Guia para problemas de solda por onda para PCBs

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O que é solda por onda?

A solda por onda é um tipo de processo de solda usado durante a fabricação em massa de placas de circuito impresso ou PCB. O processo de soldagem por onda permite que os fabricantes soldem grandes placas de circuito impresso de forma rápida e confiável. O processo recebe o nome da onda de solda que cada placa passa. O uso de uma onda de solda em oposição a pontos de solda individuais produz juntas de solda que são mecanicamente e eletricamente confiáveis.

O processo de solda por onda é eficaz tanto para o método convencional de montagem de PCB por furos quanto para o método de montagem em superfície mais recente.

Então, o que há em uma máquina de solda por onda e como funciona o processo?

Em sua essência, uma máquina de solda por onda padrão começa com um componente:um tanque aquecido de solda que é mantido na temperatura necessária para o processo de solda específico que está ocorrendo. Dentro do tanque, o técnico monta uma onda de solda, depois passa cada PCB pelo tanque, de modo que o topo da onda de solda apenas faça contato com o fundo da PCB.

Os designers precisam estar cientes de duas questões principais quando se trata de projetar placas de circuito impresso que serão soldadas por onda.

• Espaçamento entre almofadas: Se as almofadas que precisam ser soldadas estiverem muito próximas umas das outras, a solda líquida pode fluir entre elas. O resultado é o curto-circuito não apenas dos dois pads conectados, mas possivelmente de toda a PCB.

• Resistência de solda: Ter uma camada de resistência de solda na placa de circuito impresso não é um problema tão grande quanto era no passado, pois uma camada de resistência de solda está no projeto como prática padrão. Ainda assim, verificar novamente se uma máscara de solda ou uma camada de resistência à solda faz parte do projeto do seu PCB é sempre uma boa coisa a fazer e ajuda a evitar acidentes infelizes.

Uma vez que a placa a ser soldada tenha sido verificada quanto ao espaçamento das almofadas e uma camada de resistência à solda, é hora de aplicar o fluxo. O Flux ajuda a garantir que as áreas da placa que precisam ser soldadas estejam limpas e livres de oxidação. Existem duas maneiras diferentes de aplicar o fluxo, dependendo das circunstâncias.

• Fluxo de spray, que pode ser aplicado como uma névoa fina e seguido de um jato de ar comprimido para remover qualquer excesso.
• Fluxo de espuma, que é aplicado à prancha a partir de um tanque de fluxo regular. Um cilindro de plástico com pequenos orifícios está submerso no tanque de fluxo. Uma vez que o cilindro tenha sido bem e verdadeiramente submerso, uma chaminé de metal pode ser instalada sobre ele. O ar pode então ser forçado através do cilindro para fazer com que a espuma suba pela chaminé. A parte inferior do PCB pode então ser revestida neste fluxo de espuma.

Depois de tratar a parte de baixo da placa com fluxo, é hora de pré-aquecer a placa. Devido à maneira como a solda é aplicada como parte do processo de solda por onda, as placas de circuito impresso que foram soldadas por onda estão sujeitas a grandes quantidades de calor - muito mais do que se tivessem sido soldadas manualmente. Sem pré-aquecimento, as placas de circuito podem acabar com todos os tipos diferentes de defeitos de solda - tudo devido ao choque térmico.

Para ajudar a minimizar as chances de choque térmico, as placas que precisam ser soldadas por onda devem ser aquecidas lentamente até a temperatura necessária.

Quais são alguns dos defeitos que podem acontecer às placas soldadas por onda se não forem pré-aquecidas?

Defeitos e soluções de solda por onda

Só porque há maquinário envolvido no processo de solda por onda não significa que seja menos propenso a erros do que soldar cada junta manualmente. Esteja você usando um tanque de solda ou um ferro manual, você precisa tratar a solda como a ciência exata que é, controlando cuidadosamente onde e o que você solda.

Caso contrário, você terá qualquer um dos vários defeitos de solda, como os listados abaixo:

1. Preenchimento de furo insuficiente

O preenchimento insuficiente dos orifícios é um problema que ocorre em placas de circuito impresso com orifícios pré-perfurados para que os componentes sejam montados na placa. Essencialmente, o preenchimento insuficiente do orifício ocorre quando uma quantidade inadequada de solda preencheu os orifícios perfurados para os componentes, o que significa que a solda não gruda na placa de circuito depois que esfria. Existem várias razões para o preenchimento insuficiente do furo:

• O fluxo foi aplicado incorretamente e não penetrou na placa, o que significa que a solda não foi ativada e não conseguiu ligar os componentes corretamente.

