Por que ocorre descoloração da máscara de solda branca após o refluxo?

A máscara de solda branca em uma placa de circuito impresso ENIG pode parecer normal antes do envio, mas desenvolver uma tonalidade rosa ou avermelhada após a refusão SMT. Uma possível causa é o resíduo do processo de imersão em ouro que permanece na superfície da máscara de solda e interage com seu pigmento branco durante o aquecimento subsequente.

Na SQPCB, vivenciamos um caso que resultou em perdas combinadas de quase US$ 40,000 . A investigação destacou a importância da limpeza pós-ENIG e da verificação da aparência térmica.

Este artigo explica o que aconteceu, o contexto técnico e os controles de processo que podem ajudar a prevenir problemas semelhantes.

Descoloração da máscara de solda branca após refluxo

Placas de circuito impresso sem componentes, conjuntos de PCB descoloridos

As placas afetadas passaram por nossas verificações de rotina de saída:

• A aparência da máscara de solda branca era normal.
• A inspeção visual não revelou nenhuma descoloração óbvia.
• Teste elétrico aprovado.

Após a refusão SMT nas instalações do cliente, a máscara de solda branca apresentou diferentes graus de descoloração avermelhada. Os componentes já haviam sido montados, o que tornou a resolução do problema significativamente mais cara.

Uma ligeira alteração de cor surgiu durante a montagem do protótipo. Por ser pequena, não recebeu a devida atenção. Durante a produção em massa, quase todo o lote apresentou o problema em diferentes graus.

A lição foi clara: uma pequena anomalia no protótipo deve ser investigada antes que a produção seja ampliada.

Por que ENIG era uma pista importante?

Nas amostras que comparamos, as placas afetadas compartilhavam duas características:

Máscara de solda branca e acabamento superficial ENIG.

Outros acabamentos de superfície comparados não apresentaram o mesmo problema. Isso direcionou nossa investigação para o processamento de ouro por imersão e posterior enxágue.

Isso não significa que a máscara de solda branca e o ENIG sejam inerentemente incompatíveis. Materiais adequadamente selecionados e processamento controlado podem produzir placas satisfatórias. A preocupação reside na combinação da formulação da máscara de solda, da química de revestimento, da contaminação residual e das condições de montagem.

Saiba mais sobre a fabricação de PCBs ENIG da SQPCB.

Como os resíduos de ENIG podem afetar a máscara de solda branca?

A máscara de solda branca geralmente contém dióxido de titânio como pigmento branco.

Pesquisas publicadas pela Technic relacionam a descoloração vermelha ou rosa após o refluxo de SMT às interações entre os componentes químicos do ouro de imersão e o dióxido de titânio na máscara de solda. www.technic.com

A Taiyo e a Umicore também relataram uma relação entre a limpeza após o enxágue com ouro e a descoloração. Amostras expostas a condições de enxágue mais limpas permaneceram brancas, enquanto amostras processadas em condições de enxágue mais contaminadas tornaram-se roxas durante os testes térmicos subsequentes. archive.constantcontact.com

Essas descobertas mostram por que a investigação deve ir além do forno de refluxo. O calor pode revelar um problema introduzido anteriormente na fabricação da placa de circuito impresso.

No entanto, a cor por si só não identifica o contaminante ou a reação exata. O processo real requer investigação e comparação controlada.

O que a SQPCB descobriu durante a investigação

Para este projeto, o banho de imersão em ouro operou a aproximadamente 65 ± 5°C . Essa era a condição operacional daquele processo específico, e não um requisito de temperatura universal da ENIG.

Embora os tanques de enxágue seguintes não fossem aquecidos, o calor residual do processo anterior manteve a água relativamente morna.

O primeiro enxágue após a imersão do ouro foi um enxágue de recuperação estática, pois a solução residual possuía valor de recuperação de ouro. Com o tempo, a contaminação se acumulou no tanque.

Nossa investigação focou em:

• Resíduos acumulados do processo.
• Contaminação orgânica e possível crescimento microbiano.
• A eficácia do enxágue subsequente.
• Resíduos remanescentes na superfície da máscara de solda.

Nossa explicação provisória era que a contaminação contribuiu para a remoção incompleta dos resíduos, permitindo que a descoloração se desenvolvesse durante o aquecimento.

