Sábado, abril 02 2011 18: 44

Montagem de placa de circuito impresso e computador

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Placas de fiação impressas

Placas de fiação impressa (PWBs) são a estrutura elétrica interconectiva e a estrutura física que mantêm juntos os vários componentes eletrônicos de uma placa de circuito impresso. As principais categorias de PWBs são de face única, dupla face, multicamadas e flexíveis. A complexidade e os requisitos de espaçamento de placas cada vez mais densas e menores exigiram que ambos os lados da placa fossem cobertos com circuitos subjacentes. Placas de face única atendiam aos requisitos iniciais de calculadoras e dispositivos eletrônicos de consumo simples, mas notebooks portáteis, assistentes digitais pessoais e sistemas pessoais de música exigiam PWBs de dupla face e multicamadas. O processamento da padronização de PWBs é essencialmente um processo fotolitográfico que envolve depositar e remover seletivamente camadas de materiais em um substrato dielétrico que atua como a “fiação” elétrica que é gravada ou depositada na placa de fiação impressa.

As placas multicamadas contêm duas ou mais peças de material dielétrico com circuitos que são empilhados e ligados entre si. As conexões elétricas são estabelecidas de um lado para o outro, e para o circuito da camada interna, por orifícios perfurados que são posteriormente revestidos com cobre. O substrato dielétrico mais comumente usado são as folhas de fibra de vidro (epóxi/laminado de fibra de vidro). Outros materiais são o vidro (com resinas de poliimida, teflon ou triazina) e papel revestido com resina fenólica. Nos Estados Unidos, as placas laminadas são categorizadas com base em suas propriedades de extinção de incêndio; propriedades de furação, puncionamento e usinagem; propriedades de absorção de umidade; resistência química e térmica; e resistência mecânica (Sober 1995). O FR-4 (resina epóxi e substrato de tecido de vidro) é amplamente utilizado para aplicações de alta tecnologia.

O processo real de PWB envolve várias etapas e uma ampla variedade de agentes químicos. A Tabela 1 ilustra um processo multicamada típico e os problemas de EHS associados a esse processo. As principais diferenças entre uma placa de lado único e de lado duplo é que o lado único começa com matéria-prima revestida apenas em um lado com cobre e omite a etapa de revestimento de cobre sem eletrodos. A placa dupla face padrão tem uma máscara de solda sobre cobre nu e é revestida através dos orifícios; a placa tem contatos revestidos de ouro e uma legenda de componente. A maioria dos PWBs são placas multicamadas, que são dupla face com camadas internas que foram fabricadas e ensanduichadas dentro da embalagem laminada e depois processadas quase de forma idêntica a uma placa de camada dupla.

Tabela 1. Processo PWB: Questões ambientais, de saúde e segurança

Etapas primárias do processo

Problemas de saúde e segurança

Problemas ambientais

preparação de material

Compre laminado específico, material de entrada e placa de backup em tamanho pré-cortado
Layout de processamento assistido por computador

Projeto auxiliado por computador - VDU e riscos ergonômicos

nenhum

Empilhar e fixar

Painéis revestidos de cobre são empilhados com material de entrada e placa de backup; furos perfurados e
cavilha fixada.

Ruído durante a perfuração; perfuração de partículas contendo cobre, chumbo, ouro e epóxi/fibra de vidro

Resíduos particulados (cobre, chumbo, ouro e
epóxi/fibra de vidro)—reciclado ou recuperado

Perfuração

Máquinas de perfuração controladas numericamente (N/C)

Ruído durante a perfuração; perfuração de partículas contendo cobre, chumbo, ouro e epóxi/fibra de vidro

Resíduos particulados (cobre, chumbo, ouro e
epóxi/fibra de vidro)—reciclado ou recuperado

Rebarbar

Painéis perfurados passam por escovas ou roda abrasiva

Ruído durante a rebarbação; partículas contendo cobre, chumbo, ouro e epóxi/fibra de vidro

Resíduos particulados (cobre, chumbo, ouro e
epóxi/fibra de vidro)—reciclado ou recuperado

Revestimento de cobre sem eletrodos

Adicionando uma fina camada de cobre aos furos passantes
(processo de várias etapas)

Inalação e exposição dérmica a produtos de limpeza, condicionadores, ácidos, catalisadores—H2SO4, H2O2, éteres de glicol, KMnO4, NH4HF2, paládio, SnCl2, CuSO4, formaldeído, NaOH

Efluentes de água - ácidos, cobre, cáusticos,
fluoretos; emissões atmosféricas - gases ácidos,
formaldeído

