Normas de inspeção da qualidade da soldadura: O seu guia

A soldadura é um processo tecnológico importante na montagem de produtos electrónicos e constitui uma etapa essencial do seu fabrico.

É amplamente utilizado na experimentação, ajustamento e produção de produtos electrónicos e constitui uma carga de trabalho substancial. A qualidade da soldadura influencia diretamente a qualidade do produto.

A maioria das falhas nos produtos electrónicos, para além dos problemas com os componentes, deve-se predominantemente a uma má qualidade da soldadura. Por conseguinte, o domínio de competências de operação de soldadura proficiente é essencial para a qualidade do produto.

I. Requisitos de qualidade para os pontos de soldadura

Os requisitos de qualidade dos pontos de soldadura devem incluir um bom contacto elétrico, um contacto mecânico robusto e um aspeto estético.

O aspeto mais crítico para garantir a qualidade do ponto de soldadura é evitar as juntas de soldadura a frio.

1. Ligação eléctrica fiável

A soldadura é o principal meio de realizar fisicamente ligações eléctricas em circuitos electrónicos. As ligações por soldadura não são obtidas por pressão, mas pela formação de uma camada de liga sólida durante o processo de soldadura. processo de soldadura para atingir o objetivo da ligação eléctrica.

Se a solda estiver apenas empilhada na superfície das peças soldadas ou se apenas uma pequena parte formar uma camada de liga, pode ser difícil detetar quaisquer problemas com o ponto de soldadura durante os testes iniciais e a operação.

Um ponto de soldadura deste tipo pode passar corrente a curto prazo, mas com as alterações das condições e a passagem do tempo, a camada de contacto oxida, separa-se e cria circuitos intermitentes ou não funcionais.

A observação do exterior do ponto de soldadura pode ainda parecer boa, o que constitui uma grande preocupação durante a utilização de instrumentos electrónicos e um problema que deve ser levado a sério durante o fabrico do produto.

2. Resistência mecânica adequada

A soldadura não serve apenas o propósito de ligação eléctrica, mas também fixa componentes e assegura a ligação mecânica. Para garantir que as peças soldadas não caem ou se soltam quando sujeitas a vibrações ou impactos, os pontos de soldadura devem ter uma resistência mecânica adequada.

Geralmente, isto pode ser conseguido dobrando os terminais de chumbo dos componentes a soldar e, em seguida, efectuando a soldadura.

A liga de chumbo-estanho, utilizada como material de soldadura, tem uma resistência relativamente baixa, sendo a resistência à tração dos materiais de soldadura de chumbo-estanho normalmente utilizados de cerca de 3-4,7 kg/cm2, apenas 10% do aço normal.

Para aumentar a resistência, é necessária uma área de ligação suficiente. Se for uma junta de solda fria com a solda apenas empilhada na almofada de solda, não terá qualquer resistência.

3. Aspeto liso e limpo

Um bom ponto de soldadura requer uma quantidade adequada de solda, tem um brilho metálico, não tem picos ou pontes e não danifica a camada de isolamento do fio ou componentes adjacentes. Uma boa aparência reflecte a qualidade da soldadura.

Nota: A presença de um brilho metálico indica que a temperatura de soldadura e a formação de uma camada de liga, que não é apenas um requisito de aparência estética.

O aspeto de um ponto de soldadura típico está representado na Figura 1, com as seguintes características comuns:

• A forma é simetricamente semelhante a uma saia, centrada em torno do fio de soldadura.
• O material de soldadura forma uma superfície côncava semi-arqueada, com uma junção suave entre o material de soldadura e a peça soldada, e o ângulo de contacto é tão pequeno quanto possível.
• A superfície é brilhante e lisa.
• Não existem fissuras, buracos ou inclusões de escória.

Para além da inspeção visual (ou da utilização de uma lupa ou de um microscópio) para verificar se o ponto de soldadura cumpre as normas acima referidas, a inspeção da qualidade da soldadura também inclui o seguinte: soldaduras em falta; solda com picos; curtos-circuitos induzidos pela solda entre fios (ou seja, "ponte"); danos no isolamento do fio e dos componentes; modelação do fio; salpicos de solda.

