Estudo da aplicação do processo Pin-in-Paste na montagem de placas de circuito impresso usando pasta de solda lead-free (SAC).

• Main Author: Ricardo Barbosa de Lima
• Other Authors: Ana Neilde Rodrigues da Silva
• Language: Portuguese
• Published: Universidade de São Paulo 2011
• Subjects: Circuito impresso; Lead-free; Montagem eletrônica; Pin-in-Paste; Electronic assembly; Printed circuit boards
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-03072012-182156/

Neste trabalho foram estudadas as etapas de processo envolvidas na tecnologia Pin-in-Paste (PIP) de soldagem por refusão de componentes convencionais (THCs - Through Hole Components ou Componentes de Furo Passante) em placas de circuito impresso (PCIs), utilizando pasta de solda sem chumbo (lead-free) com liga SAC (Sn-Ag-Cu) de forma a atender as novas exigências ambientais para a montagem eletrônica. Inicialmente foi feito o projeto da PCI de teste com três diferentes componentes THCs e três componentes SMD com encapsulamentos distintos, com o objetivo de reproduzir uma PCI comercial. Foram gerados dois diâmetros de furos diferentes para inserir os THCs, possibilitando o estudo da variação de preenchimento com solda no PTH. Foi proposta uma equação para o cálculo do volume de pasta de solda a ser impresso sobre os furos no processo de montagem. A partir desta equação foram calculadas as dimensões dos furos do estêncil para a PCI de teste. Os parâmetros de impressão foram otimizados em função da variação de pressão e da velocidade do rodo. Duas curvas de refusão foram utilizadas, uma convencional e outra otimizada para verificar a variação na geração de defeitos. A impressão de pasta de solda ficou superior ao projetado, o que resultou em todas as amostras terem solda acima do parâmetro mínimo de aceitabilidade de volume de 75% de preenchimento do PTH. Esta sobre impressão ocasionou defeitos em boa parte dos componentes, excesso de solda nos filetes e resíduos de fluxo na solda nos PTHs. Tais defeitos foram expressivos para todos os THCs, mostrando que o excesso de pasta impressa foi decisivo na geração de defeitos para todas as combinações das variáveis estudadas. Os SMDs tiveram solda aceitável, apresentando apenas alguns casos de excesso de fluxo ou pouca solda em alguns QFPs devido ao uso de ilhas com dimensões maiores que o exigido em norma. O processo de Pin In Paste se mostra viável como substituto da solda onda em linhas de montagem para placas com SMDs e THCs, mas estudos posteriores deverão ser realizados para a geração de um modelo confiável de projeto de PCIs e estêncil com solda lead-free para que tal processo seja utilizado em grande escala na indústria. === This study describes the process steps involved in Pin-in-Paste (PIP) reflow soldering technology in printed circuit boards (PCBs) using lead-free solder paste with SAC alloy (Sn-Ag-Cu) in order to attend new environmental requirements for the electronics assembly. Initially it was designed a PCB test with three different THCs (Through Hole Component) and three different SMD (Surface Mount Device) packages in order to reproduce a commercial board. It was generated two different diameters of holes to insert the THCs, aiming to study the solder fill variation in PTH. An equation was proposed for calculating the volume of solder paste to be printed over the holes in the assembly process. From this equation it was calculated the dimensions of the holes of the stencil. The printing parameters were optimized according to the variation of pressure and speed of the squeegee. Two reflow curves were used in the process, a conventional one and an optimized one to determine the variations in the generation of soldering defects. The printed solder paste volume was higher than projected, which resulted in solder excess, causing defects in most of the components, such as excess solder in the fillet and solder flux residues in PTHs. Such defects were significant for all THCs, showing that the excess paste that was printed caused critical defects for all combinations of variables. Regarding that all samples were above the reflow minimum acceptable volume of 75% coverage of PTH. The SMDs solders were acceptable, with only few cases of solder flux excess. The Pin in Paste process was observed as a good option to replace the wave soldering thermal process for mixed PCBs. Further studies should be conducted to generate a reliable model of PCB and stencil design.