A distinção entrepasta de soldaefluxocontinua sendo um dos tópicos mais persistentemente confusos na montagem de eletrônicos. Os técnicos os confundem. Os agentes de compras solicitam o material errado. Os engenheiros especificam o fluxo quando querem dizer pasta. As duas substâncias compartilham uma química sobreposta e ambas envolvem aquela substância cinza e um tanto pegajosa que faz a solda realmente funcionar-então a confusão faz sentido. Mas errar custa dinheiro real e cria defeitos que aparecem semanas ou meses depois.
O que o Flux realmente faz
Flux é fundamentalmente um agente de limpeza. Nada mais exótico do que isso.
As superfícies metálicas oxidam. As almofadas de cobre em uma PCB desenvolvem aquela mancha característica poucas horas após a fabricação. Os leads de componentes chegam de fornecedores com camadas de óxido já formadas. Quando você tenta soldar metal oxidado, a liga derretida se forma e se recusa a molhar a superfície. A junta parece horrível e conduz mal.
O Flux contém ativadores-geralmente ácidos orgânicos, como o ácido abiético da colofónia de pinheiro, ou compostos mais agressivos, dependendo da formulação-que atacam quimicamente essas camadas de óxido durante o aquecimento. O fluxo essencialmente limpa o metal exatamente no momento em que você precisa limpá-lo: quando a solda derretida está tentando formar uma ligação.
A química aqui é mais antiga do que a maioria das pessoas imagina. O fluxo de colofónia remonta a séculos para aplicações metalúrgicas. A indústria eletrônica herdou isso e passou décadas refinando variações para aplicações cada vez mais exigentes.
Três famílias Flux (e por que isso é mais importante do que você imagina)
O fluxo-baseado em colofónia vem da seiva do pinheiro. Seriamente. A resina natural é processada e combinada com vários ativadores para criar as classificações R, RMA e RA que todos referenciam sem compreender totalmente. A colofónia simples (tipo R) funciona suavemente em superfícies relativamente limpas. Rosin levemente ativado (RMA) lida com oxidação moderada. A resina ativada (RA) ataca superfícies altamente contaminadas, mas deixa resíduos corrosivos que devem ser absolutamente limpos.
O problema com o fluxo de colofónia? Esse resíduo pegajoso. Atrai poeira. Parece pouco profissional. E se você for aplicar um revestimento isolante na placa mais tarde, boa sorte para que o revestimento adira sobre a contaminação do fluxo.
O fluxo solúvel-em água resolve a dor de cabeça da limpeza usando ativadores que se dissolvem em água pura. Parece ótimo até você perceber que essas formulações tendem a ser significativamente mais agressivas-como têm que ser, já que os resíduos são removidos de qualquer maneira. Deixa-resíduos de fluxo solúvel em água na placa? Corrosão garantida. Os ácidos orgânicos continuam atacando o metal.
Nenhum-fluxo limpo surgiu na década de 1990, quando os fabricantes procuraram eliminar totalmente a etapa de limpeza. O conceito: formular ativadores suaves o suficiente para que o pequeno resíduo remanescente após o refluxo não prejudique nada. Em teoria, você pula o processo de lavagem, economiza tempo e reduz o desperdício de produtos químicos.
Na prática? Bem.
O mito do não{0}}limpo
Aqui está o que ninguém me disse quando comecei neste setor: "não-limpo" não significa "nunca precisa de limpeza".
Isso significa que o resíduo provavelmente não causará falhas em condições normais de operação em ambientes normais durante a vida útil esperada do produto. Provavelmente.
O resíduo ainda absorve umidade. Ainda tem algum conteúdo iônico. Ainda impede a adesão do revestimento isolante. Ainda parece lixo sob inspeção.
Para produtos eletrônicos de consumo que vão para um aterro sanitário dentro de três anos? Nenhuma-limpeza funciona bem. Para dispositivos médicos? Aeroespacial? Aplicações de cobertura-automotiva? Limpe esse fluxo. Os padrões IPC não permitem que nenhum{4}}resíduo limpo permaneça, mas qualquer engenheiro que especifique montagens militares ou de alta-confiabilidade sabe disso.
