Controles de processos na soldagem por onda para a prevenção de defeitos

A soldagem por onda continua sendo um dos processos mais produtivos para montagem de componentes PTH (Pin Through Hole) e aplicações mistas em placas eletrônicas. Entretanto, sua aparente simplicidade operacional esconde um elevado grau de complexidade físico-química e térmica. Pequenas variações nos parâmetros de processo podem resultar em defeitos recorrentes, instabilidade de molhagem, formação inadequada de intermetálicos e variações significativas de desempenho elétrico e mecânico das juntas.

Como frequentemente reforçamos nos treinamentos da Engelet: mais importante do que saber o que fazer e como fazer, é compreender o porquê de cada controle. O domínio técnico dos controles de processo é o que diferencia uma operação reativa de uma manufatura estável, previsível e orientada por dados.
Com base no conteúdo técnico do nosso treinamento em "Controles de Processo na Soldagem por Onda", trazemos este blog para ajudá-los a estabelecer os devidos controles neste processo.

1. Controle do fluxador: papel de fax e peso de fluxo

O fluxo é o agente químico responsável por remover óxidos, facilitar a transferência de calor entre a placa e componentes e permitir que a solda líquida realize molhagem adequada nos pads e terminais. Entretanto, a eficácia do fluxo depende essencialmente da sua aplicação homogênea e quantitativamente adequada.

Validação por Papel de Fax (Papel Térmico)
O ensaio com papel de fax é um método prático e altamente eficaz para validar a uniformidade de aplicação do fluxo. O princípio é simples: ao passar o conjunto metálico ou placa do produto a ser soldado, com papel pelo fluxador, os pontos perfurados permitem a deposição do fluxo, que ao secar deixa marcas ("queima") visíveis. O papel para este teste pode ser comprado através do mercado livre, com descrições como Papel Térmico Impressora Peripage A40 A4 21x30.

É importante ressaltar que este tipo de papel possui dois lados diferentes, e apenas um deles irá entregar as marcações corretas. O lado "mais liso e brilhante" deve ficar voltado para baixo, ou seja, ele irá receber o fluxo e ao aquecer será demarcado. Caso você coloque o lado fosco direcionado para o fluxo, as marcações não ficarão visíveis.
Esse teste permite verificar:
- Homogeneidade da pulverização (spray ou ultrassom);
- Distribuição ao longo da largura útil da máquina;
- Presença de regiões com sombreamento ou falhas de aplicação;
- Excesso localizado de fluxo.
- Falhas de aplicação por entupimento ou bolhas no sistema da máquina

Uma aplicação irregular torna inútil qualquer ajuste posterior de temperatura ou tanque. Mesmo com perfil térmico otimizado, falhas de cobertura resultam em:
- Juntas mal preenchidas;
- Spikes e pontes;
- "Teias de aranha" sobre máscara;
- Contaminação por excesso de resíduos.

Medição do Peso de Fluxo

Enquanto o papel de fax valida a distribuição, a medição do peso valida a quantidade aplicada.
O procedimento consiste em:
1. Pesar PCB padrão (sem componentes) com saco selável;
2. Aplicar fluxo no fluxador;
3. Selar imediatamente para evitar evaporação;
4. Determinar a diferença de massa;
5. Calcular a média (mínimo três medições);
6. Determinar massa aplicada por área;
7. Calcular pela porcentagem de sólidos do fluxo (datasheet) a quantidade de fluxo real após a evaporação do líquido

A grandeza crítica é a massa de sólidos por área (µg/pol²). Este valor deve estar dentro da janela de processo recomendada pelo fabricante do fluxo (ver o datasheet), ou na inexistência dessa recomendação o datasheet, trabalhe para obter a menor quantidade de fluxo, considerando uma boa dispersão no papel de fax e que garanta a soldabilidade em condições adequadas de acordo com o IPC-A-610 e demais testes de validação do processo, como raios-X, cortes metalográficos e testes elétricos e funcionais.
A condição de fluxo insuficiente compromete a ativação química e não forma junta de solda adequada. Já o fluxo em quantidades excessivas aumenta o risco de contaminação, corrosão dos pads e terminais a longo prazo e necessidade de limpeza adicional para não prejudicar os testes que utilizam agulhas como forma de contato.

