A Fundação de Ciência dos Materiais: Pasta de solda, adesivos e substratos na montagem de PCB

A confiabilidade e o desempenho de uma montagem de PCB não são determinados apenas pela seleção de componentes e precisão de posicionamento; eles são fundamentalmente construídos sobre a ciência dos materiais de interconexões e substratos.Pasta de Solda é o material por excelência, uma mistura complexa cujo comportamento dita a integridade da junta. Sua composição — tipicamente uma liga SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5) para aplicações sem chumbo — define a temperatura de fusão, a resistência mecânica e a resistência à fadiga. A química do fluxo dentro da pasta é igualmente crítica. Fluxos sem limpeza deixam resíduos benignos, enquanto fluxos solúveis em água ou à base de resina podem exigir limpeza pós-montagem. A reologia (comportamento de fluxo) da pasta deve ser estável para garantir uma impressão consistente, resistindo ao escorrimento, mas liberando-se limpa das aberturas do estêncil. A distribuição do tamanho das partículas (Tipo 3, 4 ou 5) é combinada com o tamanho da abertura do estêncil para evitar entupimentos e garantir um volume de solda adequado para componentes de passo fino.

Além da solda, Adesivos e Encapsulantes desempenham papéis especializados vitais. Adesivos de Montagem de Superfície (SMAs) são usados em montagens de tecnologia mista para fixar temporariamente SMDs no lado inferior antes da soldagem por onda. Esses adesivos à base de acrílico ou epóxi devem curar rapidamente, possuir resistência suficiente para segurar os componentes e, em seguida, sobreviver ao ataque térmico e químico do processo de soldagem por onda. Materiais de Preenchimento Inferior são resinas epóxi meticulosamente dispensadas sob pacotes BGA ou CSP após o reflow. Eles acoplam mecanicamente o componente à placa, melhorando drasticamente a vida útil por fadiga, distribuindo as tensões causadas pela incompatibilidade do Coeficiente de Expansão Térmica (CTE), uma necessidade para dispositivos em aplicações automotivas ou móveis sujeitos a ciclos térmicos.

O Substrato de PCB em si é o palco em que a montagem ocorre. A escolha do material — de FR-4 padrão a Rogers de alta frequência, poliimida para circuitos flexíveis ou núcleo de metal para gerenciamento térmico — impacta profundamente os parâmetros de montagem. Temperatura de Transição Vítrea (Tg) é uma propriedade chave; FR-4 de alta Tg (por exemplo, Tg > 170°C) é essencial para o reflow sem chumbo para evitar delaminação ou expansão no eixo z. Temperatura de Decomposição (Td) deve exceder com segurança as temperaturas de reflow de pico. CTE deve ser considerado para minimizar a tensão nos furos passantes e nas juntas dos componentes. Para placas de interconexão de alta densidade (HDI), a qualidade da laminação sequencial, formação de microvias e acabamento da superfície (por exemplo, Ouro por Imersão Níquel Sem Eletrodo - ENIG, Prata por Imersão) afeta diretamente a soldabilidade, a capacidade de ligação por fio e a vida útil. Compreender essas interações de materiais não é acessório; é a base para projetar um processo de montagem fabricável e confiável.