Como soldar componentes de chip: Guia de retrabalho SMD

Soldar componentes de montagem em superfície (SMD) manualmente é uma habilidade que pode ser aprendida, desde que você tenha as ferramentas certas e um método adequado para cada tipo de encapsulamento. A ideia principal é simples: um ferro de solda com controle de temperatura, um bom fluxo de solda, solda fina e pinças firmes permitem posicionar e soldar a maioria dos componentes passivos e circuitos integrados com terminais manualmente, enquanto componentes sem terminais e com terminais de esfera (BGR) exigem ar quente. Este guia explica como soldar componentes de chip passo a passo, encapsulamento por encapsulamento, e como evitar os erros, pontes de solda, soldas frias e ilhas de solda descoladas que costumam atrapalhar os iniciantes. Para a montagem em série de componentes de chip 1206 , a geometria das ilhas de solda, a deposição da pasta de solda e o posicionamento dos componentes ainda exigem configurações controladas, mesmo que o encapsulamento seja maior do que muitos componentes passivos em miniatura.

Ferramentas para soldagem de componentes SMD

Bons resultados começam com o kit certo. Nada de exótico, mas tentar soldar componentes SMD delicados com um ferro de soldar barato e sem controle é o principal motivo pelo qual as pessoas têm dificuldades.

Uma nota sobre a temperatura do ferro

Ajuste o ferro de soldar para uma temperatura suficientemente alta para que a solda seja absorvida rapidamente, mas não mais quente do que o necessário. A solda com chumbo flui a uma temperatura mais baixa do que a solda sem chumbo, portanto, o trabalho com solda sem chumbo requer uma temperatura um pouco mais alta. O objetivo é fazer cada solda rapidamente: um contato breve e quente causa menos danos do que um contato longo e morno, um princípio que permeia todo o guia.

Escolhendo a solda: com chumbo ou sem chumbo

A escolha da liga de solda influencia a textura e a temperatura de trabalho.

Para aprendizado e retrabalho, a solda com chumbo é a mais tolerante. Para qualquer aplicação que precise estar em conformidade com a RoHS, use solda sem chumbo e espere um ferro de solda um pouco mais quente, um pouco mais de fluxo e um acabamento da junta menos brilhante, o que é normal e não indica uma solda fria. As linhas de produção realizam a refusão de ligas sem chumbo com perfis rigorosamente controlados durante a montagem SMT automatizada , especialmente em placas densas e de passo fino, comuns na fabricação em alta velocidade ; manualmente, você compensa com fluxo extra e paciência.

Por que o fluxo é essencial para a soldagem SMD

O fluxo é o principal diferencial entre uma soldagem SMD frustrante e uma soldagem SMD fácil. Ele limpa quimicamente as superfícies metálicas e ajuda a solda derretida a fluir e aderir, permitindo que as juntas se formem perfeitamente e as pontes se separem.

• Aplique fluxo extra além do que está no núcleo da solda, especialmente para circuitos integrados de passo fino.
• Flux torna as pontes reparáveis. Com fluxo e malha de dessoldagem, o excesso de solda é removido facilmente.
• Escolha um tipo adequado. O fluxo sem limpeza é conveniente; a resina funciona bem, mas pode precisar de limpeza posterior, o que se relaciona com o motivo pelo qual as placas são limpas.

Se uma junta não estiver lubrificada, a solução quase sempre é usar mais fluxo e limpar a ponta, não mais calor. Recorrer ao calor em vez do fluxo é o que danifica as almofadas de solda.

Como soldar resistores e capacitores de chip

Resistores e capacitores em encapsulamentos de chips (0805, 0603, 0402 e menores) são o ponto de partida mais fácil. O método confiável possui uma sequência clara.

1. Lata um bloco. Adicione uma pequena quantidade de solda em apenas um dos dois terminais.
2. Coloque a peça. Segure o componente com uma pinça, aqueça novamente a área estanhada e deslize a peça para o lugar, de modo que uma das extremidades seja soldada.
3. Solde a outra extremidade. Com a peça agora fixada, solde a segunda extremidade com cuidado.
4. Refaça a primeira extremidade, se necessário. Toque novamente na primeira junta para que fique um filete perfeito, e não apenas um pequeno ajuste.