Caso você não possua a balança para pesar o fluxo, poderá ser feito um teste visual simples, utilizando um PCB ou palete do produto a ser produzido. Você irá passar o PCB ou palete pelo fluxador e removê-lo cuidadosamente antes de iniciar o processo de aquecimento (zona 1 da máquina), e observar em toda a extensão se está molhado por fluxo. Entretanto, o fluxo não pode estar pingando quando você virar a placa ou palete na vertical e não pode estar seco. Com um dos dedos, toque a superfície do PCB ou palete e observe se há presença do líquido. Esta á uma forma paliativa de se avaliar a quantidade de fluxo, mas totalmente baseada na percepção visual e tátil, quando não se tem as ferramentas para verificação do peso e dispersão. Não deve ser considerado um controle de processo diário. Veja no vídeo abaixo como executá-lo:

Vídeo 1: Teste Visual de aplicação de fluxo na Solda onda

2. Perfil de temperatura e temperatura superficial da placa

O pré-aquecimento na soldagem por onda não deve ser interpretado como uma etapa intermediária meramente transitória entre a aplicação do fluxo e o contato com a solda líquida. Trata-se de uma fase determinante para a estabilidade metalúrgica e química do processo. É nesse estágio que ocorre a ativação efetiva dos constituintes químicos do fluxo, permitindo que os agentes ativadores removam óxidos e promovam a energia superficial necessária para a molhagem adequada. Simultaneamente, o aquecimento gradual da placa e dos componentes reduz significativamente os riscos associados ao choque térmico, especialmente em placas com elevada massa térmica ou componentes sensíveis a variações bruscas de temperatura.

Além disso, o pré-aquecimento controla a taxa de evaporação dos solventes presentes no fluxo. Uma evaporação abrupta pode gerar resíduos indesejados, respingos e instabilidade na formação da junta, enquanto uma evaporação insuficiente compromete a ativação química plena. O controle adequado da rampa térmica também prepara termicamente o substrato e os terminais metálicos para o contato com a solda fundida, reduzindo o gradiente térmico no momento da imersão na onda. Essa condição favorece a capilaridade da solda nos barris dos componentes PTH, permitindo o preenchimento completo e a formação homogênea da camada intermetálica. Portanto, o pré-aquecimento é uma etapa de engenharia crítica, responsável por garantir que o encontro entre metal base e solda líquida ocorra dentro de condições termodinâmicas ideais para a formação de juntas confiáveis e estáveis ao longo da vida útil do produto.

Definição da Rampa de Aquecimento

A definição do perfil térmico deve considerar dois fatores principais:
1. Especificação do fluxo (datasheet);
2. Complexidade térmica do produto.

A variáveis críticas incluem:
- Massa térmica dos componentes;
- Espessura e material do laminado do PCB;
- Acabamento superficial do PCB;
- Uso ou não de palete (que altera significativamente a transferência térmica).

O posicionamento correto de termopares é essencial. Recomenda-se posicionar ao menos dois termopares em extremidades opostas do quadro ou PCB, garantindo leitura representativa da distribuição térmica lateral e que permita medir o tempo de contato entre a placa e a onda no tanque.

A temperatura superficial da placa (lado inferior e superior) deve atingir valores suficientes para ativação do fluxo, mas sem degradar componentes sensíveis. Verifique os valores recomendados no datasheet do fabricante do seu fluxo. Gradientes térmicos excessivos geram empenamento, micro trincas e delaminação. Rampas insuficientes resultam em fluxo parcialmente ativado e má molhagem.
A verificação da rampa de aquecimento deve ser feita através de dois controles, com limites inferiores e superiores baseados no datasheet do fluxo que está sendo utilizado:
1. Traçar o perfil de temperatura para avaliar a curva (figura 3).
2. Medir a temperatura superficial do lado superior da placa antes dela tocar o tanque de solda, utilizando um termômetro infravermelho (figura 4).

Figura 3: Perfil de Temperatura Típico em Solda Onda

Figura 4: Medição de Temperatura Superficial com o termômetro Infravermelho

3. Tempo de Contato entre Placa e Onda

O tempo de contato é uma variável mecânico-térmica crítica. Ele determina o período efetivo em que a solda líquida interage com pads e terminais da placa.
Tempo insuficiente pode resultar em:
- Falta de preenchimento de barril em componentes PTH;
- Molhagem incompleta nos pads;
- Formação deficiente de intermetálicos.