Os ensaios corretivos confirmaram a eficácia da limpeza como um fator chave. No entanto, eles não estabeleceram de forma independente todos os detalhes do mecanismo microbiano ou químico.

Limpeza com água quente: uma ação corretiva específica para cada caso.

Neste caso, as amostras de placa nua afetadas foram limpas novamente com água quente a 90–100 °C e submetidas a uma verificação térmica subsequente.

As amostras limpas novamente não desenvolveram a mesma descoloração durante os testes subsequentes. Isso forneceu uma direção corretiva prática e confirmou a importância dos resíduos superficiais como fator contribuinte.

Essa faixa de temperatura não deve ser adotada como uma especificação universal de limpeza. O tratamento adequado depende da máscara de solda, do laminado, da construção da placa, da contaminação e dos requisitos de secagem.

As placas de circuito impresso (PCBs) com componentes instalados exigem uma avaliação separada, pois os componentes e os materiais de montagem podem não tolerar o mesmo tratamento.

O sucesso do retrabalho deve ser verificado após o aquecimento, e não avaliado apenas pela aparência imediatamente após a limpeza.

Por que o prejuízo total chegou a quase US$ 40,000?

O impacto financeiro foi muito além do custo das placas em si.

Nossa resposta incluiu a produção de substituição, a devolução das placas afetadas dos Estados Unidos, retrabalho, descontos negociados em produtos montados afetados e acordos de compensação por meio de pedidos subsequentes.

Os custos totais incluíram:

• Envio internacional.
• Análise de falhas e retrabalho.
• Tábuas descartadas.
• Perdas de placas de circuito impresso (PCBA) do cliente.
• Produção de placas de circuito impresso de substituição.

Quanto mais tarde um problema de fabricação for detectado, maior será o valor acumulado que poderá ser afetado.

Como reduzir o risco de descoloração da máscara de solda branca

1. Controle do enxágue pós-ENIG

A lavagem de recuperação recolhe resíduos químicos valiosos; não substitui uma limpeza eficaz subsequente.

Defina, em consulta com o fornecedor do processo, os controles adequados para a qualidade da água, manutenção do tanque, renovação da solução e desempenho do enxágue.

2. Verificar a compatibilidade de materiais e processos

Avalie a máscara de solda branca selecionada com a química ENIG real e as condições de processamento.

A brancura inicial deve ser considerada juntamente com a estabilidade da cor após o acabamento da superfície e a exposição térmica.

3. Incluir verificações de aparência térmica

Testes elétricos de rotina não conseguem detectar uma mudança de cor que ocorre somente após o aquecimento.

Utilize amostras representativas e um perfil térmico adequado para verificar a aparência antes e depois da exposição. Quando relevante, inclua o fluxo especificado pelo cliente e o número esperado de ciclos de refluxo.

Essa consideração se aplica tanto a placas simples quanto a PCBs multicamadas.

4. Investigar a descoloração do protótipo

Uma ligeira tonalidade rosada durante a montagem do protótipo merece atenção antes da produção em massa.

Registre as condições, guarde amostras para comparação e verifique as ações corretivas antes de liberar novos lotes.

5. Preservar a verificação em prazos de entrega apertados

Para a fabricação rápida de PCBs , as verificações relevantes de materiais e processos devem continuar fazendo parte do planejamento da produção.

Detectar uma anomalia precocemente pode evitar perdas maiores na montagem e interrupções na entrega.

O que verificar quando a máscara de solda branca fica vermelha

Ao investigar a descoloração após o reflow SMT, revise as seguintes informações em conjunto:

Os resíduos pós-ENIG representam uma importante linha de investigação, mas não se deve assumir que expliquem todos os casos.

Na SQPCB, essa experiência reforçou uma necessidade prática: as placas ENIG com máscara de solda branca devem ser avaliadas quanto à sua aparência após o processamento térmico relevante, bem como antes do envio.

Escrito por 

— Tony Niu | Fabricante de PCBs | 25 anos de experiência no setor

Compartilhando conhecimentos práticos sobre a fabricação de PCBs, conectando-nos com colegas do setor e construindo parcerias duradouras com clientes em todo o mundo.

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