A importância dos Parâmetros de Velocidade e Força dos Rodos para a Deposição Ideal de Pasta de Solda

A impressão de pasta de solda é uma das etapas mais críticas do processo SMT e tem influência direta na formação da junta soldada, na repetibilidade do processo e no desempenho global da linha de montagem. Em muitas fábricas, ainda é comum que os parâmetros da impressora sejam ajustados com base em tentativa e erro, principalmente durante a introdução de novos produtos ou em situações de análise de falhas. O problema é que essa prática consome tempo, gera desperdício de material e dificulta a padronização do processo. Foi justamente a partir dessa necessidade prática que este estudo buscou analisar a correlação entre força, velocidade dos rodos e volume de pasta de solda depositado, considerando também a influência das aberturas do stencil.

Por que o volume de pasta de solda é tão importante no processo SMT?
Quando o volume de pasta depositado não está dentro da condição ideal, o processo se torna vulnerável a uma série de defeitos. Entre os problemas mais comuns estão falta de solda, excesso, curtos, variação de fillet, tombstoning e instabilidade na formação das juntas. Isso acontece porque a pasta de solda não é apenas um insumo aplicado sobre o pad, mas sim a matéria-prima da futura conexão metalúrgica entre o componente e o circuito impresso.
Por esse motivo, a impressão deve ser tratada como uma etapa estratégica dentro da montagem eletrônica. Se a deposição for inconsistente, o restante da linha trabalhará sobre uma base já comprometida. Em outras palavras, mesmo que o perfil térmico esteja correto, os componentes estejam adequados e a inspeção final seja robusta, a origem do problema pode estar em uma condição ruim de impressão logo no início do processo.

O que realmente interfere na deposição da pasta de solda?
Entre as principais variáveis do processo de impressão estão a geometria das aberturas do stencil, a espessura da folha, a condição da pasta, o tipo de apoio da placa e os parâmetros da impressora. Dentro desses parâmetros, força e velocidade dos rodos se destacam por influenciarem diretamente a forma como a pasta "rola" sobre o stencil, preenche as aberturas e é liberada sobre o PCB.
O estudo apresentando neste blog mostra que a deposição acontece em etapas sucessivas: transporte da pasta sobre o stencil, preenchimento das aberturas, nivelamento do depósito e separação do stencil em relação à placa. Em todas essas fases, a interação entre esforço mecânico e comportamento reológico da pasta interfere no volume final transferido. Isso significa que a qualidade da impressão não depende apenas de um bom stencil ou de uma pasta adequada, mas do equilíbrio entre todos os elementos do sistema.

A influência da tixotropia no comportamento da pasta de solda
Um dos fundamentos mais importantes para compreender esse processo é o comportamento tixotrópico da pasta de solda. Isso significa que sua viscosidade varia quando o material é submetido à tensão de cisalhamento. Na prática, quando os rodos aplicam força e se deslocam com determinada velocidade, a pasta sofre alteração reológica, reduz temporariamente sua viscosidade e passa a preencher melhor as aberturas do stencil.
Esse fenômeno ajuda a explicar por que mudanças aparentemente simples nos ajustes da printer geram impacto direto no volume de pasta depositado. A energia mecânica aplicada ao material modifica sua fluidez no instante da impressão. No entanto, essa transferência não depende apenas da pasta; ela também é limitada ou favorecida pela geometria da abertura do stencil. Dependendo do desenho, parte da pasta pode ser retida nas laterais ou cantos do stencil, reduzindo a eficiência de transferência. O estudo aborda exatamente essa relação entre tixotropia, tensão de cisalhamento e geometria de abertura para 04 componentes SMD (Surface Mount Device - Dispositivo de Montagem em Superfície) simples.

O papel do stencil na eficiência de transferência
O stencil tem papel decisivo no resultado da impressão. Sua espessura, seu processo de fabricação e, principalmente, o desenho das aberturas influenciam diretamente o volume de pasta que efetivamente consegue ser transferido para o PCB. Por isso, este estudo reforça a importância de considerar parâmetros como o aspect ratio, área ratio e five ball rule, ainda na fase de desenvolvimento do ferramental. Para conhecer um pouco mais sobre o Design de Stencil, os convido a ler nosso blog sobre o tema: O desafio da validação de stencils e a inovação com o stencil report.
Na prática da manufatura eletrônica, isso significa que não basta definir uma boa abertura e depois tentar resolver o restante apenas por regulagem de máquina. A eficiência de transferência depende da interação entre a geometria do stencil e os parâmetros de impressão. Essa visão integrada é essencial para reduzir ajustes empíricos e tornar o processo mais previsível, principalmente em placas com diferentes famílias de componentes convivendo no mesmo ciclo de impressão.