Imagiologia

Filme seco resiste - fotopolímero sensível a UV
Resistente impresso em tela - emulsão sensível à luz
Resistente a líquidos—resiste a líquidos fotossensíveis

Inalação e exposição dérmica a resistes; desenvolvedores; e
removedores - resiste à base de borracha com solventes; N / D3PO4 e K2CO3; cloreto cúprico (Cl2 gás), monoetanolamina (MEA)

Emissões atmosféricas - solventes (VOCs), gases ácidos,
MEA; resíduos—líquidos

chapeamento padrão

Limpeza
Chapeamento de cobre
Revestimento de estanho ou estanho/chumbo
Decapagem de cremalheira

Inalação e perigos dérmicos da limpeza; chapeamento de cobre ou chapeamento de estanho/estanho e chumbo e decapagem de rack—H3PO4, H2SO4; H2SO4 e CuSO4; ácido fluorobórico e Sn/Pb; HNO concentrado3

Emissões atmosféricas—gases ácidos; agua
efluentes - ácidos, fluoretos, metais (cobre,
chumbo e estanho)

Tira, grava, tira

Tira de resistência
corrosão alcalina
Tira de cobre

Inalação e perigos dérmicos da tira de resistência; corrosão alcalina ou tira de cobre—monoetanol amina (MEA); NH4OH; NH4Cl/NH4OH ou NH4HF2

Emissões atmosféricas—MEA, amônia, fluoretos;
efluentes de água - amônia, fluoretos, metais
(cobre, chumbo e estanho), resistem a compostos

Máscara de solda

Tintas epóxi — serigrafia
Filmes secos - laminados para PWB
Tinta epóxi líquida para imagens fotográficas

Inalação e perigos dérmicos da pré-limpeza; tintas epóxi e veículos solventes; desenvolvedores—H2SO4; epicloridrina + bisfenol A, éteres de glicol (à base de PGMEA); gama-butirolactona. 

Luz UV do processo de cura

Emissões atmosféricas - gases ácidos, éteres de glicol
(VOCs); resíduos - solventes, tintas epóxi

Revestimento de solda

Nivelamento de solda

Inalação e riscos dérmicos de fluxo, produtos de decomposição e resíduos de solda de chumbo/estanho—éteres de glicol diluídos + <1% HCl e <1% HBr; aldeídos, HCl, CO; chumbo e estanho

Emissões atmosféricas—éteres de glicol (VOC), gases ácidos, aldeídos, CO; resíduos - solda de chumbo/estanho, fluxo

Revestimento de ouro e níquel

 

Inalação e perigos dérmicos de ácidos, metais e
cianetos—H2SO4, H.N.O.3, NiSO4, cianeto de ouro e potássio

Emissões atmosféricas—gases ácidos, cianetos; agua
emissões—ácidos, cianetos, metais;
resíduos - cianetos, metais

Legenda do componente

Captura de tela
Cura no forno

Inalação e riscos dérmicos de tintas à base de epóxi e veículos solventes - solventes à base de éter glicol, epicloridrina + bisfenol A

Emissões atmosféricas - resíduos de éteres de glicol (VOCs) - tintas e solventes (pequenas quantidades)

Cl2 = cloro gasoso; CO = monóxido de carbono; CuSO4 = sulfato de cobre; H2O2 = peróxido de hidrogênio;H2SO4 = ácido sulfúrico; H3PO4 = ácido fosfórico; HBR = ácido bromídrico; HCl = ácido clorídrico; HNO3 = ácido nítrico; k2CO3 = carbonato de potássio; KMNO4 = permanganato de potássio; N / D3PO4 = fosfato de sódio; NH4Cl = cloreto de amônio; NH4OH = hidróxido de amônio; NiSO4 = sulfato de níquel; Pb = chumbo; Sn = estanho; SnCl2 = cloreto estanoso; UV = ultravioleta; VOCs = compostos orgânicos voláteis.

 

Montagem da placa de circuito impresso

A montagem da placa de circuito impresso (PCB) envolve a fixação rígida de componentes eletrônicos ao PWB por meio do uso de solda de chumbo/estanho (em uma máquina de solda por onda ou aplicada como uma pasta e depois refluída em um forno de baixa temperatura) ou resinas epóxi ( curado em um forno de baixa temperatura). O PWB subjacente (face única, face dupla, multicamada ou flexível) determinará as densidades dos componentes que podem ser anexados. Numerosos problemas de processo e confiabilidade formam a base para a seleção dos processos de montagem de PCB que serão utilizados. Os principais processos tecnológicos são: tecnologia de montagem em superfície total (SMT), tecnologia mista (inclui SMT e furo passante revestido (PTH)) e fixação inferior.