Já vi placas retornadas do campo com dendritos-crescimentos de metal cristalino-fazendo ponte entre traços porque nenhum-resíduo limpo absorveu umidade suficiente ao longo do tempo para permitir a migração eletroquímica. O resíduo era “seguro” de acordo com a ficha técnica. O conselho falhou de qualquer maneira.
Agora sobre pasta de solda
A pasta de solda é fundamentalmente diferente do fluxo porque contém metal real.
O material tem aproximadamente 50% de fluxo por volume, mas 90% de metal por peso. Essa proporção parece contraditória até que você se lembre de quão densos o estanho e a prata são comparados aos compostos orgânicos. A porção de metal consiste em minúsculas partículas esféricas-de 75 mícrons a 15 mícrons, dependendo da aplicação-suspensas no meio de fluxo.
Quando as pessoas dizem "pasta de solda", estão descrevendo um mecanismo de distribuição para obter quantidades controladas com precisão de liga de solda em placas de PCB durante a montagem de montagem em superfície. O componente de fluxo limpa as superfícies durante o refluxo. As partículas metálicas fundem-se e formam a junta real.
Você não pode substituir o fluxo por pasta de solda. O fluxo não contém metal. Não criará uma conexão elétrica. Apenas... limpa.
Na verdade, você também não pode substituir a pasta de solda por fluxo em aplicações de soldagem manual. A pasta de solda é projetada para impressão em estêncil e fornos de refluxo. A reologia está totalmente errada para a alimentação do fio-na ponta do ferro de solda.
O pesadelo do armazenamento
Ninguém me avisou sobre a geladeira.
A pasta de solda requer armazenamento refrigerado-normalmente de 2 a 10 graus -com umidade cuidadosamente controlada. Os ativadores de fluxo dentro da pasta reagem lentamente com o pó metálico, mesmo em baixas temperaturas. Com tempo suficiente, essas reações fazem com que as partículas se fundam em aglomerados que obstruem as aberturas do estêncil e as agulhas de distribuição.
A maioria das pastas de solda tem vida útil de seis meses refrigeradas. As formulações-solúveis em água às vezes duram apenas três meses. Pastas finas-com partículas menores degradam mais rapidamente porque o aumento da área superficial acelera a reação de soldagem.
E você não pode simplesmente tirar um pote da geladeira e começar a imprimir.
A pasta fria tem uma viscosidade completamente errada. Será impresso como lixo. Você precisa de quatro a seis horas em temperatura ambiente antes que o material se estabilize o suficiente para ser usado. Apressar esse aquecimento aquecendo a pasta? Você acabou de separar o fluxo do metal e estragou todo o recipiente.
Depois, há o problema da condensação. Abra um recipiente de pasta fria e a umidade do ar se condensará imediatamente na superfície. Essa umidade causa bolinhas e respingos de solda durante o refluxo. Deixe a pasta aquecer e selar. Sempre.
O fluxo por si só é muito mais indulgente. O fluxo líquido em uma garrafa normalmente dura um ano ou dois em temperatura ambiente. O fio de solda fluxado-essencialmente nunca expira se for mantido seco. O fluxo dentro do fio é encapsulado longe do ar.
Quando as coisas dão errado
Defeitos de pasta de solda preenchem livros inteiros. Mencionarei aqueles que assombram meus pesadelos.
A exclusão ocorre quando um componente do chip-geralmente um pequeno resistor 0402 ou 0201-se levanta em uma extremidade durante o refluxo, e a almofada oposta se levanta completamente. A tensão superficial da solda derretida de um lado literalmente vira a peça na vertical. Parece exatamente com uma lápide, daí o nome. As causas incluem depósitos irregulares de pasta, aquecimento irregular, design assimétrico da almofada ou componentes posicionados-fora do centro.
As taxas de exclusão disparam com soldas-sem chumbo porque as temperaturas de refluxo mais altas aumentam as forças de tensão superficial. Já vi linhas de produção que funcionavam perfeitamente com estanho-chumbo de repente produzirem taxas de exclusão de 2% após a transição da RoHS.
A ponte acontece quando a solda se estende entre as almofadas adjacentes, criando curtos-circuitos. Os culpados habituais: muita pasta, aberturas do estêncil muito grandes, cabos dos componentes empurrando a pasta lateralmente durante a colocação. QFPs de{2}}pitch fino são pontes entre fábricas se o seu processo não estiver conectado.