Como o estudo foi conduzido na prática
A análise foi realizada com abordagem quantitativa em ambiente real de produção, utilizando uma placa sensor aplicada em plantadeiras de sementes, utilizadas largamente no segmento do Agro. O experimento considerou quatro tipos de componentes eletrônicos com geometrias distintas de soldagem: capacitor cerâmico 0805, transistor SOT23, circuito integrado TSSOP14 e circuito integrado QFN28. Para cada um deles, foram utilizadas regras específicas de abertura no stencil, de acordo com as necessidades de deposição de cada encapsulamento.

Para avaliar o efeito dos parâmetros da impressora, foram testadas nove combinações de processo, resultantes da variação de três velocidades de impressão, 60, 80 e 100 mm/s, e três níveis de força, 6, 7 e 8 kgf. Os volumes depositados foram medidos por uma SPI 3D, permitindo análise estatística dos resultados obtidos. Essa metodologia é particularmente relevante porque reflete a realidade industrial, onde uma única condição de impressão precisa atender simultaneamente componentes com exigências muito diferentes.

O que os resultados mostraram sobre força, velocidade e volume de solda
Os resultados do estudo mostraram uma correlação direta entre os parâmetros avaliados e o volume de pasta de solda depositado para cada componente (Tabelas 1, 2, 3 e 4). Nos quatro tipos de componentes analisados, o aumento da força e da velocidade dos rodos resultou em aumento do volume de pasta transferido. Essa conclusão confirma que os parâmetros da impressora podem ser tratados de forma mais previsível quando analisados com base em dados reais de processo.
Ao mesmo tempo, o estudo mostrou que essa sensibilidade não foi igual para todos os componentes. O capacitor 0805 apresentou menor variação entre as combinações testadas, mesmo mantendo volumes altos, enquanto o QFN28 apresentou a maior amplitude de variação. O TSSOP14 também demonstrou comportamento sensível às mudanças de parâmetro, e o SOT23 ficou em condição intermediária. Esse resultado reforça um ponto importante da engenharia de processo: o efeito da regulagem da máquina existe, mas sua intensidade depende fortemente da geometria da abertura do stencil e do tipo de componente avaliado.

Avaliando estes resultados em termos de interação entre eles através da ferramenta do Minitab, foram criados dois gráficos que permite fazer algumas ponderações interessantes:

Os gráficos acima ajudam a visualizar com mais clareza o que o estudo já vinha mostrando nos dados: tanto a pressão quanto a velocidade dos rodos influenciam diretamente o volume de pasta depositado.
No gráfico 01, percebe-se que o aumento dos dois parâmetros elevou o volume médio de pasta, entretanto, a velocidade apresentou um efeito mais crescente (inclinação da linha no gráfico) dentro da faixa avaliada. Isso indica que, considerando condições testadas, aumentar a velocidade gerou uma resposta mais expressiva no processo de impressão (Volume), provavelmente por favorecer o cisalhamento da pasta e melhorar temporariamente sua fluidez (Tixotropia) durante o preenchimento das aberturas do stencil.
Já o gráfico 02, apresenta um ponto ainda mais importante: pressão e velocidade não atuam de forma isolada. O efeito de um parâmetro depende do nível em que o outro se encontra. Em baixa velocidade (linha azul), por exemplo, o aumento da pressão exerceu impacto mais significativo sobre o volume depositado. Do modo semelhante, em condições de baixa pressão, o aumento da velocidade também tende a gerar efeito mais expressivo. Isso mostra que a resposta do processo muda conforme a condição de partida, e por isso, a regulagem da printer deve ser feita com critério, considerando a combinação entre os parâmetros e não apenas ajustes individuais.

O que acontece quando apenas um parâmetro é aumentado?
Outro ponto importante observado no estudo foi o comportamento dos parâmetros quando avaliados em condições mais baixas. Na menor velocidade testada, 60 mm/s, o aumento da força provocou variação mais significativa no volume de pasta. De forma semelhante, na menor força testada, 6 kgf, o aumento da velocidade gerou efeito mais expressivo.
Esse comportamento mostra que força e velocidade não devem ser avaliadas de forma isolada. Elas interagem no processo e podem ter maior ou menor impacto dependendo da condição de partida. Em termos práticos, isso auxilia o engenheiro de processo a tomar decisões mais assertivas ao elevar ou reduzir o volume em pontos específicos da placa, evitando a necessidade de alterar múltiplas variáveis sem critério.

