Por que as ilhas de solda SMT se levantam durante a soldagem?

Quando uma ilha de cobre se desprende da placa durante a soldagem, a causa é quase sempre o calor, o tempo e a tensão que superam a ligação que mantém o cobre no laminado. O descolamento da ilha de cobre em placas de montagem em superfície (SMT) , conhecido formalmente como levantamento da ilha ou da ilha, ocorre quando o excesso de calor ou muitos ciclos de retrabalho enfraquecem essa ligação, o que geralmente é agravado por uma ilha pequena, um laminado frágil ou força mecânica. Este guia explica os fatores reais por trás do levantamento da ilha de cobre, agrupados em causas relacionadas a materiais, projeto e processo, e oferece maneiras práticas de evitá-lo.

O que é um pad SMD levantado (desprendido)

Uma área de contato, ou pad, é a região de cobre onde um componente é soldado. Ela é fixada à camada laminada abaixo por meio do sistema de resina da placa, e essa ligação possui uma resistência limitada.

terreno elevado versus plataforma elevada

Quando o cobre se separa do laminado, o resultado é uma área de contato elevada, onde a trilha se desprende da superfície, ou, no pior dos casos, uma trilha que se desprende completamente, muitas vezes levando consigo a trilha de conexão. De qualquer forma, a conexão elétrica fica comprometida e a placa pode se tornar inutilizável sem reparo. O cobre em si raramente falha; é a ligação com a placa que se rompe.

Por que é importante

Um pad levantado é tratado como um defeito ou uma condição reportável de acordo com os critérios de aceitação de montagem, podendo causar conexões intermitentes ou abertas em campo. Compreender os fatores que o causam é o primeiro passo para construir placas que resistam tanto à montagem quanto a qualquer retrabalho posterior.

Almofadas elevadas: montagem através de furos versus montagem em superfície

O levantamento afeta ambos os tipos de almofada, mas a geometria difere, assim como o risco.

Os pads de montagem em superfície têm menos ancoragem do que um furo metalizado, portanto, podem se soltar com menos facilidade. É por isso que as vias de ancoragem e os recortes em forma de lágrima são tão importantes em uma boa análise de footprint . Os pads de furo metalizado são melhor fixados pelo corpo do componente, mas, quando falham, frequentemente levam consigo a trilha de conexão. De qualquer forma, a defesa é idêntica: controlar o calor e o tempo, e construir sobre um laminado com resistência à delaminação adequada.

Por que as almofadas de aquecimento levantam: calor e tempo de contato.

Quase todos os casos de descolamento das almofadas de contato têm uma causa comum: a ligação entre o cobre e o laminado se degrada quando a temperatura fica muito alta por muito tempo.

O princípio mais importante é que um contato breve e quente causa menos danos do que um contato longo e morno . Apoiar o ferro de soldar sobre uma almofada por alguns segundos fornece muito mais calor à ligação do que uma aplicação rápida e decisiva, mesmo com a ponta em uma temperatura mais baixa. Quanto mais tempo o cobre permanecer quente, mais a resina amolece e mais fraca se torna a ligação, até que a almofada se solte.

É por isso que a técnica é tão importante quanto o equipamento. Uma ponta limpa e bem estanhada, juntamente com fluxo suficiente, permite que a solda molhe em um ou dois segundos, evitando que a ilha de solda receba o aquecimento prolongado que a descola. Aumentar o calor ou o tempo de contato, em vez de usar mais fluxo, é o caminho clássico para uma ilha de solda descolada.

Como o material da placa afeta a adesão da almofada

Nem todas as placas resistem ao descolamento da mesma forma. As propriedades do laminado determinam a quantidade de calor que a ligação da almofada pode suportar antes de falhar.

A resistência ao descascamento do cobre é a propriedade que prevê mais diretamente o descolamento, e é verificada por métodos de teste padronizados. A escolha de um laminado com Tg e resistência ao descascamento adequadas para a aplicação é uma decisão de fabricação tomada durante a produção da placa de circuito impresso (PCB) , e é especialmente importante para placas que serão submetidas a altas temperaturas de soldagem ou retrabalho. Projetos com alta densidade de cobre e exigências térmicas, como aqueles em substratos com núcleo metálico , merecem atenção especial nesse aspecto.

Fatores de projeto de PCB que causam o levantamento das ilhas de solda

A forma como um ponto de solda é projetado e conectado afeta significativamente sua resistência durante a soldagem. Dois pontos de solda na mesma placa, um ancorado e outro isolado, podem se comportar de maneira muito diferente.

