quais são os problemas de processo decorrentes do uso do conjunto de PCB sem chumbo?

A aplicação principal de vários materiais laminados e acabamentos de PCB são as principais mudanças para muitos fabricantes de placas.

Esses tipos de laminados que podem suportar temperaturas extremas de processo não eram comuns antes.

No processo de mover os PCBs pelo processo de fabricação, os parâmetros de processo existentes precisam ser alterados.

PCBs multicamadas têm temperaturas mais altas durante o processo de prensagem com tempos e pressões de processo variados.

As velocidades e avanços da broca devem ser ajustados, bem como as restrições de acerto da broca.

Placas com alta capacidade térmica exigirão tempos de permanência mais longos e outras mudanças de processo para serem processadas com eficiência.

A tinta da legenda e a máscara de solda devem estar livres de materiais perigosos para atender aos requisitos da RoHS.

Eles também devem ser capazes de tolerar temperaturas extremas do processo sem sofrer qualquer descoloração visível.

Quais são as áreas de fabricação afetadas pela montagem de PCB sem chumbo?

A montagem de PCB sem chumbo afetou três áreas principais de fabricação.

Eles são:

a) Limpando o conjunto da placa de circuito impresso

A composição do fluxo de solda sem chumbo difere muito do fluxo de solda com chumbo usual.

Os materiais de limpeza específicos para os processos sem chumbo são necessários para limpá-los com eficiência.

Isto implica a utilização de uma gama variada de temperaturas fora do processo normal de limpeza.

b) Temperatura

A temperatura de fusão das soldas sem chumbo varia entre 220-240°C em comparação com as soldas à base de chumbo entre 180-190°C.

A diferença de temperatura exerce uma pressão extrema no PCB e nos componentes montados correspondentes.

O PCB pode sofrer várias falhas porque o coeficiente de expansão térmica (CTE) é aumentado por altas temperaturas.

c) Umidade

Durante a montagem, a umidade tende a ser absorvida e retida dentro do PCB sem chumbo devido às altas temperaturas.

Este é um grande desafio devido aos danos à placa e aos componentes sensíveis à umidade.

A placa deve ser cozida antes da montagem para evitar a delaminação e eliminar o excesso de umidade dentro dela.

Quais são os desafios dos OEMs na fabricação de conjuntos de PCB sem chumbo?

Existem inúmeras razões para a falha do PCB sem chumbo após a montagem devido à complexidade do projeto do circuito de cada placa.

Alguns desafios comuns que os OEMs enfrentam durante a montagem incluem:

a) Componentes compatíveis com RoHS

O acabamento da superfície do PCB sem chumbo precisa ter uma temperatura de fusão muito alta.

Isso significa que os componentes necessários precisam ser verificados quanto à total conformidade com a RoHS.

Nenhum material proibido é permitido em um circuito.

Além disso, os componentes devem ser bem examinados durante a montagem, pois alguns interruptores semelhantes podem não funcionar em altas temperaturas.

b) Solda de Matriz de Grade de Bola (BGA)

As juntas de solda fazem parte das matrizes de grade de esferas.

Às vezes é um desafio combinar o tipo de montagem sem chumbo com a solda metálica Ball Grid Array.

Muitos componentes não são compatíveis, mas ainda funcionam bem.

Quanto ao BGA, expor as esferas de solda, que não são isentas de chumbo, a temperaturas de refluxo e sem chumbo leva ao seu fracasso.

Solda de Matriz de Grade de Bola

Uma solda de matriz de grade de bola

c) A Base PCB

O substrato impacta o PCB em termos de sua resistência ao isolamento, a tensão que ele pode suportar e sua constante dielétrica.

Isso significa que a montagem da placa à base de chumbo deve ser separada do acabamento e do substrato sem chumbo.

Se houver necessidade de retrabalho, substratos como o FR4 podem causar problemas de temperatura devido ao aquecimento repetido.

Materiais com tolerância a altas temperaturas devem ser usados, pois podem ser processados ​​separadamente com conformidade com RoHS.

d) Componentes Sensíveis à Umidade

Todos os acabamentos de superfície aplicados a PCBs sem chumbo são sensíveis à umidade.

