Fundamentos de Materiais de Solda

[summary]Esta página trata dos materiais usados para soldar. Eles também são conhecidos como consumíveis, pois são utilizados conforme o trabalho avança.[\/summary]

Quais são os principais materiais necessários para concluir uma tarefa de soldagem?

Você pode pensar que a solda é a única coisa consumida. No entanto, vários outros itens são essenciais para concluir o trabalho e acabam sendo usados durante o processo.

Também apresentaremos algumas ferramentas que talvez você nem soubesse que eram necessárias. Começaremos com a solda e o fluxo. Depois, passaremos para itens menos conhecidos, como malhas de dessoldar, materiais para limpeza de fluxo, fita de soldagem e pontas de ferro de solda de reposição.

A solda é o material básico de uma conexão soldada. Você a encontrará mais comumente como um carretel de fio metálico, fácil de dobrar e manipular. A composição da maioria das soldas consiste em uma liga metálica (uma mistura de metais que não pode ser separada mecanicamente) com um baixo ponto de fusão, encapsulada em torno de um núcleo de fluxo, um composto químico que ajuda a solda a aderir e fluir conforme desejado.

A liga de solda, quando fundida, aderirá aos itens a serem unidos se estiverem limpos e aquecidos acima do ponto de fusão da solda. Embora quase toda solda destinada ao uso eletrônico tenha um núcleo de material de fluxo, você ainda pode e deve adicionar fluxo para melhorar o resultado quando necessário.

[note]Até que você saiba o que está fazendo, adquira sua solda de fornecedores confiáveis que possam fornecer informações sobre a solda e o núcleo de fluxo.[\/note]

Existem dois tipos principais de ligas de solda: com chumbo e sem chumbo. A solda com chumbo adere e flui mais facilmente, exigindo menos calor, e é geralmente considerada mais fácil de trabalhar. No entanto, o chumbo não é bom para os seres humanos ou para o meio ambiente, por isso a solda sem chumbo foi criada como uma alternativa mais segura.

[note|type=warning]Observe que você ainda pode usar solda com chumbo sem se envenenar, mas isso requer condições ideais e cuidado excessivo. Os vapores da solda com chumbo não contêm chumbo (no entanto, ainda são perigosos de respirar), mas o chumbo ficará em suas mãos e na superfície de trabalho. Tenha o máximo de cuidado ao trabalhar com solda com chumbo, use proteção para os olhos e lave as mãos e as superfícies de trabalho após terminar. Fique atento ao fato de que o dispositivo ao qual você aplicou solda com chumbo poderá contaminar mãos ou superfícies ao ser manuseado e que o dispositivo liberará chumbo no meio ambiente se acabar em um aterro sanitário.[\/note]

A solda sem chumbo substituiu amplamente a solda com chumbo em aplicações de fabricação eletrônica, especialmente desde que leis que exigem a redução de substâncias perigosas entraram em vigor no início dos anos 2000. No entanto, ainda existem indústrias e aplicações em que a solda com chumbo é usada, pois as uniões que a solda sem chumbo cria são mais fracas contra forças externas. Para fins de soldagem de eletrônicos de consumo, a solda sem chumbo é preferível.

A solda sem chumbo é frequentemente uma liga de estanho (símbolo Sn), prata (Ag) e cobre (Cu). Uma mistura comum é conhecida como SAC ou 305. Ela contém 3 % de prata. Ela derrete a uma temperatura mais alta (cerca de 215-220 °C) do que a solda com chumbo (183 °C) e é um pouco mais difícil de trabalhar, principalmente porque derrete em uma faixa de temperatura e não adere tão facilmente às superfícies. Também existem ligas apenas de estanho e cobre que derretem a uma temperatura ligeiramente mais alta (227 °C); estas têm uma capacidade de aderência ainda pior.

A solda com chumbo na verdade contém mais estanho do que chumbo. A mais fácil de usar é a solda contendo 63 % de estanho e 37 % de chumbo, geralmente conhecida como solda 63-37. Esta é a mistura eutética (o que significa que ela tem o menor ponto de fusão possível), que derrete como um metal puro a uma temperatura fixa.

A temperatura de fusão mais baixa (183 °C) e as propriedades superiores de aderência tornam a 63-37 mais fácil de usar. Esta é a liga de solda de preferência para realizar reparos. A temperatura de fusão mais baixa é menos arriscada para os componentes próximos. A desvantagem é o conteúdo de chumbo, que é venenoso.

Outra liga comum é a 60-40, que derrete a uma temperatura ligeiramente mais alta e não tão suavemente.

Outras ligas usadas na soldagem eletrônica incluem ligas à base de bismuto (Bi) e ligas de índio (In). Ambos os tipos são para aplicações de baixa temperatura. Os números indicam as porcentagens de cada metal na liga.

Geralmente, você encontrará essas ligas na soldagem de Dispositivos de Montagem em Superfície (SMD). Bismuto-Estanho (58Bi42Sn) e Bismuto-Estanho-Prata (57Bi42Sn1Ag) derretem a 138°-140 °C. Eles podem ser usados para soldagem de baixa temperatura. Às vezes, são derretidos em conexões existentes para baixar o ponto de fusão e facilitar o reparo.