Tamanho e ancoragem da almofada

Uma pequena área de contato isolada, com apenas uma trilha fina, possui pouca área de ligação para resistir ao descolamento. Adicionar uma via de ancoragem que conecta a área de contato a uma camada interna, ou usar interconexões em forma de gota onde a trilha encontra a área de contato, aumenta a ligação efetiva e resiste ao descolamento. Projetos com espaçamento fino e componentes passivos pequenos, como os encontrados em layouts de alta densidade , são os que mais se beneficiam desses recursos.

Alívio térmico em aviões

Uma placa conectada diretamente a uma grande camada de cobre ou plano de aterramento é difícil de aquecer, pois o cobre dissipa o calor. O operador, então, aplica mais calor por mais tempo, o que é exatamente o que levanta as placas. Uma conexão com alívio térmico, que une a placa ao plano com alguns raios estreitos, permite que a junta atinja a temperatura rapidamente sem aquecimento prolongado.

Roteamento de rastreamento

Ao direcionar uma trilha frágil de forma que ela não seja puxada durante o manuseio da peça, e ao evitar transições bruscas na área de contato, reduz-se o componente mecânico do levantamento. Boas escolhas de footprint e roteamento como essas são exatamente o que uma revisão de projeto para manufatura busca.

Fatores do processo de soldagem que levantam as ilhas de solda

Mesmo uma placa bem projetada e feita com material de boa qualidade pode sofrer com o descolamento das trilhas de solda se o processo de soldagem for incorreto.

• Temperatura do ferro. Temperaturas muito altas danificam a ligação diretamente; temperaturas muito baixas exigem um tempo de contato maior, o que também pode levantar as almofadas de contato. Ajuste para umedecer rapidamente.
• Tempo de permanência. O contato prolongado é a principal causa do problema. Faça a articulação e siga em frente.
• Ciclos de retrabalho. Cada reaquecimento tensiona a ligação. Limite o número de vezes que uma junta é retrabalhada.
• Pré-aqueça. Aquecer a tábua primeiro reduz o choque térmico e o tempo que o ferro precisa ficar em contato com a base.
• Temperaturas sem chumbo. As ligas sem chumbo derretem a temperaturas mais altas, portanto a margem antes de sofrerem danos é menor e a técnica se torna mais importante.

A dessoldagem é especialmente arriscada, pois a remoção de um componente pode significar o aquecimento repetido de uma ilha de solda. O uso de ferramentas de dessoldagem adequadas, fluxo de solda novo e o mínimo de calor possível protege a ilha de solda tanto durante a remoção quanto na instalação.

Resumo das causas de levantamento das almofadas SMD

Os fatores acima podem ser resumidos em uma tabela de diagnóstico rápido.

Como evitar que os pads SMD se desprendam

Reunir as causas resulta em uma lista de verificação curta e prática.

• Soldar rápido. Use uma ponta limpa e quente e fluxo suficiente para que cada junta se forme em um ou dois segundos.
• Limitar retrabalho. Evite reaquecer repetidamente a mesma almofada; planeje a junção para que fique perfeita na primeira vez.
• Pré-aqueça a placa. Especialmente para tábuas maiores ou mais grossas, o pré-aquecimento reduz o tempo necessário com o ferro de passar.
• Especifique um bom material. Escolha um laminado com Tg e resistência à separação do cobre adequadas para a soldagem e o retrabalho esperados.
• Projete blocos de anotações para resistir ao tempo. Adicione vias de ancoragem e recortes em forma de lágrima em pequenos pads e alívio térmico em conexões planas.
• Manuseie com cuidado. Evite forçar ou flexionar as placas, pois isso aumenta o estresse mecânico, e leve-as ao forno para evitar danos às placas sensíveis à umidade antes de soldá-las.

Esses hábitos também são vantajosos em larga escala: um projeto que resiste ao descolamento das ilhas de solda é mais robusto durante a soldagem automatizada e qualquer retrabalho durante a montagem em alto volume , onde a consistência é fundamental.

Como reparar uma trilha de PCB levantada

Se uma almofada se soltar apesar das precauções, a conexão geralmente pode ser restaurada, embora o reparo tenha limitações.

• Restabeleça a conexão. Um pequeno fio de ligação entre o terminal do componente e a trilha ou um furo metalizado próximo pode restaurar o circuito.
• Estabilize a almofada. Adesivo ou epóxi podem manter um terreno parcialmente levantado no lugar para evitar maiores movimentações.
• Conheça os limites de aceitação. Uma placa levantada é avaliada de acordo com os critérios de aceitação de montagem por classe, portanto, em trabalhos de alta confiabilidade, a placa pode não ser aceitável mesmo após o reparo.