Normalmente, em modernas instalações de montagem de eletrônicos/computadores, a tecnologia mista é utilizada, com alguns componentes sendo montados na superfície e outros conectores/componentes sendo soldados usando a tecnologia de furo passante ou refluxo de solda. Um processo de tecnologia mista "típico" é discutido abaixo, em que é utilizado um processo de montagem em superfície envolvendo fixação adesiva, solda por onda e solda por refluxo. Com a tecnologia mista, às vezes é possível refluir os componentes de montagem em superfície (SMCs) na parte superior de uma placa de dupla face e soldar os SMCs na parte inferior. Tal processo é particularmente útil quando as tecnologias de montagem em superfície e through-hole devem ser misturadas em uma única placa, que é a norma na fabricação de eletrônicos atuais. O primeiro passo é montar os SMCs na parte superior da placa, usando o processo de refluxo de solda. Em seguida, os componentes do furo passante são inseridos. A placa é então invertida e os SMCs inferiores são montados de forma adesiva na placa. A soldagem por onda dos componentes do orifício e dos SMCs inferiores é a etapa final.

As principais etapas técnicas do processo de tecnologia mista incluem:

  • pré e pós limpeza
  • pasta de solda e aplicação de adesivo (serigrafia e colocação (SMT e PTH))
  • inserção de componentes
  • cura adesiva e refluxo de solda
  • fluxo (PTH)
  • soldagem por onda (PTH)
  • inspeção e retoque
  • ensaio
  • retrabalhando e reparando
  • operações de suporte — limpeza de estêncil.

 

Uma breve discussão das importantes implicações ambientais, de saúde e segurança para cada etapa do processo é fornecida abaixo.

Pré e pós-limpeza

Os PWBs comerciais geralmente são adquiridos de um fornecedor de PWB e foram pré-limpos com solução de água deionizada (DI) para remover todos os contaminantes da superfície. Antes das preocupações com a destruição da camada de ozônio estratosférico, uma substância destruidora de ozônio, como o clorofluorcarbono (CFC), seria usada como limpeza final ou mesmo pré-limpeza pelo fabricante do dispositivo eletrônico. No final do processo de montagem do PCB, era comum o uso de uma operação de “desengorduramento a vapor” com clorofluorcarbono para remover os resíduos da operação de soldagem por fluxo/onda. Mais uma vez, devido a preocupações com a destruição do ozônio e rígidos controles regulatórios sobre a produção de CFCs, foram feitas alterações no processo que permitiram que os conjuntos PWB completos ignorassem a limpeza ou usassem apenas uma limpeza com água DI.

Aplicação de pasta de solda e adesivo (impressão e colocação de estêncil) e inserção de componentes

A aplicação de pasta de solda de chumbo/estanho na superfície do PWB permite que o componente de montagem em superfície seja anexado ao PWB e é a chave para o processo SMT. O material de solda atua como uma ligação mecânica para condução elétrica e térmica e como um revestimento para proteção de superfície e melhor soldabilidade. A pasta de solda é composta por aproximadamente 70 a 90% de matéria não volátil (peso por peso ou peso por volume):

  • solda de chumbo/estanho
  • uma mistura de resinas modificadas (ácidos colofônicos ou resina levemente ativada)
  • ativadores (no caso de produtos “no clean”, misturas de hidrohalogenetos de amina e ácidos ou apenas ácidos carboxílicos).

 

Solventes (matéria volátil) compõem o restante do produto (normalmente uma mistura de álcool e glicol éter que é uma mistura patenteada).

A pasta de solda é impressa através de um estêncil, que é um padrão exato do desenho da superfície a ser adicionada à superfície PWB. A pasta de solda é empurrada através das aberturas no estêncil para os locais de almofada no PWB por meio de um rodo que atravessa lentamente o estêncil. O estêncil é então retirado, deixando os depósitos de pasta nas almofadas apropriadas no quadro. Os componentes são então inseridos no PWB. Os principais perigos de EHS estão relacionados à limpeza e higiene pessoal dos operadores que aplicam a pasta de solda na superfície do estêncil, limpam o rodo e limpam os estênceis. A concentração de chumbo na solda e a tendência da pasta de solda seca de aderir à pele e às superfícies de trabalho do equipamento/instalação requer o uso de luvas de proteção, boa limpeza das superfícies de trabalho, descarte seguro de materiais de limpeza contaminados ( e manejo ambiental) e higiene pessoal rigorosa por parte dos operadores (por exemplo, lavar as mãos com sabão antes de comer, beber ou aplicar cosméticos). Os níveis de exposição no ar geralmente estão abaixo do limite de detecção de chumbo e, se forem usadas boas tarefas domésticas/higiene pessoal, as leituras de chumbo no sangue estarão em níveis de fundo.