Soldas contendo índio metálico também estão disponíveis com pontos de fusão muito baixos, como uma liga de índio-estanho (52In48Sn) que derrete a 118 °C.

[note|type=important]Ligas de bismuto de baixa temperatura, se misturadas com solda com chumbo, podem formar compostos de fusão muito baixa (abaixo de 100 °C). Isso pode causar falhas, já que alguns componentes podem atingir essas temperaturas durante a operação normal. Aqui está um vídeo (longo) com mais informações.[\/note]

A maioria das ligas de solda está disponível na forma de fio com núcleo de fluxo. Alternativamente, também estão disponíveis como pastas e esferas.

A forma mais comum é um fio com fluxo como núcleo central. O fio está disponível em uma grande variedade de diâmetros, variando de 0,010" (0,25 mm) a 0,125" (3,125 mm). O tamanho da conexão e a fonte de calor utilizada determinam o diâmetro apropriado.

Feita de pequenas esferas de solda em uma base de fluxo, muitas pastas de solda podem ser aplicadas com uma seringa. Geralmente é usada para soldar dispositivos de montagem em superfície.

São minúsculas esferas de solda de tamanho uniforme que são usadas para fins especiais, como renovar a solda em chips com conexões de matriz de grade de esferas (BGA).

Embora a solda seja o material que cria a conexão, o fluxo é essencial para fazer a solda fluir e aderir.

O fluxo de soldagem é um composto químico, normalmente composto de resina (derivada da seiva do pinheiro) e um componente reativo conhecido como ativador. Seu objetivo principal é remover a oxidação, o que ajuda a aderir a outras superfícies e reduz a tensão superficial da solda fundida.

Como a solda não adere a metal com uma camada de óxido, e como as camadas de óxido se formam mais facilmente quando quentes, o fluxo serve tanto para limpar quanto para proteger as superfícies a serem unidas. O fluxo deve ser aquecido à sua temperatura de ativação, em torno de 140 °C, para limpar essa camada de óxido e revestir a conexão para evitar que ela oxide novamente.

O fluxo também promove a aderência, permitindo que a solda flua mais facilmente para os pequenos vãos entre os componentes. Isso cria conexões com mais área de superfície, que são, consequentemente, mais fortes e mais condutoras. Se você já teve o problema de sua solda derreter e ficar com uma consistência mais pastosa, adicionar mais fluxo é provavelmente a solução para levar sua solda a um estado mais líquido.

A resina é a base de fluxo mais comum que você encontrará. Também existem fluxos de resina sintética que permitem que outras propriedades de fluxo sejam ajustadas.

Ativadores comuns são o ácido abiético (naturalmente encontrado na seiva de pinheiro), haletos e aminas, que podem ser ácidos ou básicos. Seu objetivo principal é passar por uma reação química com o metal oxidado que se forma na superfície dos componentes expostos ao ar. Esses ativadores reduzirão os óxidos metálicos de volta a metal puro ou formarão cloretos metálicos ou sais metálicos solúveis, que podem ser dissolvidos ou absorvidos pelo fluxo. O fluxo então serve como uma barreira protetora entre o metal e o ar para evitar uma maior oxidação antes que a solda possa criar uma conexão.

Fluxos do tipo gel ou pegajosos são fáceis de aplicar, permanecem no lugar e são comumente usados para soldar componentes de montagem em superfície. Eles são uma boa forma de fluxo para fazer conexões soldadas.

Tenha em mente que excesso de fluxo quase sempre é melhor do que pouco. Você pode limpar o excesso de fluxo, mas não conseguirá obter facilmente uma conexão soldada de boa qualidade com pouco fluxo.

Os fluxos vêm em formas de pasta, gel (pegajoso) e líquida. Eles também são encontrados como núcleos em fios de solda. O conteúdo de sólidos geralmente corresponde inversamente à fluidez. Pasta (maior teor de sólidos), depois gel/pegajoso e, por fim, líquido (menor teor de sólidos).

Algumas pastas podem ser aplicadas com uma escova rígida.

Fluxos pegajosos são frequentemente aplicados com uma seringa e podem ser usados para manter pequenos componentes na posição para soldagem (daí o nome pegajoso).

Fluxos líquidos são aplicados com um pincel macio ou uma caneta de fluxo e são fáceis de aplicar em várias conexões ao mesmo tempo.

O fluxo tem várias características que são anotadas em designadores de tipo descritivos. Entre eles:

• Base ou Veículo do Fluxo (qual é o ingrediente principal)
  • Resina (R) Material de uso geral muito bom. Usado principalmente para retrabalho/reparo.
  • Resina sintética (RE ou RES) Alternativa à resina natural.
  • Solúvel em água - Geralmente mais agressivo e quase sempre precisa de limpeza após a aplicação.
    • Inorgânico (IN)
    • Orgânico (OR)
• Ativação é o grau em que um fluxo remove óxido de forma agressiva; muito não é necessariamente melhor, pois a corrosão geralmente aumenta com a ativação. O ativador faz a limpeza. Alguns veículos, como a resina, têm ativadores ácidos incorporados.
  • Baixa/Nenhum (L)
  • Média/Levemente ativado (M)
  • Alta/Ativado (H)
• Haleto - Isso ajuda na remoção de óxido, mas aumenta a toxicidade da fumaça e dos vapores, além de exigir limpeza. Menos fluxos contêm haletos hoje em dia.
  • Sem haleto (0) no final do designador.
  • Com haleto (1) no final do designador.