Juntas frias-conexões opacas, granuladas e fracas-resultam de calor insuficiente ou tempo acima do liquidus. A solda nunca derreteu totalmente. A articulação parece ruim e tem pior desempenho.
A micção ocorre quando o gás preso dentro de uma articulação cria bolsas ocas. Alguma micção é aceitável. Mas em almofadas térmicas sob componentes de potência? Esses vazios atuam como isolantes térmicos. O dispositivo superaquece. Os retornos de campo começam a chegar.
Problemas de fluxo são diferentes
As falhas de fluxo tendem a ser mais sutis e de longo prazo.
A limpeza inadequada deixa contaminação iônica que atrai umidade e permite corrosão. Você não verá isso falhar durante os testes de produção. Você verá que ele falhará dezoito meses depois, quando o cliente ligar.
Usar o tipo de fluxo errado para a aplicação cria riscos de confiabilidade que os testes não conseguem detectar facilmente. Nenhum-resíduo limpo em um ambiente úmido. Fluxo de colofónia sob revestimento isolante. Fluxo-solúvel em água que não foi totalmente lavado.
O fluxo expirado perde atividade. Os ativadores se degradam. De repente, seu ferro de solda produz juntas que parecem boas, mas apresentam umidade microscópica na interface porque a camada de óxido não foi totalmente removida. A junta passa por inspeção visual. Ele falha no ciclo térmico.
A questão da soldagem manual
Para retrabalho manual e prototipagem, o fluxo separado é muito mais importante do que a pasta de solda.
Canetas de fluxo, seringas de fluxo, frascos de fluxo com aplicadores de pincel-eles pertencem à bancada de qualquer técnico. Aplique fluxo nos terminais dos componentes antes de soldar. Aplique fluxo nas almofadas antes de colocar os componentes. Aplique fluxo no trabalho de dessoldagem porque a solda antiga nessas almofadas foi totalmente oxidada desde a montagem original.
Você não precisa de fluxo-limpo ou RMA para a maioria dos trabalhos de bancada. Solúvel em água-se você tiver equipamento de limpeza ultrassônico disponível. Evite o fluxo RA, a menos que esteja lidando com superfícies altamente oxidadas e tenha um processo de limpeza real.
O fio de solda fluxado-já contém fluxo, obviamente. Mas confiar apenas no fluxo central é um erro de iniciante. O fluxo externo aplicado à junta antes do aquecimento melhora drasticamente a umectação e reduz o tempo de exposição ao calor. A junta se forma mais rapidamente e tensiona menos os componentes.
Não uso-fluxo limpo e pegajoso em uma seringa para a maioria dos retrabalhos. Aplique uma pequena quantidade na almofada, coloque o componente, aqueça com o ferro, pronto. O resíduo é mínimo e seguro para sair.
Pasta de solda para prototipagem
Alguns amadores e pequenas lojas usam pasta de solda para protótipos SMT{0}}colocados manualmente, refluindo em torradeiras modificadas ou em placas quentes. Isso funciona, mas requer a compreensão das restrições.
A pasta de solda para distribuição tem uma reologia diferente da pasta de impressão. O conteúdo de metal atinge 84{5}}87% em vez de 89-91%. A pasta precisa fluir pelas pontas das seringas sem entupir. Usar pasta para impressão em estêncil em uma seringa não funciona bem.
O perfil de refluxo é extremamente importante. Os fabricantes de pasta de solda especificam rampas de pré-aquecimento, temperaturas de imersão, tempo acima do liquidus, temperatura de pico e taxas de resfriamento. Desvie-se significativamente e você terá juntas vazias, frias, lápides, bolas de solda, danos aos componentes.
A maioria das configurações para amadores não consegue controlar os perfis com precisão. Os resultados variam. Os profissionais usam fornos de refluxo reais com transporte transportador e múltiplas zonas de aquecimento por uma razão.
Fazendo a escolha
Quando usar apenas fluxo: soldagem manual, retrabalho, dessoldagem, operações de retoque-, montagem-passante de furo com soldagem por onda.
Quando usar pasta de solda: montagem de montagem em superfície com solda por refluxo, produção automatizada, SMT impresso em estêncil-.