Os componentes revestidos com tal contêm uma data de validade impressa na embalagem de proteção contra umidade.

O uso contínuo de componentes vencidos pelos fabricantes pode causar danos permanentes causados ​​pela umidade.

Componentes embalados abertos ou vencidos podem ser utilizados na prototipagem RoHS após serem aquecidos.

 Quais são os fatores a serem considerados ao escolher um fabricante contratado para montagem de PCB sem chumbo?

Pesquisa suficiente deve ser feita em um fabricante contratado para montagem de PCB sem chumbo antes de iniciar o processo.

Alguns fatores a serem considerados em sua capacidade incluem:

  • Materiais sem chumbo

A placa de circuito impresso deve ser montada exclusivamente com materiais isentos de chumbo para estar em conformidade com a RoHS.

Isso inclui coisas como pasta de solda, solda e todos os outros requisitos do processo, incluindo agentes de limpeza.

O procedimento deve ser totalmente documentado pelo CM para verificação do material RoHS.

  • Processos de montagem específicos para RoHS

A conformidade com RoHS significa que o PCB nunca pode ter materiais de solda à base de chumbo.

O CM tem que ter um mecanismo claro de separação do processo sem chumbo do processo sem chumbo para garantir a pureza.

  • Documentação

O CM deve provar que o PCB sem chumbo foi construído adequadamente seguindo as diretrizes RoHS.

O CM deve ter um sistema que documente todos os materiais, componentes e sua química em conformidade com a RoHS.

  Como a temperatura afeta as juntas sem chumbo na montagem de PCB sem chumbo?

A solda sem chumbo tem um ponto de fusão significativamente baixo.

As variações de temperatura à medida que a solda esfria afetam as juntas de solda na PCB.

A proteção térmica é atualmente usada para manter a temperatura ambiente do PCB para operações eficientes sob calor extremo.

A temperatura se altera com o estresse interno da junta de solda e sua microestrutura, levando à falha da junta de solda.

A eletrônica falha principalmente devido a essa falha de componente.

Os efeitos variados da temperatura nas juntas de solda incluem choque térmico, envelhecimento e ciclo térmico.

Quais são as características do material de montagem de PCB sem chumbo?

Depois de cumprir as diretivas da RoHS, a solda normal feita de pasta de estanho ou chumbo não pode ser usada nesses materiais de PCB.

Pasta de solda sem solda é usada para levá-los através de um rigoroso processo de solda.

A soldagem em temperaturas muito altas é um pré-requisito deste processo, portanto, o material PCB deve ser estável a essas temperaturas.

Isso significa que o material PCB deve apresentar uma temperatura de transição vítrea muito alta.

O material PCB também deve ter um coeficiente de expansão térmica muito baixo com uma grande temperatura de decomposição.

Uma baixa perda dielétrica aliada a uma alta resistência de isolamento são as propriedades elétricas requeridas.

Como o perfil de refluxo afeta a compatibilidade do processo de montagem de PCB sem chumbo?

A temperatura de pico pode ser denominada como o principal parâmetro no perfil de refluxo na montagem do PCB sem chumbo.

É necessária uma temperatura de refluxo suficiente para a fusão da solda, umectação e interação do cobre na almofada.

Também auxilia na terminação de componentes e para que o PCB forme uma ligação rígida após o resfriamento e a solidificação.

Basicamente, é necessária uma temperatura de superaquecimento de cerca de 30°C (acima da temperatura de fusão).

Devido às preocupações de estabilidade térmica do componente, devem ser encontradas maneiras de reduzir a temperatura de soldagem no conjunto de PCB com taxa de chumbo.

Uma temperatura máxima de 235°C é recomendada como a temperatura máxima de refluxo para fabricação de PCB em larga escala.

Isso leva em conta a robustez do processo, os vários acabamentos de PCB, a estabilidade térmica do forno e a tolerância.