• A temperatura do lado superior da placa não é alta o suficiente para derreter a solda, de modo que ela possa subir pelos orifícios.

• Não havia placa suficiente na onda da solda. Se uma quantidade insuficiente da placa entrar em contato com a onda, pouca solda é empurrada para os orifícios de passagem.

A melhor maneira de corrigir esses problemas é executar outra série de verificações de pré-soldagem. Verifique o tipo de fluxo que você está usando e certifique-se de que haja um volume suficiente para cobrir toda a PCB. Esta etapa também ajudará com o segundo problema:pré-aquecimento insuficiente.



Como a solda flui para o calor, a solda não fluirá tão bem se os orifícios de passagem do seu PCB não estiverem na temperatura correta. Embora a temperatura “certa” dependa dos padrões operacionais da sua empresa, a regra geral é entre 300 e 340 graus Fahrenheit, ou aproximadamente 150 a 170 graus Celsius.

Todo o conjunto precisa atingir essa temperatura antes a prancha entra em contato com a onda. Se você não tiver certeza se seus orifícios estão atingindo a temperatura correta, faça um perfil do processo de solda por onda - ele deve ser exatamente igual ou muito semelhante aos processos de refluxo da sua placa.

Enquanto você está fazendo um perfil do processo de solda por onda, você também pode verificar a altura da sua placa - ou seja, quanto da placa está exposta à onda a qualquer momento. Tente ter pelo menos metade da espessura da placa na onda de solda a qualquer momento, o que permitirá que a pressão hidrostática da onda empurre a solda para dentro do orifício.

2. Componentes Elevados

Componentes levantados, também conhecidos como lápides, são componentes que se elevaram da placa durante o processo de soldagem. Existem várias causas comuns de lápides, incluindo:

• Comprimento de chumbo incorreto, o que pode fazer com que os componentes se levantem da placa quando entram no banho de solda.
• Tentativa de realizar solda por onda em uma placa de circuito impresso flexível, que dobrará enquanto o restante dos componentes permanece plano, fazendo com que eles se levantem da placa.
• Usando componentes com requisitos variados para tipo e temperatura de solda.

Para corrigir os comprimentos incorretos dos leads, veja quais leads você está usando. Se seus cabos forem muito longos, bater no banho de solda pode empurrá-los para fora do orifício. Para corrigir isso, você pode aumentar o tempo de imersão na onda, o que deve diminuir a demanda térmica nos terminais e permitir que eles se estabilizem.

Para corrigir a flexão do PCB ou outros problemas relacionados ao flex, verifique novamente que tipo de PCB você está usando e quais são suas tolerâncias térmicas. A flexão da placa é comum em conectores grandes e em grandes pacotes ou soquetes de IC. PCBs que se flexionam desde o início, como plástico, não devem ser soldados por onda, pois a onda de solda pode fazer com que o plástico dobre e levante os componentes da placa.

Por fim, depois de verificar as tolerâncias térmicas da sua placa, verifique as tolerâncias térmicas de todos os seus componentes. Componentes que têm diferentes demandas de temperatura ou temperaturas de soldabilidade de chumbo também podem subir em contato com a onda, pois alguns componentes se soldam, enquanto o excesso de calor afasta outros. Certifique-se de que todos os componentes que você está usando tenham os mesmos requisitos, o que deve ajudar a evitar esses tipos de problemas.

3. Solda excessiva

O excesso de solda é o resultado de sua placa ter um acúmulo de solda ao passar por um tanque de solda de onda. Embora isso ainda acabe fazendo uma conexão elétrica entre a placa e o componente em questão, será difícil para você ou para quem mais estiver olhando para a placa dizer exatamente o que está acontecendo dentro da própria solda.

