Solda de baixa temperatura é um campo em rápido desenvolvimento com vários benefícios potenciais para o setor de eletrônicos. Esses benefícios incluem a redução da deformação de componentes e substratos, menor consumo de energia e redução dos custos de material. No entanto, a falta de uma liga de solda padrão e as propriedades exclusivas das ligas emergentes exigem o desenvolvimento de novos fluxos e processos para serem bem-sucedidos.
Neste artigo, exploramos os desafios e as oportunidades atuais na soldagem em baixa temperatura. Esses desafios incluem a disponibilidade limitada de ligas de baixa temperatura, as desvantagens das ligas com alto teor de bismuto, o impacto dos elementos aditivos nas propriedades da liga, a necessidade de novos sistemas de fluxo e a importância de buscar orientação dos fornecedores de solda.
O que é solda em baixa temperatura?
Não existe uma definição formal de Solda de "baixa temperatura". No entanto, geralmente se refere a ligas com temperaturas de pico de refluxo mais baixas do que as tradicionais SAC305 e suas variantes. Enquanto o SAC305 tem uma janela de temperatura de pico de refluxo de 230°C a 255°C, as ligas de baixa temperatura normalmente têm requisitos de pico de refluxo de 190°C ou menos. Os materiais à base de SnBi, por exemplo, têm requisitos de refluxo de pico de 170°C a 190°C.
Embora atualmente não existam ligas de solda padrão para soldagem em baixa temperatura, as mais comuns contêm bismuto. Isso se deve ao fato de que outros elementos candidatos que poderiam contribuir para pontos de fusão mais baixos quando ligados ao estanho, como cádmio, gálio e índio, são tóxicos ou muito mais caros.
Quais são as vantagens e as aplicações da soldagem em baixa temperatura?
Uma das principais aplicações da solda de baixa temperatura é a tecnologia de montagem em superfície (SMT) para a montagem de dispositivos eletrônicos. Um dos desafios da SMT é o risco de empenamento. O empenamento pode ocorrer quando os componentes são expostos a altas temperaturas durante o processo de soldagem. A soldagem em baixa temperatura pode ajudar a reduzir esse risco e melhorar a confiabilidade das interconexões.
Uma lista mais completa dos benefícios da soldagem em baixa temperatura inclui:
- Redução da deformação: Temperaturas mais baixas reduzem o empenamento de componentes e substratos durante a montagem, o que, por sua vez, reduz o risco de defeitos de abertura não úmida (NWO) e melhora a confiabilidade do produto.
- Redução dos custos de material: Ao usar soldas de temperatura mais baixa, os fabricantes podem incorporar plásticos e outros materiais de menor custo, reduzindo os custos gerais.
- Maior flexibilidade de design: As soldas de baixa temperatura permitem maior flexibilidade de projeto, pois componentes mais finos e menores podem ser usados sem o risco de empenamento durante a montagem.
- Redução do impacto ambiental: A soldagem em baixa temperatura resulta em menor consumo de energia e benefícios ambientais relacionados, o que a torna uma opção mais sustentável.
- Menores custos de processamento: O processamento de soldas de baixa temperatura pode ser mais barato do que o de soldas de alta temperatura porque requer menos energia.
Esses benefícios potenciais tornam a soldagem em baixa temperatura uma área promissora para inovação e crescimento futuros. É provável que os aplicativos para consumidores e descartáveis sejam os primeiros a adotá-los devido às vantagens de custo. Entretanto, outros setores precisarão considerar cuidadosamente as opções disponíveis, a equação risco/recompensa e os recursos necessários para desenvolver um processo viável de montagem em baixa temperatura.
Quais são os desafios atuais na soldagem em baixa temperatura?
Apesar dos possíveis benefícios da soldagem em baixa temperatura, há vários desafios que precisam ser superados para a implementação bem-sucedida desses materiais. Alguns dos principais desafios incluem:
Disponibilidade limitada e falta de um padrão
Atualmente, há poucas opções disponíveis para soldas de baixa temperatura, sendo as ligas de SnBi a principal opção. Entretanto, as ligas SnBi têm várias desvantagens em comparação com os materiais baseados em SAC, incluindo um desempenho mecânico e de fadiga térmica inferior. Isso limita seu uso potencial em determinadas aplicações e setores.
A adição de oligoelementos e aditivos pode melhorar o desempenho e geralmente é feita para atender aos requisitos de uma aplicação específica. Porém, com tantas variáveis de entrada, elementos constituintes, elementos aditivos e sua quantidade e efeito no desempenho da liga de solda, é improvável que uma única liga de baixa temperatura atenda a todos ou até mesmo à maioria dos requisitos de aplicação. Como resultado, ainda não foi criado um "padrão" para a soldagem em baixa temperatura.
Desvantagens das ligas com alto teor de bismuto
As ligas com alto teor de bismuto apresentam fragilidade que pode afetar a capacidade do processo e a confiabilidade do produto. Aumentar a proporção de estanho para bismuto pode reduzir a fragilidade, mas isso também aumenta a faixa pastosa, o que pode dificultar a obtenção de uma boa soldagem.
Embora os elementos aditivos, como prata, cobre, antimônio e níquel, possam melhorar o desempenho mecânico e térmico das ligas de bismuto, esses elementos também podem afetar a ductilidade da liga, a temperatura de fusão e as características de processamento. Pode ser um desafio encontrar um equilíbrio entre o desempenho da liga e a capacidade de fabricação.
Necessidade de novos sistemas de fluxo
As propriedades exclusivas das ligas com bismuto exigem o desenvolvimento de sistemas de fluxo totalmente novos para garantir o sucesso da soldagem. Os efeitos do acabamento da superfície, da estanhagem do componente e de outras superfícies soldadas nesses sistemas de fluxo ainda não foram claramente definidos. Esses desafios destacam a necessidade de pesquisa e desenvolvimento contínuos.
A importância de buscar orientação dos fornecedores de solda
É importante buscar orientação dos fornecedores de solda, que podem fornecer informações valiosas sobre as opções disponíveis e ajudar os fabricantes a escolher a liga de solda certa para sua aplicação específica.
Os fornecedores de solda também podem fornecer orientação sobre o desenvolvimento de um processo viável de montagem em baixa temperatura, incluindo a seleção do sistema de fluxo correto, a otimização dos parâmetros do processo e a identificação de possíveis riscos e desafios.
Trabalhar com um fornecedor de solda de boa reputação também pode ajudar os fabricantes a se manterem atualizados sobre os últimos desenvolvimentos em solda de baixa temperatura e a aproveitarem as inovações e os avanços no campo. Mantendo-se à frente da curva, os fabricantes podem permanecer competitivos e garantir que seus produtos sejam otimizados para desempenho e confiabilidade.
Publicado originalmente em Montagem de circuitos, março de 2024.