Para um protótipo, um reparo limpo do jumper geralmente é suficiente. Para placas de produção ou de alta confiabilidade, uma trilha levantada indica a necessidade de revisar o material, o footprint ou o processo de soldagem para que o próximo lote não repita o problema.

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O desprendimento das ilhas de solda é evitável: solde rapidamente, limite o retrabalho, escolha um laminado com a Tg e resistência ao descascamento adequadas e projete ilhas de solda pequenas com recursos de ancoragem. Fazendo isso corretamente, as ilhas de solda desprendidas praticamente desaparecem. Você pode ler mais sobre a Highleap Electronics e como fabricamos e montamos placas duráveis.

Perguntas frequentes

Por que as trilhas de solda SMD se desprendem quando eu soldo?

Isso ocorre porque o calor e o tempo degradam a ligação que mantém a almofada de cobre ao laminado. O fator desencadeante mais comum é o contato prolongado do ferro de solda com a almofada; retrabalhos repetidos, um laminado frágil, uma almofada pequena e isolada ou umidade retida agravam o problema. Um breve contato com o fluxo, mantendo-o quente, previne a maior parte dessa degradação.

A temperatura do ferro ou o tempo de contato com ele causam maior levantamento de cabelo?

A permanência prolongada do ferro de soldar costuma ser a principal culpada, embora uma temperatura muito alta também prejudique a ligação diretamente. O objetivo é aquecer o ferro o suficiente para umedecer a junta em um ou dois segundos, de modo que a almofada nunca fique quente o suficiente para se soltar. Um ferro muito frio tem o efeito contrário, forçando um contato mais longo.

Como o material da prancha afeta o levantamento do pad?

Um laminado com temperatura de transição vítrea mais alta amolece menos sob o calor, e uma maior resistência ao descascamento do cobre significa que a área de contato fica mais firmemente aderida. Materiais com cura inadequada e umidade absorvida se desprendem com muito mais facilidade. Especificar valores adequados de Tg e resistência ao descascamento para a soldagem e o retrabalho esperados reduz o risco.

Alterações no projeto podem evitar o levantamento das almofadas?

Sim. Adicionar um furo de ancoragem e terminais em forma de gota a pequenas áreas de contato aumenta a área de ligação, e as conexões de alívio térmico aos planos permitem que as juntas aqueçam rapidamente, em vez de forçar um longo período de espera. Essas escolhas de footprint são exatamente o que uma revisão de projeto para manufatura verifica antes da produção.

Por que as plataformas conectadas a planos de solo têm maior probabilidade de se levantarem?

Uma grande camada de cobre dissipa o calor da ilha de solda, obrigando o operador a aplicar mais calor por mais tempo para derreter a solda, o que acaba por levantar as ilhas. Uma conexão com alívio térmico, que une a ilha à camada com alguns raios estreitos, permite que a junta atinja a temperatura rapidamente e evita o aquecimento prolongado.

O descolamento das ilhas de solda é mais comum com solda sem chumbo?

Isso pode ocorrer, pois as ligas sem chumbo derretem a uma temperatura mais alta, reduzindo a margem de segurança antes que a ligação seja danificada. Uma boa técnica, fluxo adequado, pré-aquecimento e um laminado fabricado com classificação para temperaturas sem chumbo ajudam a compensar o calor mais elevado envolvido.

É possível usar uma prancha com a almofada elevada?

Em protótipos, geralmente sim, basta adicionar um jumper para restabelecer a conexão e estabilizar a área de contato com adesivo. Para placas de produção ou de alta confiabilidade, uma área de contato descolada é avaliada de acordo com os critérios de aceitação por classe e pode não ser aceitável, servindo como um sinal para corrigir o material, a área de contato ou o processo.

Os pads de montagem em furo passante se levantam da mesma forma que os pads de montagem em superfície (SMT)?

Ambos podem se soltar, mas as trilhas de contato em furos passantes são ancoradas pelo revestimento metálico através do furo, resistindo melhor à remoção; quando falham, frequentemente arrastam a trilha de conexão consigo. As trilhas de montagem em superfície dependem apenas da ligação superficial, portanto se soltam com mais facilidade, razão pela qual vias de ancoragem e trilhas em forma de lágrima são úteis.

Pré-aquecer a placa realmente ajuda?

Sim. O pré-aquecimento eleva a temperatura de toda a placa até a temperatura de soldagem, fazendo com que o ferro de solda aplique menos calor por menos tempo, reduzindo tanto o choque térmico quanto o tempo de contato que levanta as ilhas de solda. Isso é especialmente útil para placas mais espessas, com grande quantidade de cobre e ilhas de solda conectadas a planos grandes.