O motivo para estanhá-lo primeiro apenas em uma das extremidades é o controle: a peça permanece no lugar enquanto você faz a segunda junção, e você evita aquecer ambas as extremidades ao mesmo tempo. Quanto menor a peça, mais isso importa, e mais você apreciará a lupa e a firmeza das pinças.

Como soldar chips SOIC e QFP

Chips com terminais visíveis ao longo de suas bordas, como SOIC, SSOP e QFP, podem parecer intimidantes, mas são perfeitamente viáveis ​​de trabalhar manualmente, pois todas as junções são acessíveis.

Fixe e depois solde as fileiras.

1. Alinhe e fixe um dos cantos. Posicione o chip cuidadosamente sobre o seu ponto de solda e solde um único pino de canto para fixar o alinhamento. Verifique se todos os pinos estão encaixados corretamente antes de prosseguir.
2. Vire no canto oposto. Isso corrige o esquadro da peça.
3. Solde cada fileira. Aplique fluxo e solde os pinos, um a um ou por "soldagem por arrasto", arrastando uma gota de solda ao longo da fileira com a ponta de um cinzel.
4. Libere todas as pontes. Nos pontos onde os pinos se tocam, aplique fluxo e remova o excesso com uma malha de dessoldagem.

Pontes de solda são normais em componentes de passo fino e não representam um problema; com fluxo e pavio, elas se desfazem em segundos. A habilidade está no alinhamento na primeira etapa; se o chip estiver reto sobre as ilhas de solda, o resto é rotina. Para dispositivos de passo muito fino, o mesmo cuidado que uma fábrica aplica durante a montagem de produção (bom fluxo, ponta correta, técnica firme) é o que garante o sucesso do trabalho manual.

Soldagem de encapsulamentos QFN e BGA

Algumas embalagens escondem suas conexões, e é aí que um ferro de passar sozinho não é suficiente.

Componentes QFN e sem terminais

Um QFN possui terminações na parte inferior e geralmente uma almofada térmica central, portanto não há nada para alcançar com a ponta do ferro de solda. O método prático é aplicar pasta de solda nas almofadas e usar ar quente, ou uma placa aquecedora para reflow por baixo. As juntas ocultas impedem a verificação visual posterior.

Pacotes BGA

Um BGA fica assentado sobre uma grade de esferas de solda sob o corpo do componente. Não é possível soldá-lo manualmente; ele precisa de uma estação de retrabalho de ar quente ou infravermelho e, para substituição, de um novo processo de reesferização. Como as juntas são invisíveis, a verificação delas requer raio-X, o mesmo motivo pelo qual as linhas de produção utilizam raio-X para essas peças durante a montagem.

Problemas comuns de soldagem SMD e suas soluções

Quase todos os problemas de soldagem manual se enquadram em uma lista curta, e cada um tem uma causa e uma solução claras.

A área de contato levantada merece atenção especial: manter o ferro de soldar sobre ela por muito tempo, ou retrabalhar a mesma junta repetidamente, pode descascar o cobre do laminado, uma falha com suas próprias causas específicas. A solução é o princípio desde o início deste guia: soldagem rápida e intensa, em vez de longa e morna, além de fluxo suficiente para que as juntas se formem na primeira tentativa. Manuseie a placa com cuidado e use um sistema antiestático para proteger os componentes sensíveis.

Como inspecionar juntas de solda SMD

Uma junta que parece correta geralmente está correta, portanto a inspeção é principalmente visual, com uma verificação da conectividade.

• Procure um filé liso. A solda deve formar uma curva suave da ilha de solda até o terminal, e não se acumular em uma esfera.
• Verifique se há pontes e aberturas. Sob ampliação, confirme se nenhum pino adjacente está unido e se todos os pinos estão soldados.
• Atenção à linha de chegada. As juntas sem chumbo têm uma aparência mais opaca do que as juntas com chumbo; opaco não é o mesmo que frio.
• Verificar continuidade. Um multímetro confirma as conexões e detecta problemas que seus olhos não perceberam.

Os critérios formais de aceitação utilizados pelas fábricas, como formato do filete, molhagem e condições permitidas, estão codificados na norma IPC-A-610, e observá-los atentamente proporciona uma imagem mental útil de como uma boa junta deve ser, mesmo para trabalhos amadores.

Quando usar a montagem SMT em vez de

A soldagem manual é ideal para protótipos, reparos e montagens pequenas. No entanto, chega um ponto em que a montagem da placa em uma fábrica se torna mais rápida, barata e confiável.