A aplicação do adesivo envolve a distribuição automatizada de pequenas quantidades de uma resina epóxi (normalmente uma mistura de bisfenol A-epicloridrina) na superfície do PWB e, em seguida, “pegando e colocando” o componente e inserindo-o através da resina epóxi no PWB. Os perigos EHS referem-se principalmente aos riscos de segurança mecânica das unidades "pegar e colocar", devido aos seus conjuntos mecânicos automatizados, componentes de vaivém na parte traseira das unidades e potencial para ferimentos graves se a proteção apropriada, cortinas de luz e intertravamentos de hardware não forem presente.

Cura adesiva e refluxo de solda

Os componentes que foram fixados por impressão de estêncil ou aplicação de adesivo são então transportados em um transportador mecânico de altura fixa para um forno de refusão em linha que “desativa” a solda refluindo a pasta de solda a aproximadamente 200 a 400°C. Os componentes que foram fixados pelo adesivo epóxi também passam por um forno que está abaixo do refluxo da solda e normalmente é executado em 130 a 160oC. Os componentes solventes da pasta de solda e resina epóxi são removidos durante o processo de forno, mas o componente chumbo/estanho não é volatilizado. Um resíduo do tipo teia de aranha se acumulará no duto de exaustão do forno de refluxo e um filtro de malha de metal pode ser usado para evitar isso. Ocasionalmente, os PWBs podem ficar presos no sistema transportador e superaquecer no forno, causando odores indesejáveis.

Fluxo

Para formar uma junta de solda confiável na superfície do PWB e no terminal do componente, ambos devem estar livres de oxidação e devem permanecer assim mesmo em temperaturas elevadas usadas na soldagem. Além disso, a liga de solda fundida deve molhar as superfícies dos metais a serem unidos. Isso significa que o fluxo de solda deve reagir e remover os óxidos metálicos das superfícies a serem unidas e evitar a reoxidação das superfícies limpas. Também exige que os resíduos sejam não corrosivos ou facilmente removíveis. Os fluxos para soldagem de equipamentos eletrônicos se enquadram em três grandes categorias, comumente conhecidos como fluxos à base de resina, fluxos orgânicos ou solúveis em água e fluxos sintéticos removíveis por solvente. Os fluxos de compostos orgânicos não voláteis (NVOC) com baixo teor de sólidos e “não limpos” se enquadram na categoria intermediária.

Fluxos à base de resina

Os fundentes à base de resina são os fundentes mais utilizados na indústria eletrônica, seja como fluxo de pulverização or fluxo de espuma. O fluxador pode estar contido dentro do equipamento de solda por onda ou como uma unidade autônoma posicionada na alimentação da unidade. Como base, os fluxos à base de resina têm resina natural, ou colofonia, a resina translúcida de cor âmbar obtida após a destilação da terebintina a partir do oleorresina e da resina de canal dos pinheiros. A resina é coletada, aquecida e destilada, que remove quaisquer partículas sólidas, resultando em uma forma purificada do produto natural. É um material homogêneo com um único ponto de fusão.

A colofonia é uma mistura de aproximadamente 90% de ácido resinoso, que é principalmente ácido abiético (um ácido orgânico não solúvel em água) com 10% de materiais neutros, como derivados de estilbeno e vários hidrocarbonetos. A Figura 1 fornece as estruturas químicas dos ácidos abiético e pimárico.

Figura 1. Ácidos abiético e pimárico

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O constituinte ativo é o ácido abiético, que na temperatura de soldagem é quimicamente ativo e ataca o óxido de cobre na superfície do PWB, formando abieto de cobre. Os fundentes à base de colofónia têm três componentes: o solvente ou veículo, a colofónia e o ativador. O solvente simplesmente age como um veículo para o fluxo. Para ser eficaz, a resina deve ser aplicada à placa em estado líquido. Isso é conseguido dissolvendo a resina e o ativador em um sistema de solvente, normalmente álcool isopropílico (IPA) ou misturas multicomponentes de álcoois (IPA, metanol ou etanol). Em seguida, o fluxo é espumado na superfície inferior do PCB por meio da adição de ar ou nitrogênio ou pulverizado em uma mistura de “baixo teor de sólidos” que possui um teor de solvente mais alto. Esses componentes do solvente têm taxas de evaporação diferentes e um diluente deve ser adicionado à mistura do fundente para manter a composição constituinte do fundente. As principais categorias de fundentes à base de resina são: resina levemente ativa (RMA), que são os fluxos típicos em uso, aos quais se adiciona um ativador suave; e resina ativa (RA), ao qual foi adicionado um ativador mais agressivo.