Tempo excessivo pode causar:
- Excesso de solda;
- Curtos de solda;
- Formação excessiva da camada intermetálica.

Métodos de Medição
Três métodos principais são utilizados:
- Vidro graduado;
- Traçador de perfil;
- Equipamentos dedicados.

No método do vidro graduado, que é o mais simples e direto, mede-se o comprimento de contato entre o vidro e a onda, através de graduações presentes no próprio vidro e aplica-se uma equação básica para calcular o tempo de contato, através da distância que a onda tocou o vidro e a velocidade do conveyor da placa.
Tempo de contato = (Comprimento medido × 60) / Velocidade do transportador (cm/min)

Esse parâmetro também indica:
- Nivelamento dos bocais (caso esteja com distâncias diferentes entre os lados do vidro, o bocal ou tanque estão desnivelados. Ondas desniveladas produzem tempos de contato distintos ao longo da largura da placa, gerando variações de qualidade lateralmente.)
- Altura do tanque (se é o suficiente para que a onda toque a placa devidamente)
- Rotação das bombas (se a rotação está adequada para permitir contado com a placa no tempo correto)
- Nível da liga no tanque (caso a quantidade de solda esteja abaixo do ideal, este controle também irá permitir uma visualização simples do efeito da falta de solda no tanque).

Como fazer leitura
Ao passar o vidro pela máquina, posicione-se frente ao tanque em uma altura que será capaz de visualizar o vidro gradua passando pelo tanque. Você precisa ver toda a extensão do vidro (em sua largura), para fazer a avaliação correta. Utilize o auxílio de uma escada ou "palanque" seguro para isso, caso não tenha altura natural para a execução da atividade.
Quando o vidro estiver passando pelas ondas, conte quantas marcações (faixas) a onda está tocando o vidro e anote. Além disso, observe se não há desigualdade entre os lados do tanque ao tocar o vidro.
Dessa forma, você conseguirá avaliar as condições do tanque mencionadas no tópico anterior.

4. Temperatura da Solda no Tanque

A temperatura do tanque de solda também é um parâmetro crítico na soldagem por onda, pois influencia diretamente o comportamento metalúrgico da liga durante o processo. O valor nominal ajustado no controlador da máquina deve sempre estar alinhado à especificação da liga utilizada. Para ligas convencionais estanho-chumbo, como Sn63Pb37, trabalha-se tipicamente na faixa de 235 °C a 245 °C, enquanto ligas livres de chumbo, como SAC305, operam geralmente entre 255 °C e 265 °C, sempre respeitando as recomendações do fabricante da barra de solda e observando as características do produto a ser soldado. Entretanto, limitar-se ao valor programado no painel não é suficiente para garantir estabilidade térmica real no banho.

A temperatura da solda impacta diretamente sua viscosidade, sua capacidade de molhagem, a cinética de formação da camada intermetálica e a taxa de oxidação superficial (formação da borra de solda). Temperaturas excessivamente elevadas aumentam a dissolução de cobre proveniente das ilhas e barris PTH, aceleram o crescimento intermetálico e intensificam a formação de óxidos, o que compromete a qualidade da onda e a eficiência de molhagem. Por outro lado, temperaturas abaixo da janela ideal elevam a viscosidade da liga, prejudicam a fluidez, dificultam o preenchimento adequado dos furos metalizados e favorecem defeitos como falta de solda, curtos e preenchimento incompleto de barril.

Para assegurar que o valor indicado pelo sistema de controle corresponda efetivamente à condição real do banho metálico, é indispensável realizar medições periódicas com termopar de imersão apropriado para alta temperatura. Essa medição deve ser feita com o sensor diretamente imerso na massa líquida da solda, de preferência na região frontal do tanque, próximo ao bocal. O termopar de imersão permite validar não apenas a temperatura média do banho, mas também identificar possíveis gradientes térmicos internos decorrentes de resistência desbalanceada, circulação inadequada da liga ou acúmulo de borra. É recomendável aguardar a estabilização térmica do sensor antes de registrar a leitura apresentada no visor e comparar o valor medido com o setpoint configurado na máquina, avaliando eventuais desvios.