Por que o maior volume nem sempre é o melhor ajuste?
Uma conclusão relevante do trabalho é que os maiores aumentos de volume ocorreram quando força e velocidade foram elevadas simultaneamente (linha verde, gráfico 2). Contudo, isso não implica que essa seja necessariamente a melhor configuração para o processo. Em uma linha SMT real, a impressão ocorre de forma simultânea para todos os componentes da placa. Assim, a condição que favorece a transferência de um componente pode facilmente gerar excesso em outro.
Por esse motivo, a definição dos parâmetros deve considerar o conjunto do produto e não apenas o ponto mais crítico de forma isolada. O engenheiro de processo precisa encontrar uma condição intermediária, capaz de atender adequadamente as diferentes geometrias presentes na placa, de modo que a condição que favorece a transferência de um componente pode facilmente resultar em excesso em outro.

A relação entre qualidade, produtividade e vida útil do ferramental
Do ponto de vista industrial, o trabalho traz uma reflexão bastante útil. Velocidades mais altas podem contribuir positivamente para o tempo de ciclo da linha e, portanto, para a produtividade. Por outro lado, forças menores tendem a ser melhores para preservar a vida útil do stencil e dos rodos, uma vez que reduzem desgaste mecânico por atrito.
Isso mostra que a melhor regulagem da impressora não é simplesmente aquela que produz o maior volume possível, mas sim a que entrega equilíbrio entre qualidade de deposição, produtividade e preservação do ferramental. Essa é uma visão de engenharia madura, porque retira o processo do campo do ajuste reativo e insere uma lógica de decisão técnica fundamentada no desempenho global da linha.

Como a SPI pode ser usado além da inspeção de aprovação e rejeição
O estudo também reforça a importância do SPI como ferramenta de análise, e não apenas como barreira de controle para aprovar ou rejeitar placas. A máquina de inspeção de pasta permite utilizar recursos estatísticos como Histogramas, Pareto, Cartas de controle e índices de capacidade, auxiliando diretamente a engenharia na compreensão do comportamento do processo.
Quando a SPI é usado dessa forma, deixa de ser apenas um sistema de triagem e passa a atuar como ferramenta de desenvolvimento e melhoria contínua. Isso é especialmente importante para empresas que desejam reduzir ajustes baseados em percepção subjetiva e construir referências mais robustas para novos projetos e análises de causa raiz.

O que esse estudo ensina para a rotina da manufatura eletrônica
A principal contribuição prática deste trabalho está em mostrar que conhecimento de processo reduz desperdícios. Quando a regulagem da printer depende exclusivamente de tentativa e erro, a empresa consome mais tempo, mais pasta, mais capacidade produtiva e mais esforço de engenharia. Quando passa a construir referências técnicas baseadas em dados, relacionando força, velocidade, abertura de stencil e comportamento de volume por tipo de componente, a tomada de decisão se torna mais rápida, mais precisa e mais padronizada.
Esse tipo de abordagem fortalece o NPI, melhora a assertividade em troubleshooting e reduz a dependência de ajustes empíricos. Além disso, abre caminho para a criação de bases internas de conhecimento que podem ser utilizadas em novos projetos, auditorias de processo e revisão de critérios de engenharia. O próprio estudo indica que a metodologia pode ser expandida para outras famílias de componentes e outras geometrias de abertura, tornando-se uma ferramenta ainda mais completa para a manufatura eletrônica.

A correlação entre força, velocidade e volume de pasta de solda mostrou-se diretamente proporcional nos quatro tipos de componentes analisados, mas com intensidades diferentes em função das geometrias de abertura utilizadas. Esse resultado reforça que a impressão de pasta de solda deve ser tratada como uma etapa estratégica do processo SMT, em que máquina, stencil, pasta e inspeção precisam ser avaliados de forma integrada.

Na prática, a grande lição é clara: quanto maior o domínio técnico sobre a etapa de impressão, menor a dependência de tentativa e erro, maior a robustez do processo e melhor o desempenho da linha em qualidade, produtividade e repetibilidade. Para empresas que desejam elevar a maturidade da montagem eletrônica, transformar dados de impressão em inteligência aplicada ao processo é um caminho sem volta.

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