O principal perigo de EHS de todos os fluxos à base de resina é a base de solvente de álcool. Os riscos de segurança estão relacionados à inflamabilidade no armazenamento e uso, classificação e manuseio como resíduo perigoso, emissões atmosféricas e sistemas de tratamento necessários para remover os VOCs e questões de higiene industrial relacionadas à inalação e exposição da pele (dérmica). Cada um desses itens requer uma estratégia de controle diferente, educação e treinamento dos funcionários e licenças/conformidade regulamentar (Association of the Electronics, Telecommunication and Business Equipment Industries 1991).

Durante o processo de soldagem por onda, o fluxo é aquecido de 183 a 399°C; produtos aerotransportados gerados incluem aldeídos alifáticos, como o formaldeído. Muitos fluxos também contêm um ativador de cloridrato de amina orgânica, que ajuda a limpar a área a ser soldada e libera ácido clorídrico quando aquecido. Outros componentes gasosos incluem benzeno, tolueno, estireno, fenol, clorofenol e álcool isopropílico. Além dos componentes gasosos do fluxo aquecido, uma quantidade significativa de partículas é criada, variando em tamanho de 0.01 mícron a 1.0 mícron, conhecido como vapores de colofonia. Verificou-se que esses materiais particulados são irritantes respiratórios e também sensibilizadores respiratórios em indivíduos sensíveis (Hausen, Krohn e Budianto 1990). No Reino Unido, os padrões de exposição aérea exigem que os níveis de vapores de colofonia sejam controlados para os níveis mais baixos possíveis (Health and Safety Commission 1992). Além disso, a Conferência Americana de Higienistas Industriais Governamentais (ACGIH) estabeleceu um valor limite separado para os produtos de pirólise da solda de núcleo de resina de 0.1 mg/m3, medido como formaldeído (ACGIH 1994). A Lead Industries Association, Inc. identifica acetona, álcool metílico, aldeídos alifáticos (medidos como formaldeído), dióxido de carbono, monóxido de carbono, metano, etano, ácido abiético e ácidos diterpenos relacionados como produtos de decomposição típicos de solda de núcleo de resina (Lead Industries Association 1990 ).

fluxos orgânicos

Fluxos orgânicos, às vezes chamados de fluxos intermediários ou fluxos solúveis em água, são compostos que são mais ativos do que os fluxos à base de resina e menos corrosivos do que os fluxos ácidos usados ​​nas indústrias metalúrgicas. Os compostos ativos gerais desta classe de fluxos se enquadram em três grupos:

  • ácidos (por exemplo, esteárico, glutâmico, láctico, cítrico)
  • halogênios (por exemplo, cloridratos, brometos, hidrazina)
  • amidas e aminas (por exemplo, ureia, trietanolamina).

 

Esses materiais e outras partes da formulação, como surfactantes para auxiliar na redução da tensão superficial da solda, são dissolvidos em polietileno glicol, solventes orgânicos, água ou geralmente uma mistura de vários deles. Fluxos orgânicos devem ser considerados corrosivos, mas podem ser limpos facilmente, com apenas água quente.

Fluxos sintéticos ativados (AS)

Enquanto os fluxos à base de resina são materiais sólidos dissolvidos em um solvente, os fluxos AS geralmente são fórmulas totalmente líquidas (solvente + fluxo). O portador de solvente é removido durante a fase de pré-aquecimento da soldagem por onda, deixando um resíduo úmido e oleoso na superfície do PWB, que deve ser limpo imediatamente após a soldagem. O principal atributo dos fluxos AS é sua capacidade de serem removidos pelo uso de um solvente adequado, normalmente à base de fluorocarbono. Com restrições ao uso de substâncias que destroem a camada de ozônio, como fluorocarbonetos (Freon TF, Freon TMS e assim por diante), o uso obrigatório desses materiais de limpeza restringiu severamente o uso dessa classe de fluxos.