Durante a inspeção, para além das verificações visuais, são utilizados métodos como o toque, a sondagem com pinça e a extração do fio para verificar defeitos como a rutura do fio e a descamação da almofada.

II. Métodos de inspeção da qualidade da soldadura

1. Inspeção visual

A inspeção visual consiste em verificar a qualidade da soldadura a partir de uma perspetiva externa para identificar eventuais defeitos no ponto de soldadura.

O conteúdo principal da inspeção visual inclui:

   1. Se há soldaduras em falta, ou seja, se os pontos de soldadura que deveriam ser soldados não o são.

   2. O brilho do ponto de soldadura.

   3. Se existe solda suficiente no ponto de soldadura.

   4. Se existem fluxos residuais em torno do ponto de soldadura.

   5. Se as soldaduras são contínuas e se os calços se soltaram.

   6. Se o ponto de soldadura apresenta fissuras.

   7. Se o ponto de soldadura é irregular; se existe um fenómeno de picos no ponto de soldadura.

A Figura 2 mostra a forma correcta do ponto de soldadura. Na figura, (a) é a forma de um ponto de soldadura de inserção direta e (b) é a forma de um ponto de soldadura semi-curvado.

2. Inspeção por toque

A inspeção por toque refere-se principalmente à existência de componentes soltos ou soldados de forma insegura quando tocados.

Usando uma pinça para segurar o cabo do componente e puxando-o suavemente para ver se há alguma folga. Se a solda no topo cai quando o ponto de soldadura é abanado.

3. Inspeção de ligação

Após a conclusão da inspeção externa e a confirmação de que a cablagem está correcta, pode ser realizada a inspeção de ligação, que é fundamental para testar o desempenho do circuito.

Se a inspeção externa não for efectuada de forma rigorosa, a inspeção de ligação não só será mais difícil, como também poderá danificar o equipamento e provocar acidentes de segurança.

Por exemplo, se a ligação da fonte de alimentação não estiver bem soldada, verificar-se-á que o dispositivo não pode ser ligado durante a inspeção de ligação, tornando impossível a verificação.

Inspeção de arranque e análise da causa principal

Inspeção de eletrificação

(1) Falha de componentes

• Falha: O ferro de soldar está a sofrer uma fuga eléctrica e sofreu danos devido a sobreaquecimento.
• Degradação do desempenho: O ferro de soldar tem um problema de fuga eléctrica e foi danificado devido a sobreaquecimento.

(2) Fraca condutividade eléctrica

• Curto-circuito: Ponte e salpicos de solda.
• Interrupção de circuitos: Abertura de juntas de soldadura, resíduos de fluxo de colofónia, soldadura a frio e mau contacto nas tomadas.
• Ligação intermitente: Quebra de fio, descascamento de almofada, etc.

As inspecções de ligação podem revelar muitos defeitos menores, como pontes de circuitos que não são visíveis a olho nu. No entanto, é difícil detetar potenciais problemas como a soldadura seca interna.

Por conseguinte, a solução fundamental consiste em melhorar o nível de competência da operação de soldadura, em vez de deixar a tarefa para o processo de inspeção.

A relação entre as potenciais falhas que podem ocorrer durante a inspeção de arranque e defeitos de soldadura é ilustrado na Figura 3 para referência.

III. Defeitos comuns das juntas de solda PCBA e análise

As causas dos defeitos de soldadura são numerosas. Com certos materiais (solda e fluxo) e ferramentas (ferro de soldar, gabarito), os métodos utilizados e o sentido de responsabilidade do operador tornam-se factores determinantes.

Os defeitos comuns observados no posicionamento de componentes PCBA e nas juntas de soldadura são apresentados nos quadros 1 e 2.

Estas tabelas listam o aspeto, as características e os perigos dos defeitos comuns das juntas de soldadura, juntamente com uma análise das suas causas.

