Efeito dos locais de proteção térmica no retrabalho

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 15118 (2022) Citar este artigo

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Este estudo investigou a eficácia dos locais de colocação da proteção térmica durante o processo de retrabalho para evitar danos térmicos e mecânicos aos componentes adjacentes da matriz da grade esférica e suas juntas de solda na montagem da placa de circuito impresso frente e verso. Foram utilizados três tipos de locais de colocação do escudo térmico: amostra X, colocação individual do escudo térmico em componentes adjacentes do local de retrabalho; amostra Y, em forma de U, e amostra Z, um escudo térmico em formato quadrado colocado respectivamente no local da fonte de calor. Os resultados dos testes de coloração e tração, termografia infravermelha e medições de temperatura foram analisados ​​para compreender a relação entre a localização da proteção térmica e os danos nas juntas de solda durante o retrabalho. A colocação da proteção térmica no local da fonte de calor no componente retrabalhado pode reduzir os picos de temperatura nos locais adjacentes do componente retrabalhado em até 8,18%. As temperaturas de pico do centro e do canto do componente BGA podem ser mantidas abaixo de 195 °C e 210 °C, respectivamente, para melhorar a qualidade da junta de solda dos locais adjacentes dos componentes de retrabalho, reduzindo os danos nas juntas de solda em mais de 50% das rachaduras de solda. Isso é útil para o gerenciamento térmico durante o retrabalho que envolve a colocação de componentes de matriz de grade esférica de alta densidade na montagem de placa de circuito impresso de dupla face.

O retrabalho da montagem da placa de circuito impresso (PCBA) é frequentemente usado na indústria de manufatura como um esforço benéfico para reduzir o desperdício e, como resultado, aumentar a receita total da empresa. O retrabalho do PCBA está se tornando cada vez mais crucial em momentos de dificuldade na obtenção de componentes, aumento da demanda por flexibilidade e ciclos curtos de desenvolvimento de produto para que o produto esteja pronto para o mercado1,2. A principal vantagem de retrabalhar um PCBA é que dependendo da extensão do dano, ele pode ser executado mais rapidamente do que substituí-lo3.

O processo de retrabalho dos componentes do Ball Grid Array (BGA) é conhecido como retrabalho do Area Array. As juntas de solda ficam ocultas sob o corpo do componente, tornando o retrabalho de dispositivos de matriz de área mais desafiador4. A combinação dos requisitos de temperatura operacional mais elevados da soldagem sem chumbo e a natureza sensível dos componentes do conjunto de áreas dificulta a definição de um procedimento de retrabalho para componentes BGA sem chumbo5. No design de produtos de alta densidade, vários componentes BGA são colocados próximos uns dos outros; portanto, os locais adjacentes dos componentes de retrabalho apresentam um alto risco de serem expostos a refluxos térmicos durante o retrabalho6. Vários obstáculos só podem ser superados com a introdução de métodos novos ou revisados, como perfis térmicos mais rígidos e extrema precisão durante os procedimentos de retrabalho do PCBA7.

Uma proteção térmica é usada para evitar danos térmicos ou mecânicos ao componente, à placa de circuito impresso (PCB), aos locais adjacentes dos componentes de retrabalho e às juntas de solda. A proteção térmica pode minimizar o delta de temperatura entre os lados inferior e superior do PCBA durante o processo de refluxo de ar quente de retrabalho para remoção e montagem do BGA, reduzindo assim a exposição da transferência de calor para componentes adjacentes8. Danos aos componentes e rachaduras nas juntas de solda podem ser causados ​​pelo refluxo não intencional das juntas de solda de componentes adjacentes9. Devido à interação entre a solda à base de estanho e as pastilhas de cobre, ocorrerá composto intermetálico (IMC) durante o processo de montagem e no serviço das juntas de solda10. As baixas características mecânicas da solda podem ser causadas por uma camada IMC muito espessa. Além disso, a forma do IMC tem um grande impacto na confiabilidade das juntas de solda11. Devido à sua fragilidade intrínseca, o IMC espesso é facilmente quebrado, e a tensão induzida pela transformação longitudinal causada pela reação de volume negativo acumulada na interface solda / IMC e dentro da camada IMC pode causar degradação das propriedades mecânicas . A proteção térmica durante o processo de retrabalho também evita que as camadas IMC nas juntas de solda dos componentes adjacentes fiquem muito espessas, o que poderia afetar a qualidade e a confiabilidade da junta de solda13. Estudos limitados abordaram o gerenciamento térmico usando proteção térmica durante retrabalho envolvendo colocação de componentes de alta densidade em PCBA dupla face .