Os materiais não são intercambiáveis. Tentar usar pasta de solda para solda manual cria uma bagunça. Tentar usar apenas fluxo para montagem SMT não produz juntas de solda porque não há metal.
Para armazenamento, a pasta de solda exige refrigeração e vida útil curta. O fluxo é mais indulgente, mas ainda se degrada com o passar dos anos.
Para maior confiabilidade, ambos exigem a compreensão da química específica envolvida. Não-limpar não é universalmente seguro. Solúvel em água-requer limpeza completa. Rosin precisa de limpeza para revestimento isolante.
A confusão de compra entre pasta e fluxo? Isso acontece constantemente nesta indústria. Os catálogos os listam próximos uns dos outros. Os números das peças são semelhantes. As descrições mencionam "soldagem" para ambos.
Lembre-se: a pasta contém metal. O fluxo não. Todo o resto decorre dessa distinção fundamental.
Uma observação rápida sobre lead-gratuito
A transição da indústria para a soldagem{0}}sem chumbo, iniciada por volta de 2006, mudou significativamente as formulações de fluxo e pasta.
Ligas-sem chumbo-geralmente SAC305 (96,5% de estanho, 3% de prata, 0,5% de cobre)-derretem em torno de 217 graus versus 183 graus do estanho tradicional-chumbo. Essa diferença de 34 graus parece pequena, mas força mudanças na química do fluxo. Os ativadores precisam permanecer estáveis por mais tempo em temperaturas mais altas. A janela do processo se estreita. Tudo se torna menos indulgente.
A solda-sem chumbo também molha as superfícies de forma menos agressiva do que o estanho-chumbo. A tensão superficial é maior. Os componentes são mais propensos a serem marcados como lápide. As pontes se formam mais facilmente. A aparência das juntas é naturalmente mais opaca do que as juntas de estanho brilhante-de chumbo que costumavam indicar qualidade.
As formulações de fluxo evoluíram para compensar. Os fluxos modernos não{1}}limpos para aplicações sem{2}}chumbo usam ativadores de-temperatura mais alta e proporcionam vida útil prolongada em temperaturas de refluxo elevadas. Mas eles não são necessariamente compatíveis com versões anteriores-com processos de estanho-lead, e misturar formulações cria problemas.
Se você estiver trabalhando em um ambiente que ainda usa estanho-chumbo para aplicações isentas-médicas, aeroespaciais, militares-certifique-se de que o fluxo e a pasta correspondam ao sistema de liga. Os produtos químicos são otimizados de forma diferente.
O que ninguém menciona
A estatística de 50-90%.
Estudos mostram consistentemente que algo entre metade e noventa por cento dos defeitos de montagem SMT se originam na impressão de pasta de solda. Não colocação. Não refluir. Impressão.
O depósito de pasta está errado-muito, pouco, manchado, deslocado, ponte no estêncil-e os processos posteriores não conseguem compensar. Você já perdeu antes mesmo dos componentes chegarem ao tabuleiro.
Isso significa que a qualidade da pasta de solda, o manuseio da pasta, o design do estêncil, a calibração da impressora e os controles ambientais são muito mais importantes do que a maioria das fábricas reconhece. As chamativas máquinas-de escolha e{2}}colocação e os sofisticados fornos de refluxo chamam a atenção. A impressora de pasta é negligenciada.
Enquanto isso, o fluxo recebe ainda menos atenção porque é “apenas” produtos químicos de limpeza. Mas problemas de resíduos de fluxo causam retornos de campo anos depois. A essa altura, todo mundo já esqueceu qual fluxo foi usado em qual construção.
Documente tudo. Data seus materiais. Acompanhe os números dos lotes. O trabalho de detetive necessário para diagnosticar falhas de campo-relacionadas ao fluxo sem documentação é essencialmente impossível.
Este não é um conselho glamoroso. Nem refrigerar sua pasta adequadamente ou deixá-la aquecer antes de usar ou limpar resíduos quando necessário. Os fundamentos determinam se os conselhos funcionam de forma confiável durante dez anos ou falham misteriosamente após dezoito meses.
Pasta de solda e fluxo não são materiais interessantes. Não são os microprocessadores, sensores ou componentes de RF que tornam a eletrônica impressionante. Eles são a gosma cinza que mantém tudo unido.
Entenda-os errado e nada mais importa.