Essa prática de validação independente é fundamental porque o sensor interno da máquina pode sofrer derivações ao longo do tempo, incrustações ou posicionamento inadequado que resultem em leituras imprecisas. Além disso, a medição com termopar de imersão contribui para verificar a estabilidade térmica ao longo do turno produtivo, permitindo identificar oscilações causadas por ciclos de produção intensos ou intervenções de manutenção. Portanto, o controle efetivo da temperatura do tanque não se resume à definição de um número no painel de controle, mas envolve verificação metrológica sistemática e correlação com o desempenho metalúrgico observado nas juntas de solda.

5. Controle da Composição Química da Solda

Um dos pontos mais negligenciados na soldagem por onda é o controle metalúrgico da liga presente no tanque. Durante a operação normal do processo, ocorre dissolução contínua de cobre proveniente dos pads e barris metalizados das placas, formação de óxidos na superfície do banho (borra) e introdução gradual de impurezas oriundas do próprio ambiente produtivo e do manuseio do material. Quando há reprocessamento descontrolado da borra e seu retorno ao tanque, essa condição se agrava, pois a cada ciclo a proporção da liga original se reduz enquanto aumenta o teor de cobre, óxidos e contaminantes. Esse desequilíbrio altera o comportamento termodinâmico da solda, modificando a temperatura liquidus, a tensão superficial e a fluidez da liga, impactando diretamente a molhagem, a estabilidade da onda e a formação adequada da camada intermetálica. Como consequência, podem surgir juntas frágeis, crescimento intermetálico excessivo, instabilidade no preenchimento de PTH e aumento de defeitos intermitentes.
Diante desse cenário, o monitoramento sistemático da composição química do tanque não pode ser tratado como uma atividade eventual, mas como um requisito técnico mandatório para garantir estabilidade de processo. A análise deve ser realizada, no mínimo, mensalmente, por meio de espectrometria executada preferencialmente pelo próprio fabricante da barra de solda ou por laboratório qualificado, assegurando rastreabilidade e confiabilidade metrológica. Os resultados devem ser comparados com a janela de composição estabelecida pela norma IPC J-STD-006C, que define os limites aceitáveis de elementos constituintes e impurezas para cada classe de liga. Manter a composição dentro dessa janela não é apenas uma exigência normativa, mas uma condição essencial para preservar as propriedades físico-químicas da solda, garantir repetibilidade metalúrgica e sustentar a confiabilidade das juntas ao longo do ciclo de vida do produto.

6. Estabilidade de Processo: Uma Visão Sistêmica

É fundamental compreender que os controles não são independentes. Eles são interdependentes.
Exemplo clássico:
- Fluxo correto + perfil inadequado: ativação insuficiente ou queima precoce do fluxo aplicado.
- Perfil correto + tempo de contato inadequado: preenchimento parcial de barril.
- Parâmetros térmicos corretos + liga contaminada: molhagem instável ou curtos de solda.

A estabilidade do processo é resultado da convergência simultânea de:
- Aplicação homogênea e quantitativamente correta de fluxo;
- Perfil térmico dentro da janela recomendada e adequada para aquele produto;
- Tempo de contato adequado e uniforme;
- Temperatura estável do tanque;
- Composição química controlada da liga.
Quando esses controles são monitorados sistematicamente, a soldagem por onda deixa de ser um processo "sensível" e passa a ser altamente previsível.

A soldagem por onda é um processo que combina química, metalurgia, termodinâmica e mecânica de fluidos. Sua estabilidade não depende de ajustes empíricos, mas de controles técnicos estruturados.
Empresas que tratam esses parâmetros como variáveis críticas de processo, e não como ajustes ocasionais, conseguem:
- Reduzir defeitos recorrentes;
- Minimizar retrabalho;
- Aumentar FPY;
- Melhorar confiabilidade do produto;
- Garantir repetibilidade

Na Engelet, defendemos que o verdadeiro controle começa pelo entendimento profundo das causas físicas e químicas por trás de cada parâmetro.
Processo estável não é sorte. É engenharia aplicada.

Clique aqui e conheça um pouco mais sobre Demétrius Nunes, autor desse Blog.