Uma caneta de fluxo com fluxo no-clean

Você pode ver o fluxo representado como no-clean (sem necessidade de limpeza). Isso não é outro tipo de fluxo, mas tem a ver com o resíduo que o fluxo deixa após o processo de soldagem. No-clean significa que o resíduo deixado pelo fluxo dificilmente causará problemas aos componentes de uma placa de circuito.

A corrosão é o item principal avaliado nas designações clean/no-clean. O resíduo de fluxo ainda pode ser condutor. Frequentemente, a quantidade de base de fluxo no no-clean é reduzida, para que reste menos resíduo potencialmente condutor.

Quando as placas de circuito impresso estão densamente compactadas com componentes e pode ser quase impossível limpá-las, o no-clean é uma vantagem. Às vezes, você está fazendo um reparo e o no-clean também é uma grande ajuda. Ainda assim, se puder, geralmente é melhor limpar o resíduo de fluxo da placa, sendo no-clean ou não.

O principal consumível é a malha de dessoldar de cobre. Ela é feita de fios de cobre muito finos trançados juntos para criar um formato de fita. Normalmente, já possui fluxo seco aplicado. Quando pressionada contra uma conexão e aquecida, a solda da conexão será absorvida pela malha, permitindo que os componentes sejam removidos. Você pode melhorar o desempenho aplicando um pouco mais de fluxo na própria conexão e, em seguida, usando a malha.

Você deve sempre ter alguma malha de dessoldar à mão. Ela vem em várias larguras e pode até já conter fluxo. Erros acontecem e a malha de dessoldar é uma maneira conveniente de corrigi-los.

Embora não seja estritamente um consumível, como um adendo, um sugador de solda / dessoldador a vácuo é útil para remover componentes maiores que podem estar fixados por grandes quantidades de solda.

Ao soldar, especialmente em placas de circuito impresso, você deve limpar o fluxo e o resíduo de fluxo (mesmo os de fluxos "no-clean"). Você pode usar várias coisas para isso. Para dissolver o fluxo:

• O álcool isopropílico de 91-99 % está entre os solventes de fluxo quase universais. É o mais comumente usado, pois está prontamente disponível.
• O removedor de fluxo é provavelmente a escolha definitiva. Se você usá-lo, certifique-se de usar um removedor de fluxo que funcione com o seu fluxo atual.
• Para uma limpeza realmente difícil, você pode usar acetona, mas cuidado. A acetona pode dissolver muitos plásticos diferentes que você não gostaria que fossem dissolvidos. Frequentemente, ela removerá as marcações na placa de circuito e nos próprios chips, o que pode levar a problemas. É melhor testar primeiro para ver se a placa inchará ou será danificada de outra forma.
• Água destilada ou deionizada é ótima para qualquer fluxo solúvel em água; na maioria dos casos, outros limpadores não funcionarão ou funcionarão mal nesses fluxos.

Ao limpar, você pode usar cotonetes (do tipo com bastões longos de madeira, não o tipo comum para limpeza de ouvido) ou lenços que não soltem fiapos. Não economize.

Isso não é sobre como usar seu ferro de solda com mais eficácia. As pontas do seu ferro de solda são substituíveis, a menos que o ferro seja barato. As pontas substituíveis servem a dois propósitos.

1. Elas permitem que você troque de ponta para que possa usar um formato de ponta mais adequado ao trabalho, caso outros formatos estejam disponíveis.
2. Elas permitem que você substitua pontas desgastadas.

A maioria dos ferros de solda possui uma ponta de cobre banhada a ferro. As pontas se desgastam principalmente porque o superaquecimento leva à oxidação que danifica o banho de ferro. Uma vez que o banho está danificado, a ponta deve ser descartada. Infelizmente, toda a unidade deve ser descartada se o seu ferro não tiver pontas substituíveis.

Se possível, você deve ter dois ou três tipos de fita à mão.

• Fita crepe de pintor é muito útil para trabalhos de baixo calor, como manter componentes through-hole no lugar ou para proteção térmica leve.
• Fita de poliimida (muitas vezes chamada de Kapton™) para proteção térmica quando você deseja aquecer apenas uma determinada área. O limite superior usual é 260 °C, mas pode funcionar até 400 °C.
• Fita de folha de alumínio também pode funcionar como um escudo térmico e sua espessura a torna durável.

A principal função dessas fitas é a proteção.

• Elas ajudam você a evitar derreter coisas que não deseja, como conectores de plástico ou outros componentes.
• Elas podem proteger componentes sensíveis ao calor, como circuitos integrados.

Glossário de termos de soldagem

Como soldar e dessoldar conexões

Ferro de solda não derretendo solda

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