Usando chumbo

Oct 22, 2023

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Vários segmentos do mercado eletrônico permanecem isentos de restrições de materiais sem chumbo, como a legislação de Restrição de Substâncias Perigosas (RoHS). Esses segmentos de mercado tendem a ser eletrônicos usados ​​em ambientes agressivos e/ou que possuem funcionalidade crítica de vida/sistema. Embora esses segmentos de mercado, que incluem aviônicos, possam usar solda contendo chumbo, é cada vez mais difícil adquirir componentes avançados em configurações não compatíveis com ROHS. As equipes de projeto de produtos que continuam a usar processos de solda de estanho/chumbo enfrentam o dilema de como usar componentes de matriz de grade de esferas (BGA) que estão disponíveis apenas com esferas de solda sem chumbo em seus processos de montagem. Este artigo discute vários aspectos de ter componentes BGA sem chumbo em um processo de solda de estanho/chumbo: (1) metalurgia mista; (2) solidificação; (3) bigodes de estanho. Serão discutidas as possíveis metodologias de utilização sem comprometer a integridade do produto.

A preocupação da metalurgia mista

A legislação ambiental tem causado significativo impacto na indústria eletrônica no que diz respeito aos conjuntos de materiais utilizados em produtos eletrônicos. A proibição de materiais como cádmio, cromo hexavalente, mercúrio e chumbo eliminou vários componentes eletrônicos e processos de materiais que foram historicamente usados ​​na produção de produtos eletrônicos. A remoção de chumbo para ligas de solda tem indiscutivelmente o maior impacto em produtos eletrônicos devido ao seu papel como o principal material de funcionalidade mecânica e elétrica. A Figura 1 ilustra como as tendências globais de uso de solda mostram a substituição de ligas de solda de estanho/chumbo por ligas de solda sem chumbo desde 2004, conforme rastreado pelo IPC Global Solder Statistical Program.

As equipes de projeto de produtos que continuam a usar processos de solda de estanho/chumbo enfrentam o dilema de como usar componentes BGA que só estão disponíveis com esferas de solda sem chumbo. A combinação de uma liga de pasta de solda de estanho/chumbo com um componente BGA com esferas de solda sem chumbo resulta em uma microestrutura de junta de solda de "metalurgia mista" que tem integridade de junta de solda pobre em muitos ambientes de uso do produto. Três soluções da indústria surgiram como metodologias aceitáveis ​​para resolver o possível problema de integridade da junta de solda de uma metalurgia mista (ou seja, peças sem chumbo usadas em uma condição de montagem de estanho/chumbo). A primeira solução é enviar o componente BGA sem chumbo para um serviço externo para ser "recarregado" (isto é, as esferas de solda sem chumbo são removidas e substituídas por esferas de liga de estanho/chumbo). O processo de reballing tem se mostrado confiável, desde que sejam seguidos procedimentos de processo rigorosamente controlados. A vantagem de um componente BGA reballed é que ele é transparente para um processo de solda de estanho/chumbo; as desvantagens são o custo e o tempo necessários para reballing do componente BGA.

Figura 1: Tendências globais de uso de solda. (Programa Estatístico de Solda Global IPC)

O reballing de um componente BGA requer o controle de vários parâmetros-chave do processo: nível de sensibilidade à umidade, remoção da bola de solda/temperatura/tempo de fixação e limpeza do componente BGA reballed. O teste de componentes funcionais é necessário para garantir que nenhum processo ou defeito de componente resulte do processo de reballing. O exemplo a seguir ilustra como a realização de due diligence de avaliação funcional evita a introdução de BGAs reballed defeituosos em produtos.

Um componente BGA apresentou erros funcionais durante o teste de protótipo de engenharia. O componente BGA em questão foi adquirido do fornecedor do componente como um BGA sem chumbo e foi subseqüentemente reballed usando uma liga de solda de estanho/chumbo eutética. Um raio-X do suspeito BGA revelou anulação excessiva da junta de solda.

Figura 2:Imagem de raio-X do suspeito BGA.

As investigações da indústria mostraram que o esvaziamento do BGA, em geral, não é um problema de integridade da junta de solda, mas é um indicador claro de um problema no projeto da almofada ou no processo de soldagem. As almofadas BGA não continham nenhuma tecnologia microvia, portanto, inicialmente, acreditava-se que um problema relacionado a um depósito de pasta de solda ou perfil de refluxo era a causa raiz do esvaziamento. A Figura 2 mostra o esvaziamento excessivo observado nas juntas de solda BGA durante a avaliação de raios-X.