Tombstone, já ocorreu isto em seu processo?

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Com o advento da introdução do Lead Free no processo da montagem eletrônica, se por um lado trouxe benefícios, como a possibilidade de miniaturizar os componentes e pad´s, e consequentemente estreitar os espaçamentos entre estes pad´s dos componentes, por outro lado também advieram os desafios, pois estreitaram-se as margens para otimização do processo da impressão da pasta de solda e a sua refusão.

A redução do tamanho dos componentes e pad´s dos componentes, possibilitaram desenvolverem produtos para o mercado cada vez menores, tais como, Celulares, Smartphone, Tablet, Ebook, Notebook, e outros. Benefícios e facilidades para os usuários, e mais desafios para os Engenheiros!!!

Com as miniaturizações dos Componentes e Pad´s da PCB´s, consequentemente temos deposição de menos solda nestas junções, isto teve um significado importante, pois os cientistas dos fabricantes da pasta de solda, tiveram que se debruçar em constantes pesquisas, embasados nas normas, JEDEC, J-STD-004 e J-STD-005 respectivamente, de forma a obter um fluxo com poder de ação fundente e partículas de solda menores.

Consequentemente as fábricas de montagem SMT, se depararam com margens mais estreitas para se trabalhar no processo, pois, uma eventual oxidação fatalmente vai gerar efeitos indesejáveis, como Graping, Head-In-Pillow, Voiding, e outros, tais como o Tombstones e falha de impressão da pasta de solda. Todavia, neste artigo vamos nos ater ao “Fenômeno Tombstone”.

O que é Tombstone?

Tombstone é um fenômeno, ele ocorre quando componentes SMD, tais como, Resistores, Capacitores, e Diodos, ficam parcialmente ou totalmente levantados a partir de um dos lados do pad da PCB, onde os mesmos foram inseridos. O que na maioria das vezes ocorre é que uma extremidade do chip (Resistor, Capacitor ou Diodo) é soldada no pad da placa (PCB), enquanto a extremidade oposta do componente levanta e pode até ficar totalmente na vertical, esta posição quando visualizamos, é muito semelhante a de uma lápide em um cemitério, por isto a origem deste nome.

Gerador em Potencial:

  1. Os pad´s de solda não são adequados para o tamanho do componente.
  2. O espaçamento entre os pad´s em desacordo com o tamanho do componente, muito ampla, deixando de cobrir menos de 50 % do pad da PCB.
  3. Utilizar tamanhos diferentes para os pad´s.
  4. Capacitores 0402, 0201 e 01005.
  5. A deposição da pasta de solda não ser uniforme nos dois pad´s.
  6. Imprecisão na inserção do componente (deslocado).
  7. O perfil térmico do forno não estar adequado.
  8. O material da PCB apresentar capacidade de condução térmica e de aquecimento desiguais.
  9. Componentes de massa muito maior ao lado.
  10. Quando utilizamos uma câmara de aquecimento inerte, ou seja, o uso de nitrogênio potencializa a ocorrência do efeito Tombstone.
  11. O componente estar posicionado muito próximo, e paralelamente ao conveyor do forno.

Notem, os itens listados acima são indicativos das causas quando temos ocorrência do efeito Tombstone, todavia, eles não são exaustivos.

Como podemos observar, ao elaborarmos uma lista de prováveis causas, iremos encontrar diversos fatores que contribuem para a causa do fenômeno Tombstone, porém o motivo originário é ausência da capacidade da “molhagem”, ou seja, quando submetida a determinada temperatura, a solda deve ficar liquida simultaneamente nos dois pad´s que o componente está depositado, e fluir por capilaridade para os terminais de maneira uniforme.

Quando se perde esta capacidade o efeito Tombstone predomina. O fato da solda começar a derreter de forma desigual nas extremidades dos terminais dos chips, causa um desiquilíbrio. Este desiquilíbrio provoca uma instabilidade, o componente é deslocado para o lado onde a solda derreteu primeiro, porém este efeito se completa quando a solda começa a se solidificar, pois o efeito tração puxa o componente fazendo com que o mesmo se levante, perdendo o contato com uma das extremidades, e pode ser parcialmente ou totalmente levantado. Entretanto devemos observar que quanto menor o componente, potencializa a ocorrência do efeito Tombstone, é o que ocorre nos capacitores 0402, 0201, e 01005 devido a sua massa ser desproporcional a sua altura.

Medida de Contenção

O recomendável é estudar o projeto e o processo como um todo, e fazer uma análise crítica, e pouco importa se o produto já foi produzido antes sem que houvesse registro desta ocorrência, pois possa ser que não tenha sido registrado, ou pode ser que tenha ocorrido alguma alteração.

Assim sendo, verifique:

  • Lay out da PCB e design dos pad´s, (Ver Norma IPC – 7351B);
  • Componentes quanto as condições de armazenagem e validade, (ver Especificações Fabricante);
  • Pasta de Solda quanto as condições de armazenagem e validade, (ver Especificações Fabricante).
  • Screen Printer verificar Parâmetros do Programa, Processos e Manutenções, (Ver Recomendações do Fabricante);
  • Chip Shooter verificar Parâmetros do Programa, Processos e Manutenções, (Ver Recomendações do Fabricante).
  • Forno verificar se faz uso ou não do Nitrogênio (N2), Parâmetros do Perfil Térmico e Manutenções, (Ver Recomendações do Fabricante);
  • Verificar as esteiras de transporte (conveyor), quanto ao correto funcionamento, (Pode provocar trepidações ou colisões).
Uma sugestão é primeiramente listar todas as causas prováveis, depois confrontar com o produto e os equipamentos da linha que está sendo produzido, e apresenta tal falha. Existem várias técnicas que se adequadamente aplicadas consegue-se chegar a causa-raiz, (PDCA, MASP, DMAIC, RCA ou FMEA), escolha uma que melhor convier.

Ocorrência

O fenômeno Tombstone, ocorre em resistores, capacitores ou diodos. Porém, devido a miniaturização dos componentes passivos, aumentaram a incidência nos capacitores com encapsulamentos 0402, 0201 e 01005, devido a sua massa ser muito pequena, em relação a força da tensão superficial que ocorre em seus terminais quando a solda esta em processo de refusão.

 

Autor: Sidney Santos,  profissional que atua no mercado de manufatura de eletroeletrônicos a mais de 20 anos, em sua trajetória profissional teve a oportunidade de trabalhar em empresas do seguimento de fabricação de Controle de Ponte Rolante, Trem/Troleibus, Painéis de Controle de Siderurgias, Elevadores, Power Supply, Telecomunicações, Computadores, Eletrônica Embarcada – Automotivo, Eletrônica de Consumo, Áudio e outros seguimentos.

 

Last modified: 21 de maio de 2019

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