Baixo teor de sólidos “não limpo” ou fluxos não VOC

A necessidade de eliminar a limpeza pós-solda de resíduos de fluxo corrosivos ou pegajosos com solventes de fluorocarbono levou ao uso generalizado de uma nova classe de fluxos. Esses fluxos são semelhantes em atividade aos fluxos RMA e têm um teor de sólidos de aproximadamente 15%. O teor de sólidos é uma medida de viscosidade e é igual à proporção de fluxo para solvente. Quanto menor o teor de sólidos, maior a porcentagem de solvente. Quanto maior o teor de sólidos, mais ativo o fluxo e maior o potencial para a necessidade de uma etapa de limpeza pós-solda. O fluxo de baixo teor de sólidos (LSF) é comumente usado na indústria eletrônica e normalmente não requer a etapa de pós-limpeza. Do ponto de vista da emissão atmosférica ambiental, o LSF eliminou a necessidade de desengorduramento de vapor de fluorocarbono de placas soldadas por onda, mas com seu maior teor de solvente, eles aumentaram a quantidade de solventes à base de álcool evaporados, resultando em níveis mais altos de VOC. Os níveis de emissão de VOC no ar são rigidamente controlados nos Estados Unidos e em muitos locais em todo o mundo. Esta situação foi abordada pela introdução de fundentes “não limpos”, que são à base de água (em vez de à base de solvente), mas contêm ativadores e resinas fundentes semelhantes. Os principais ingredientes ativos são à base de ácido dicarboxílico (2 a 3%), tipicamente ácidos glutárico, succínico e adípico. surfactantes e inibidores de corrosão (aproximadamente 1%) também estão incluídos, resultando em um pH (acidez) de 3.0 a 3.5. Esses fluxos praticamente eliminam as emissões atmosféricas de VOC e outros perigos EHS associados ao uso de fluxos à base de solvente. Os produtos de decomposição observados em fluxos à base de resina ainda são aplicáveis, e o pH suave exige que o equipamento de manuseio do fluxo seja resistente a ácidos. Algumas evidências anedóticas apontam para possíveis problemas dérmicos ou respiratórios devido aos ácidos dicarboxílicos levemente ácidos secos e inibidores de corrosão que podem se tornar um resíduo a bordo de transportadores, carrinhos e superfícies internas de equipamentos de solda por onda que utilizam esses compostos. Além disso, o componente de água desses fluxos pode não evaporar adequadamente antes de atingir o pote de solda derretida, o que pode levar a respingos da solda quente.

Soldadura em onda

A adição de fluxo à superfície inferior do PWB pode ser realizada por um fluxador localizado dentro da unidade de solda por onda ou por uma unidade autônoma na entrada da unidade de solda por onda. A Figura 2 fornece uma representação esquemática de uma unidade de solda por onda padrão com o fluxador localizado internamente. Qualquer configuração é usada para espumar ou pulverizar o fluxo no PWB.

Figura 2. Esquema da unidade de solda por onda

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Pré-aquecimento

Os portadores de fluxo devem ser evaporados antes da soldagem. Isso é feito usando pré-aquecedores de alta temperatura para remover os componentes líquidos. Dois tipos básicos de pré-aquecedores estão em uso: radiante (hot rod) e volumétrico (ar quente). Os aquecedores radiantes são comuns nos Estados Unidos e apresentam o potencial de ignição do excesso de fluxo ou solvente ou a decomposição de um PWB caso fique imobilizado sob o pré-aquecedor. Ventilação de exaustão local é fornecida no lado do fundente/pré-aquecedor da unidade de solda por onda para capturar e esgotar os materiais de solvente/fluxo evaporados durante essas operações.

De solda

A liga de solda (normalmente 63% de estanho para 37% de chumbo) está contida em um grande reservatório chamado pote de solda, e é aquecido eletricamente para manter a solda em estado fundido. Os aquecedores incluem um poderoso aquecedor a granel para fazer o derretimento inicial e um suprimento menor de calor regulado para controlar a temperatura termostaticamente.