Tabela 1: Análise dos defeitos comuns das juntas de soldadura

Defeito no ponto de soldadura	Características de conceção	Danos	Análise da causa raiz
Soldadura falsa	Existe uma linha preta distinta entre a solda e o chumbo do componente ou a folha de cobre, com a solda a recuar em direção ao limite.	Não pode funcionar corretamente.	1. Os cabos dos componentes não foram limpos corretamente, não foram estanhados adequadamente ou a solda oxidou. 2. A placa de circuito impresso não foi cuidadosamente limpa e a qualidade do fluxo aplicado foi inferior.
Curto-circuito da solda	O excesso de soldadura provocou um curto-circuito devido à formação de pontes de solda entre pontos adjacentes.	Curto-circuito elétrico.	1. O técnica de soldadura está incorreto. 2. Há um excesso de solda.
Ligação	Fios adjacentes ligados.	Curto-circuito elétrico.	1. Os cabos dos componentes são deixados demasiado compridos após o corte. 2. Os fios residuais dos componentes não foram eliminados.
Soldadura por movimento de riscos	Há fissuras, ásperas como pão esmigalhado, com fendas nas articulações.	A potência é baixa, ou seja, não está a funcionar ou está intermitentemente operacional.	Quando a solda ainda está húmida e sujeita a movimentos.
Solda insuficiente	A área de soldadura é inferior a 75% da almofada e a solda não formou uma superfície lisa sobreposta.	Resistência mecânica insuficiente.	1. Fraco fluxo de solda ou retirada prematura do fio de soldadura. 2. Fluxo insuficiente. 3. A duração da soldadura é demasiado curta.
Excesso de solda	A superfície da solda é convexa.	O desperdício de solda pode potencialmente esconder defeitos.	A retirada da transferência foi atrasada.
Sobreaquecimento	O ponto de soldadura apresenta-se branco, sem brilho metálico, com uma superfície bastante grosseira.	A almofada de solda é suscetível de descascar, resultando numa resistência reduzida.	A potência do ferro de soldar é excessiva, o que resulta em tempos de aquecimento prolongados.
Soldadura a frio	A superfície apresenta-se como grânulos semelhantes a tofu e, por vezes, pode apresentar fissuras.	A resistência é baixa e a condutividade é fraca.	Agitar a peça de trabalho antes de a solda solidificar.
Não absorve	Quando o ângulo de contacto excede os 90 graus, a solda não pode espalhar-se ou cobrir-se, à semelhança de uma gota de óleo que repousa sobre uma superfície com humidade.	A resistência é baixa e a condutividade é fraca.	As superfícies metálicas soldadas não são simétricas, nem a própria fonte de calor.
Folga	Os cabos dos fios ou componentes podem deslocar-se.	Má condutividade ou ausência de condutividade.	1. O chumbo moveu-se antes de a solda ter solidificado, causando uma lacuna. 2. O chumbo não foi tratado (humedecimento deficiente ou ausência de humedecimento).
Puxar para um ponto	Emergência da vanguarda.	A aparência é inferior, o que pode facilmente levar a ocorrências de pontes.	Um ferro de soldar sujo, ou retirado prematuramente antes de o local de soldadura atingir o ponto de fusão da solda, pode resultar em aderência da solda e subsequente formação quando é retirado.
Pinhole	A inspeção visual ou uma lupa de baixa potência podem revelar orifícios na folha de cobre.	Uma resistência insuficiente pode levar a que os pontos de soldadura sejam propensos à corrosão.	A contaminação dos materiais de soldadura, dos materiais das peças e do ambiente.
Delaminação da folha de cobre	A folha de cobre é retirada da placa de circuito impresso.	A placa de circuitos foi danificada.	A duração da soldadura é demasiado longa.

Tabela 2: Padrão e análise de defeitos de juntas de solda SMT para componentes montados em superfície.

