Soldadura em onda - Wave soldering

Gráfico de temperatura e tempo mostrando o pote de solda por onda e as temperaturas do topo

A soldagem por onda é um processo de soldagem em massa usado na fabricação de placas de circuito impresso . A placa de circuito é passada sobre uma bandeja de solda derretida na qual uma bomba produz uma ressurgência de solda que se parece com uma onda estacionária . Conforme a placa de circuito entra em contato com essa onda, os componentes são soldados à placa. A soldagem por onda é usada tanto para montagens de circuito impresso através de orifícios quanto para montagem em superfície . No último caso, os componentes são colados na superfície de uma placa de circuito impresso (PCB) por equipamento de colocação , antes de serem executados pela onda de solda derretida. A soldagem por onda é usada principalmente na soldagem de componentes de orifícios passantes.

Como os componentes do orifício foram amplamente substituídos por componentes de montagem em superfície , a soldagem por onda foi suplantada por métodos de soldagem por refluxo em muitas aplicações eletrônicas de grande escala. No entanto, ainda há soldagem por onda significativa onde a tecnologia de montagem em superfície (SMT) não é adequada (por exemplo, dispositivos de grande potência e conectores de alta contagem de pinos), ou onde a tecnologia de orifício simples prevalece (alguns aparelhos principais ).

Processo de solda por onda

Uma simples máquina de solda por onda.

Existem muitos tipos de máquinas de solda por onda; no entanto, os componentes e princípios básicos dessas máquinas são os mesmos. O equipamento básico usado durante o processo é um transportador que move o PCB pelas diferentes zonas, uma panela de solda usada no processo de soldagem, uma bomba que produz a onda real, o pulverizador para o fluxo e a almofada de pré-aquecimento. A solda geralmente é uma mistura de metais. Uma solda com chumbo típica é composta de 50% de estanho, 49,5% de chumbo e 0,5% de antimônio. A Diretiva de Restrição de Substâncias Perigosas (RoHS) levou à eliminação da solda com chumbo na fabricação moderna e alternativas sem chumbo são usadas. As ligas de estanho-prata-cobre e estanho-cobre-níquel são comumente usadas, com uma liga comum (SN100C) sendo 99,25% de estanho, 0,7% de cobre, 0,05% de níquel e <0,01% de germânio.

Exemplo de fixação do otimizador de solda de onda mostrando sensores

Fluxante

O fluxo no processo de soldagem por onda tem um objetivo primário e um objetivo secundário. O objetivo principal é limpar os componentes a serem soldados, principalmente quaisquer camadas de óxido que possam ter se formado. Existem dois tipos de fluxo, corrosivo e não corrosivo. O fluxo não corrosivo requer limpeza prévia e é usado quando a acidez baixa é necessária. O fluxo corrosivo é rápido e requer pouca limpeza prévia, mas apresenta uma acidez superior.

Pré-aquecimento

O pré-aquecimento ajuda a acelerar o processo de soldagem e a prevenir choques térmicos .

Limpeza

Alguns tipos de fluxo, chamados de fluxos "no-clean", não requerem limpeza; seus resíduos são benignos após o processo de soldagem. Normalmente, os fluxos sem limpeza são especialmente sensíveis às condições do processo, o que pode torná-los indesejáveis ​​em algumas aplicações. Outros tipos de fluxo, entretanto, requerem uma etapa de limpeza, na qual o PCB é lavado com solventes e / ou água desionizada para remover os resíduos do fluxo.

Acabamento e qualidade

A qualidade depende de temperaturas adequadas ao aquecer e de superfícies devidamente tratadas.

Defeito Causas Possíveis Efeitos
Rachaduras Tensão Mecânica Perda de Condutividade
Cáries Superfície contaminada

Falta de fluxo
Pré-aquecimento insuficiente

Redução de força

Má condutividade

Espessura de solda errada Temperatura de solda errada

Velocidade incorreta do transportador

Suscetível ao estresse

Muito fino para a carga atual
Ponte indesejada entre caminhos

Maestro Maestro Solda contaminada Falhas de produto

Tipos de solda

Diferentes combinações de estanho, chumbo e outros metais são usadas para criar a solda. As combinações usadas dependem das propriedades desejadas. As combinações mais populares são ligas de SAC (Estanho (Sn) / Prata (Ag) / Cobre (Cu)) e Sn63Pb37 (Sn63A), que é 63% estanho e 37% chumbo. A última combinação é forte, tem um baixo intervalo de fusão e derrete e endurece rapidamente. Composições mais altas de estanho dão à solda resistências à corrosão mais altas, mas aumentam o ponto de fusão. Outra composição comum é 11% de estanho, 37% de chumbo, 42% de bismuto e 10% de cádmio. Esta combinação tem um baixo ponto de fusão e é útil para soldar componentes que são sensíveis ao calor. Os requisitos ambientais e de desempenho também influenciam na seleção da liga. As restrições comuns incluem restrições ao chumbo (Pb) quando a conformidade com RoHS é necessária e restrições ao estanho puro (Sn) quando a confiabilidade de longo prazo é uma preocupação.

Efeitos da taxa de resfriamento

É importante que os PCBs resfriem a uma taxa razoável. Se eles forem resfriados muito rápido, a placa de circuito impresso pode ficar empenada e a solda pode ser comprometida. Por outro lado, se for permitido que o PCB resfrie muito lentamente, ele pode se tornar quebradiço e alguns componentes podem ser danificados pelo calor. O PCB deve ser resfriado por um spray fino de água ou resfriado a ar para diminuir a quantidade de danos à placa.

Perfil térmico

O perfil térmico é o ato de medir vários pontos em uma placa de circuito para determinar a excursão térmica que leva ao longo do processo de soldagem. Na indústria de manufatura de eletrônicos, o SPC (Controle Estatístico de Processo) ajuda a determinar se o processo está sob controle, medido em relação aos parâmetros de refluxo definidos pelas tecnologias de soldagem e requisitos de componentes. Produtos como o Solderstar WaveShuttle e o Optiminer foram desenvolvidos com acessórios especiais que passam pelo processo e podem medir o perfil de temperatura, junto com os tempos de contato, paralelismo e altura das ondas. Esses acessórios combinados com o software de análise permitem que o engenheiro de produção estabeleça e controle o processo de solda por onda.

Um exemplo de acessório usado para capturar dados de processo da máquina de solda por onda

Altura da onda da solda

A altura da onda de solda é um parâmetro chave que precisa ser avaliado ao configurar o processo de solda por onda. O tempo de contato entre a onda de solda e o conjunto sendo soldado é normalmente definido entre 2 e 4 segundos. Este tempo de contato é controlado por dois parâmetros na máquina, velocidade do transportador e altura da onda, mudanças em qualquer um desses parâmetros resultarão em uma mudança no tempo de contato. A altura da onda é normalmente controlada aumentando ou diminuindo a velocidade da bomba na máquina. As mudanças podem ser avaliadas e verificadas usando uma placa de vidro temperado, se registros mais detalhados forem necessários, dispositivos elétricos estão disponíveis que registram digitalmente os tempos de contato, altura e velocidade.

Tempos de contato e forma da onda de solda na parte inferior do PCB

Veja também

Referências

Leitura adicional