• Muitas peças de passo fino ou sem chumbo (Muitos QFNs ou BGAs) são muito melhor posicionados por máquina.
• Mais do que um punhado de pranchas inclina a balança para a montagem de máquinas.
• Passivos minúsculos (0201 e menores) são impraticáveis ​​de posicionar manualmente de forma confiável.

Nesses casos, o envio do projeto para montagem da placa de circuito impresso (PCB) automatiza a produção da placa, e os mesmos arquivos podem ser reutilizados em montagens de alto volume sem a necessidade de redesenho. Uma rápida revisão do projeto confirma inicialmente se as áreas de contato e o espaçamento estão prontos para a montagem, e placas com alta carga térmica podem utilizar um substrato adequado para montagem com núcleo metálico . A placa nua em si provém da fabricação padrão de PCBs.

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Com um ferro de soldar com controle de temperatura, bastante fluxo e o método correto para cada componente, soldar componentes de chip manualmente está ao seu alcance, e você saberá quando um trabalho deve ser enviado para uma linha de montagem. Saiba mais sobre a Highleap Electronics e nossos serviços de montagem, desde protótipos até produção em série.

Perguntas frequentes

Qual a temperatura ideal do meu ferro de soldar para soldar componentes SMD?

Temperatura suficientemente alta para saturar a junta rapidamente, mas não mais quente do que o necessário. A solda sem chumbo requer uma temperatura um pouco mais alta do que a solda com chumbo. O segredo é fazer cada junta com um contato breve e quente, em vez de aquecimento prolongado, o que protege as trilhas e os componentes.

Preciso mesmo de fluxo se minha solda já tem um núcleo?

Sim, especialmente para circuitos integrados de passo fino. O fluxo extra além do núcleo da solda limpa as superfícies, permitindo que a solda molhe completamente e que as pontes se separem com o auxílio da malha de desmoldagem. Se uma junta não estiver molhando, adicione fluxo e limpe a ponta em vez de aplicar calor.

Como faço para soldar um resistor ou capacitor minúsculo sem que ele se mova?

Primeiro, estane apenas uma das ilhas de solda. Em seguida, segure o componente com uma pinça e faça o refluxo dessa ilha para que uma das extremidades seja soldada. Com o componente fixado, solde a outra extremidade e retoque a primeira. Estanhar apenas uma ilha de solda evita que o componente se desloque durante o trabalho.

Como faço para corrigir pontes de solda entre os pinos de um circuito integrado?

Aplique fluxo sobre os pinos em curto e coloque uma malha de dessoldagem sobre eles, depois aqueça; a malha absorverá o excesso de solda. Os curtos são normais em componentes de passo fino e desaparecem em segundos assim que o fluxo é aplicado.

Posso soldar manualmente um componente QFN ou BGA?

Os QFNs e BGAs escondem suas conexões por baixo, de modo que um ferro de solda não consegue alcançá-las. Os QFNs são soldados com pasta de solda e ar quente ou uma placa aquecida; os BGAs exigem uma estação de retrabalho de ar quente ou infravermelho e reesferização para substituição, e suas juntas ocultas são verificadas por raio-X.

Por que uma das trilhas se soltou da placa enquanto eu soldava?

Calor excessivo ou retrabalho repetido podem fazer com que a almofada de cobre se descole do laminado. Use um contato breve e quente, fluxo suficiente para umedecer na primeira tentativa e limite o número de vezes que você retrabalha a mesma junta. Almofadas descoladas são uma falha conhecida e evitável.

Quando devo parar de soldar manualmente e mandar montar a placa?

Quando a placa possui muitos componentes de passo fino ou sem terminais, mais do que algumas unidades, ou componentes passivos muito pequenos como o 0201, a montagem por máquina torna-se mais rápida, barata e confiável, e os mesmos arquivos podem ser escalados para produção em grande volume sem necessidade de redesenho.

Para soldagem manual, qual tipo de solda é melhor: com chumbo ou sem chumbo?

A solda com chumbo (como a 63/37) derrete a temperaturas mais baixas e flui com mais facilidade, sendo a mais tolerante a trabalhos manuais e retrabalhos. A solda sem chumbo (como a SAC305) é necessária para produtos em conformidade com a RoHS e exige um ferro de soldar mais quente e mais fluxo, resultando em um acabamento mais fosco, o que é normal. Escolha a solda com base na aplicabilidade da conformidade ao seu produto.