No dia 19 do mês de Agosto de 2015 estive em São Paulo na empresa Unicoba fazendo o treinamento da Estação de Retrabalho Hikari HK-5830, adquirida pelo Instituto Federal de Santa Catarina (IF-SC), campus Florianópolis. O treinamento foi ministrado pelo Henrique Franscisco, integrante do suporte técnico da empresa.
Os assuntos abordados no treinamento foram:
- Tipos de solda: Tin Lead e Lead Free;
- Ponto de fusão dos tipos de solda;
- Características de resistência térmica dos componentes eletrônicos;
- Apresentação da estrutura física da máquina;
- Apresentação do Menu de programação de perfis da máquina;
- Como programar as temperaturas e tempos de execução de um perfil para soldagem e retrabalho de componentes BGA;
- Cuidados e manutenção preventiva da máquina.
O primeiro assunto abordado antes de ser apresentado a máquina foi os conceitos referentes aos tipos de solda: Tin Lead e Lead Free. Segundo o Henrique, é necessário saber qual tipo de solda para saber o ponto de fusão e, com isso, programar corretamente as temperaturas do perfil que a máquina irá executar.
A solda do tipo Tin Lead é a solda composta basicamente de Estanho (Sn) e Chumbo (Pb). Este tipo de solda é a mais comum em nosso ambiente de trabalho. Nós a utilizamos para trabalhos de manutenção de placas e soldagem das placas de nossos protótipos. Conforme informado pelo Henrique, este tipo de solda é encontrado em quantidades variadas de proporções de estanho e cobre na composição, entretanto o ponto de fusão delas giram em torno de 187º Celsius.
A solda do tipo Lead Free é a solda livre de chumbo (componente tóxico para o meio ambiante). A liga de solda é formada por estanho e outros componentes menos nocivos para o meio ambiante tais como: cobre e prata. Este tipo de solda surgiu para atender a uma diretiva da União Européia que entrou em vigor em 1º de julho de 2006, a Restriction of Hazardous Substances (RoHS). Ela proíbe a comercialização na Europa de produtos eletroeletrônicos que contenham metais pesados como chumbo, cádmio, mercúrio e cromo e dos retardantes de chamabromobifenilas (PBB) e éteres de bromobifenilas (PBDE) [1]. No caso de produtos eletrônicos que são exportados para o mundo, seja ele feito no Brasil ou em outro país, deve seguir esta norma.
Para o processo de soldagem, a liga Lead Free tem um ponto de fusão normalmente em torno de 217º Celsius. Para isso a máquina deve ser configurada para aplicar esta temperatura no componente. Se for um retrabalho em uma placa comercial é bem provável que nela tenha sido usada solda Lead Free.
Visualmente a solda Lead Free tem um aspecto mais opaco e rugoso em relação a solda Tin Lead que é mais brilhante (Figura Abaixo). Para ter certeza qual solda foi usada na placa que se está executando um retrabalho, basta usar uma estação de solda com temperatura controlada e aplicar uma temperatura abaixo de 200º Celsius em um ponto de solda da placa e verificar se a mesma entra em fusão. Se sim, é do tipo Tin Lead. Se não, aumente a temperatura e verifique qual é a temperatura de ponto de fusão pois é bem provável que seja do tipo Lead Free.
Outro assunto comentado rapidamente pelo Henrique foi sobre a resistência térmica dos componentes. Componentes SMTs como os BGAs tem uma resistência em torno de 250º. Portanto, devem ser levados em consideração na hora de configurar as temperaturas e tempo de aplicação nas soldagens desses componentes ou retrabalho desses componentes em placas. Essas informações devem ser buscadas nas folhas de dados dos componentes.
Para não ter erro, a máquina deve ser configurada com uma temperatura um pouco acima da temperatura de fusão e por um tempo suficiente para manter o estado líquido da solda para garantir a soldagem ou retirada do componente da placa.
Após isso, ele apresentou o menu de programação e suas funções conforme mostra o vídeo abaixo.
A seguir iniciamos a etapa prática do treinamento. Primeiramente ele mostrou como fixar a placa corretamente na máquina para evitar empenamento e iniciamos o processo de programação de um perfil para retrabalho de uma placa com um componente BGA.
Para traçar um perfil para uma aplicação específica, o processo que ele utiliza é criar um perfil com pelo menos 6 passos. A máquina permite até 8 passos por perfil. Esses passos correspondem ao aumento da temperatura até um nível prefixado aplicada por um determinado tempo em cada passo. Isto é importante pra evitar o aquecimento brusco em um intervalo de tempo pequeno, podendo danificar as trilhas, camadas da placa ou até o componente. Além disso, a máquina possui uma base de cerâmica que serve para aquecer a placa uniformemente e, devido a isto, o aumento da temperatura do ar quente aplicado no ponto de retrabalho deve acompanhar gradativamente a temperatura da base cerâmica que aquece todo o resto da placa.
No vídeo a seguir o Henrique explica todo o processo que ele usa para determinar as temperaturas e tempos dos passos do perfil. Como pode ser visto, todo o processo é empírico, mas é necessário para definir uma boa solda numa linha de produção de placas. Os tempos são definido pela temperatura setada no passo com a medição do tempo (por um cronômetro externo) de crescimento da temperatura do termopar que acompanha a máquina que foi fixado manualmente ao componente.
Neste vídeo tentamos remover o componente traçando um perfil para solda Tin Lead. Fomos infelizes nesse procedimento, pois a solda não saiu. Então refizemos o processo, agora para solda Lead Free (aumentando as temperaturas de cada passo) e obtivemos sucesso. A imagem abaixo mostra o perfil que montamos.
No vídeo a seguir o Henrique mostrou como ressoldar um componente BGA (bônus do treinamento).
Por último, ele comenta sobre os cuidados com a máquina e a limpeza do cooler do canhão de ar quente da parte superior (vídeo abaixo). Ele mostrou também como calibrar os sensores termopar acoplados nos canhões de ar quente (superior e inferior) caso a máquina não se comporte de maneira correta. Esses procedimentos devem ser feitos pelo menos uma vez a cada ano se a máquina for pouco usada. Por último, ele comentou que eventuais manutenções que a máquina precisará será na troca das resistências térmicas e ventoinhas se as mesmas virem a queimar. As resistências podem ser adquiridas pela própria Unicoba e os coolers são encontrados comerciamente. Se precisarmos abrir a máquina por qualquer motivo devemos entrar em contato com a Unicoba para os técnicos autorizarem o procedimento via e-mail ou qualquer meio que possa ser comprovado a aprovação.
Itens indispensáveis para trabalhar com a máquina e para soldar BGA:
- Fita de alumínio (isolante térmica e se molda melhor a superfície);
- Fita kapton ou de poliamida (isolante térmica);
- Fluxo de solda líquida e em pasta;
- Stencil de metal para BGA (serve para fixar as esferas de solda);
- Esferas de solda para BGA;
- Estação de solda por ar quente manual com temperatura controlada;
- Estação de solda com temperatura controlada;
- Solda TIn Lead ou Lead Free.
Referência
[1] http://www.redenet.edu.br/publicacoes/arquivos/20080108_150514_INDU-066.pdf
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