A soldagem bem-sucedida no nível da placa requer que o projeto do pote de solda e os sistemas de bomba de recirculação forneçam continuamente uma “onda” consistente de solda fresca. Com a soldagem, a solda pura fica contaminada com compostos oxidados de chumbo/estanho, impurezas metálicas e produtos de decomposição do fluxo. Esse escória forma-se na superfície da solda fundida, e quanto mais escória for formada, maior será a tendência para formação adicional. A escória é prejudicial ao processo de soldagem e à onda de solda. Se o suficiente se formar no pote, ele pode ser puxado para a bomba de recirculação e causar abrasão no impulsor. Os operadores de solda por onda são obrigados a remover a escória a onda de forma rotineira. Este processo envolve o operador filtrando a escória solidificada da solda fundida e coletando os resíduos para recuperação/reciclagem. O processo de remoção de escória envolve o operador abrindo fisicamente a porta de acesso traseira (normalmente uma configuração de asa de golfo) adjacente ao pote de solda e retirando manualmente a escória quente. Durante este processo, são liberadas emissões visíveis do pote que são altamente irritantes para os olhos, nariz e garganta do operador. O operador é obrigado a usar luvas térmicas, avental, óculos de segurança e protetor facial e proteção respiratória (para partículas de chumbo/estanho, gases corrosivos (HCl) e aldeído alifático (formaldeído)). Ventilação de exaustão local é fornecida do interior da unidade de solda por onda, mas o pote de solda é retirado mecanicamente do gabinete principal para permitir que o operador tenha acesso direto a ambos os lados do pote quente. Uma vez retirado, o duto de exaustão local que está montado no gabinete torna-se ineficaz para a remoção dos materiais liberados. Os principais riscos de saúde e segurança são: queimaduras térmicas de solda quente, exposição respiratória a materiais mencionados acima, lesões nas costas devido ao manuseio de lingotes de solda pesados ​​e tambores de escória e exposição a resíduos de solda de chumbo/estanho/partículas finas durante atividades de manutenção.

Durante o processo de soldagem real, as portas de acesso são fechadas e o interior da unidade de solda por onda está sob pressão negativa devido à ventilação de exaustão local fornecida nos lados do fluxo e do pote de solda da onda. Essa ventilação e as temperaturas de operação do pote de solda (normalmente 302 a 316°C, que está logo acima do ponto de fusão da solda), resultam na formação mínima de vapores de chumbo. A exposição primária ao particulado de chumbo/estanho ocorre durante as atividades de remoção de escória e manutenção de equipamentos, desde a agitação da escória no pote, transferência para o recipiente de recuperação e limpeza de resíduos de solda. Partículas finas de chumbo/estanho são formadas durante a operação de remoção de escória e podem ser liberadas na sala de trabalho e na zona de respiração do operador de solda por onda. Várias estratégias de controle de engenharia foram concebidas para minimizar essas exposições potenciais a partículas de chumbo, incluindo a incorporação de ventilação de exaustão local ao recipiente de recuperação (consulte a figura 3), uso de aspiradores HEPA para limpeza de resíduos e dutos de exaustão flexíveis com braços articulados para posicionar ventilação na panela quente durante a remoção de escória. Deve ser proibido o uso de vassouras ou escovas para varrer resíduos de solda. Práticas rigorosas de limpeza e higiene pessoal também devem ser exigidas. Durante as operações de manutenção do equipamento de solda por onda (que são feitas semanalmente, mensalmente, trimestralmente e anualmente), vários componentes da panela quente são limpos dentro do equipamento ou removidos e limpos em um exaustor local. Essas operações de limpeza podem envolver raspagem física ou limpeza mecânica (usando uma furadeira elétrica e uma escova de aço) a bomba de solda e os defletores. Altos níveis de partículas de chumbo são gerados durante o processo de limpeza mecânica, e o processo deve ser realizado em um invólucro exausto localmente.

Figura 3. Carrinho de escória com tampa a vácuo

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Inspeção, retoque e testes

As funções de inspeção visual e retoque são realizadas após a soldagem por onda e envolvem o uso de lentes de aumento/luzes de tarefa para inspeção fina e retoque de imperfeições. A função de retoque pode envolver o uso de um solda em bastão ferro de solda manual e solda de núcleo de resina ou pincelar uma pequena quantidade de fluxo líquido e solda de fio de chumbo/estanho. Os vapores visuais da solda do bastão envolvem produtos de decomposição do fluxo. Pequenas quantidades de cordão de solda de chumbo/estanho que não aderiram à junta de solda podem representar um problema de limpeza e higiene pessoal. Deve ser fornecido um ventilador adjacente à estação de trabalho para ventilação de diluição geral longe da zona de respiração do operador ou um sistema de exaustão de fumaça mais sofisticado que capture os produtos de degradação na ponta do ferro de solda ou adjacente à operação. Os vapores são então encaminhados para um sistema de exaustão de purificador de ar que incorpora filtragem HEPA para partículas e adsorção de gás de carbono ativado para aldeídos alifáticos e gases de ácido clorídrico. A eficácia desses sistemas de exaustão de solda é altamente dependente das velocidades de captura, proximidade do ponto de geração de fumaça e falta de correntes cruzadas na superfície de trabalho. O teste elétrico do PCB concluído requer equipamento e software de teste especializados.