Projeto	Diagrama	Pontos-chave	Ferramentas de inspeção	Critérios de julgamento:
1. Posição da peça.		A amplitude "W" do elétrodo de junção cobre mais de metade da superfície condutora. Importante: A inspeção visual deve ser utilizada para identificar o desvio da posição do componente e não através da verificação com um aparelho de teste. Em vez disso, utilize uma lupa para observação direta.	Pinças	Mais de metade
2. Posição da peça.		Mais de metade do comprimento E do elétrodo de junção é coberto pela superfície condutora. Precaução: A inspeção visual deve ser utilizada para determinar o desvio da posição da peça, não confirmada com um aparelho de teste e verificada com uma lupa.	Pinças	Mais de metade
3. Posição da peça.		Em termos de inclinação das peças da junta, é suficiente cobrir mais de metade da amplitude W do elétrodo da junta na superfície condutora. Nota: Confie na inspeção visual para detetar discrepâncias no posicionamento das peças e evite utilizar um aparelho de teste para confirmação; em vez disso, utilize uma lupa para observação direta.	Pinças	Mais de metade
4. Quantidade de solda.	1/2F	O elétrodo é soldado com estanho, cuja extensão excede metade da altura F e metade da largura W.	Pinças	Mais de metade
5. Quantidade de solda.		Soldar os componentes da junta na direção mais longa, a partir da face final do elétrodo da junta, com uma espessura de solda superior a 0,5 mm. Por exemplo, G.	Pinças	Acima de 0,5 mm
6. Quantidade de solda.		A altura da solda deve ser inferior a 0,3 mm acima da superfície do componente da junta.	Indicador de marcação	Inferior a 0,3 mm
7. Quantidade de solda.		A soldadura nas partes da junta não pode ser sobreposta, como na forma de "I".	Inspeção visual	Não pode ser empilhado em cima
8. Aderência da peça.	Produto de qualidade	Não há adesivo entre o elétrodo do componente de junção e a placa de circuito impresso.	Inspeção visual	Não pode estar sob o elétrodo
	Produto de qualidade
9. Aderência da peça.	Produto defeituoso	Não há adesivo entre o elétrodo do componente de junção e a placa de circuito impresso.	Inspeção visual	Não pode estar sob o elétrodo
10. Aderência da peça.	Não deve conter pastas.	Não devem ser aplicados adesivos na secção do elétrodo dos componentes da junta.	Inspeção visual	Não pode ser adesivo
11. Posição da peça.	Não tocar em G	O posicionamento dos componentes da junta não deve ser deslocado ou inclinado para tocar nos condutores adjacentes. Para os aspectos que não podem ser determinados visualmente, utilizar instrumentos de teste.	Inspeção visual	Não é possível estabelecer contacto
12. Quantidade de solda.	Excesso de solda	A solda não deve transbordar para além da largura da superfície condutora.	Inspeção visual	Não pode transbordar
13. Posição da peça.		Mais de metade da largura J das pernas do componente do CI está acima da superfície condutora.	Pinças	Mais de metade
14. Posição da peça.		Mais de metade do comprimento, K, das pernas do componente do CI faz contacto acima da superfície condutora.	Pinças	Mais de metade
15. Posição da peça.		O deslocamento da posição do componente em relação ao condutor adjacente deve ser ≥0,2mm; não deve entrar em contacto com o condutor adjacente.	Inspeção visual	Não é possível estabelecer contacto
16. Perna instável.		No caso de artigos com extremidades de ponta levantadas, a elevação deve ser inferior a 0,5 mm.	Pinças	Inferior a 0,5 mm
17. Perna instável.		Para artigos em que a base é levantada, o levantamento na base deve ser inferior a 0,5 mm.	Bitola de 0,5 mm	Inferior a 0,5 mm
18. Perna instável.		Para artigos em que todo o pé é levantado, a elevação deve ser inferior a 0,5 mm.	Bitola de 0,5 mm	Inferior a 0,5 mm
19. Perna instável.		A altura da solda desde a superfície da placa impressa até ao pico da solda é inferior a 1 mm.	Pinças	Inferior a 1 mm
20. Perna instável.		A altura da solda ligada à perna do componente é inferior a 0,5 mm.	Pinças	Inferior a 0,5 mm