O perfil do refluxo pode ser uma rampa reta ou um platô de pré-aquecimento para padronizar a distribuição de temperatura da placa.

Como os PCBs sem chumbo são embalados após a montagem?

Após os padrões IPC-600D terem sido testados e a inspeção visual ser feita, o teste funcional é realizado antes da embalagem.

A embalagem dos PCBs sem chumbo deve ser feita estritamente usando sacos de descarga anti-eletrostática.

Esta é uma garantia de que o PCB não sofrerá nenhuma interferência de carga estática durante o transporte devido ao movimento.

Este procedimento é realizado por especialistas para garantir a perfeição e o profissionalismo rigoroso.

Como o conjunto de PCB sem chumbo afeta a compatibilidade de design do PCB?

Algumas mudanças importantes podem ser efetuadas nas regras de projeto ao alternar t Conjunto de PCB sem chumbo.

A fabricação em volume está amplamente em andamento para coletar dados suficientes para ter uma resposta abrangente sobre as mudanças.

As alterações aplicáveis ​​na soldagem por onda do conjunto de PCB sem chumbo são essenciais.

Isso é para incorporar as diferenças de propriedades físicas entre as ligas de solda sem chumbo e estanho-chumbo.

A orientação da placa em relação à direção de soldagem e outras diretrizes gerais ainda são aplicáveis ​​na soldagem sem chumbo.

A variação de temperatura em toda a placa é minimizada pela otimização da distribuição de cobre e do layout da placa.

Cantos arredondados ou sobreimpressões na soldagem por refluxo são um requisito para evitar cantos que são expostos após o refluxo.

De que são feitas as soldas sem chumbo e sem chumbo no conjunto de PCB?

A solda de chumbo é composta basicamente por uma liga metálica com chumbo e estanho atuando como componentes básicos.

Os fumos e poeiras que emanam da solda de chumbo são extremamente tóxicos quando inalados.

Esta é a razão para a eliminação gradual da solda de chumbo devido ao seu impacto negativo na saúde e no meio ambiente.

Foi recentemente substituído pela solda sem chumbo, recomendada pela RoHS e com incentivos fiscais.

A solda sem chumbo moderna é composta de zinco, cobre, níquel, prata e estanho, cada um com uma porcentagem variada da composição.

O objetivo final é obter uma liga de solda superior que produza excelentes propriedades mecânicas em combinação com outras ligas metálicas.

Soldas sem chumbo são feitas de materiais sem chumbo

Soldas sem chumbo são feitas de outros materiais sem chumbo

Quais são as principais considerações sobre o fluxo usado na montagem de PCB sem chumbo?

Existem três tipos principais de fluxo que estão sintonizados com a montagem de PCB sem chumbo.

Eles são No clean, Organic Acid Flux (OA) e Rosin Lidly Activated Sold Flux (RMA).

As considerações a serem tomadas ao usar os fluxos incluem:

  • A questão da limpeza é muito vital porque a montagem sem chumbo está se inclinando mais para o fluxo sem limpeza.
  • A escolha do fluxo a ser usado deve ser compatível com PCB
  • O fluxo usado deve ser fácil de limpar
  • A temperatura de ativação deve ser equilibrada com a temperatura de fusão da liga do PCB sem chumbo
  • A aplicação do Flux pode ser por meio de pincel, pulverização, imersão ou espuma

Como a estabilidade térmica afeta a montagem de PCB sem chumbo?

Um aumento na temperatura leva a uma incompatibilidade entre o coeficiente de expansão térmica e o material laminado.

A incompatibilidade também inclui o cobre e a fibra de vidro.

O efeito será um aumento nas tensões de cobre levando a rachaduras nas vias de cobre chapeadas.

Este cenário é impactado por fatores como a contagem de camadas, o material usado no laminado e a espessura do PCB.

Outros problemas como bolhas e delaminação provocadas pelas altas temperaturas de soldagem afetam o PCB.

Materiais laminados alternativos com Coeficiente de Expansão Térmica, como FR2, também podem ser usados.

Para todo o seu conjunto de PCB sem chumbo, contacte-nos agora.

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