Retrabalhando e reparando

Com base nos resultados do teste da placa, as placas defeituosas são avaliadas quanto a falhas de componentes específicos e substituídas. Este retrabalho das placas pode envolver solda em bastão. Se os componentes primários do PCB, como o microprocessador, precisarem ser substituídos, um pote de solda de retrabalho é usado para imergir a parte da placa que abriga o componente ou junta defeituosa em um pequeno pote de solda, removendo o componente e, em seguida, inserindo um novo componente funcional de volta na placa. Se o componente for menor ou mais facilmente removido, um aspirador de ar sistema que utiliza ar quente para aquecer a junta de solda e vácuo para remover a solda é empregado. O pote de solda retrabalhado é alojado dentro de um invólucro exausto localmente que fornece velocidade de exaustão suficiente para capturar os produtos de decomposição de fluxo formados quando a solda líquida é escovada na placa e o contato da solda é feito. Este pote também forma escória e requer equipamentos e procedimentos de remoção de escória (em uma escala muito menor). O sistema de aspiração de ar não precisa ser alojado dentro de um gabinete, mas a solda de chumbo/estanho removida deve ser tratada como resíduo perigoso e recuperada/reciclada.

Operações de suporte — limpeza de estêncil

A primeira etapa no processo de montagem do PCB envolveu o uso de um estêncil para fornecer o padrão de locais de ligação para a pasta de solda de chumbo/estanho a ser passada. Normalmente, as aberturas do estêncil começam a ficar entupidas e os resíduos de pasta de solda de chumbo/estanho devem ser removidos a cada turno. Uma pré-limpeza geralmente é realizada na impressora de tela para capturar contaminação grosseira no cartão, limpando a superfície do cartão com uma mistura de álcool diluído e lenços descartáveis. Para remover completamente os resíduos restantes, é necessário um processo de limpeza úmida. Em um sistema semelhante a uma grande máquina de lavar louça, água quente (57°C) e uma solução química de aminas alifáticas diluídas (monoetanol amina) são usadas para remover quimicamente a pasta de solda do estêncil. Quantidades significativas de solda de chumbo/estanho são lavadas da placa e depositadas na câmara de lavagem ou em solução no efluente de água. Este efluente requer filtração ou remoção química de chumbo e ajuste de pH para as aminas alifáticas corrosivas (usando ácido clorídrico). Os limpadores de estêncil de sistema fechado mais recentes utilizam a mesma solução de lavagem até que ela seja gasta. A solução é transferida para uma unidade de destilação e os voláteis são destilados até formar um resíduo semilíquido. Este resíduo é então tratado como um resíduo perigoso contaminado com chumbo/estanho.

Processo de montagem do computador

Depois que o PCB final é montado, ele é transferido para a operação de montagem de sistemas para incorporação no produto final do computador. Esta operação é tipicamente muito trabalhosa, com os componentes a serem montados fornecidos para as estações de trabalho individuais em carrinhos de preparação ao longo da linha de montagem mecanizada. Os principais riscos à saúde e à segurança estão relacionados à movimentação e preparação de materiais (empilhadeiras, levantamento manual), implicações ergonômicas do processo de montagem (amplitude de movimento, força de inserção necessária para “fixar” componentes, instalação de parafusos e conectores) e embalagem final , encolher embalagem e transporte. Um processo típico de montagem de computador envolve:

  • preparação de chassi/caixa
  • Inserção de PCB (placa mãe e filha)
  • componente primário (unidade de disquete, disco rígido, fonte de alimentação, unidade de CD-ROM) inserção
  • montagem da tela (somente portáteis)
  • inserção de mouse e teclado (somente portáteis)
  • cabeamento, conectores e alto-falantes
  • montagem da tampa superior
  • download de software
  • teste
  • retrabalho
  • carregamento da bateria (somente portáteis) e embalagem
  • encolher embalagem e transporte.

 

Os únicos produtos químicos que podem ser usados ​​no processo de montagem envolvem a limpeza final do gabinete ou monitor do computador. Normalmente, é usada uma solução diluída de álcool isopropílico e água ou uma mistura comercial de produtos de limpeza (por exemplo, Simple Green - uma solução diluída de butil celosolve e água).

 

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