Pode haver vários motivos pelos quais você pode ter muita solda em suas conexões:

• Ter os mesmos tipos de componentes voltados para direções diferentes
• Usar comprimentos incorretos de lead quando se trata de seus processos de design
• Executando sua correia transportadora muito rápido

A primeira causa é uma correção bastante fácil. Certifique-se de que todos os seus componentes de um único tipo – por exemplo, todas as suas baterias – estejam voltados para a mesma direção quando forem para o tanque de ondas. Portanto, se um componente estiver "distante" do tanque quando entrar, todos os outros componentes desse tipo também devem estar voltados para esse lado.



A fixação de saliências de chumbo — que são causadas por comprimentos de chumbo incorretos no processo de design — também pode ajudar a evitar excesso de solda. Se o fio for muito longo, a solda pode se acumular nele e se tornar excessiva. Para resolver isso, decida por um comprimento de chumbo que não se estenda muito além das superfícies do pad. Por exemplo, a NASA usa um comprimento de chumbo de 2,29 mm - apenas o suficiente para passar pela almofada para solda.

Se todos os seus componentes estiverem voltados para a mesma direção e os comprimentos de solda forem precisos, talvez seja necessário diminuir a velocidade da correia transportadora. Uma correia transportadora que vai muito rápido pode acabar despejando onda após onda de solda nos componentes da sua placa à medida que passam pelo tanque de solda. A solução mais fácil para esse problema é conversar com seu gerente de projeto sobre as velocidades aceitáveis ​​da esteira transportadora.

4. Bola de solda

A bola de solda pode ocorrer quando pequenos pedaços de solda se reconectam ao PCB - especificamente perto dos terminais - à medida que passa pelo processo de solda por onda. Causas comuns de formação de bolas de solda podem incluir:

• A temperatura da solda no tanque está muito alta.
• A solda está caindo de volta na onda à medida que se separa da placa, o que pode fazer com que o excesso de solda respingue de volta na placa.
• Os gases liberados pelo fluxo aquecido podem fazer com que a solda líquida volte para a placa.

A melhor maneira de corrigir problemas gerais de soldagem de esferas é no design da própria PCB. Quando chegar a hora de escolher a máscara de solda que você usa em seu projeto de PCB, tente encontrar uma que tenha menos chance de permitir que a solda adere a ela em primeiro lugar. Ao escolher a melhor máscara de solda para o seu projeto, você pode ajudar a tornar o projeto da sua placa mais robusto.

Bolas de solda causadas por gases de fluxo aquecido geralmente resultam de um refluxo excessivo no ar ao redor do tanque de solda de onda, ou uma queda no nitrogênio presente no ambiente. Verifique quanto ar está fluindo para o tanque de solda, bem como a quantidade de nitrogênio presente no ambiente do tanque de solda. Manter um olhar cuidadoso em ambos ajudará a aliviar os problemas da bola de solda causados ​​pelo retorno do fluxo aquecido.

Existem várias razões pelas quais a solda pode cair de volta na onda:se há material volátil ainda no fluxo, quão alta é a onda de solda, etc. A melhor maneira de obter um cordão na raiz do problema é executar sua onda de solda com um cartão branco por cima da onda, mas sem nenhum processamento de placas. Execute o mesmo teste com algumas placas de teste passando pela onda e compare os resultados.

5. Sinalizadores de solda

Os sinalizadores de solda são pequenas saliências de solda que saem das extremidades de seus terminais. Mesmo que eles ainda permitam que você forme uma conexão elétrica adequada com os outros componentes da placa, eles indicam tanto a aplicação inadequada de fluxo quanto problemas com a drenagem da solda da sua placa.

Causas comuns para sinalizadores de solda incluem:

• Drenagem lenta da solda da máquina de solda por onda, deixando uma quantidade excessiva de solda no chumbo, que “sinalizará” para um lado enquanto drena.

• Rastros de solda que parecem bigodes, geralmente o resultado de fluxo aplicado incorretamente.

• Armazenamento inadequado de seus cabos de solda, o que pode causar oxidação em que sua solda não poderá se conectar prontamente.

A drenagem lenta geralmente é causada por um controle deficiente entre a separação da onda de solda e a placa. Na maioria dos casos, isso ocorre porque o refluxo da onda de solda não está definido corretamente - verifique se o seu está definido para uma onda no estilo "lambda". Se o refluxo da sua onda de solda estiver configurado corretamente, a solda fluirá na mesma velocidade e na mesma direção que a placa quando ela se separar da onda. Se precisar, você pode executá-lo um pouco mais rápido. No entanto, executá-lo lentamente, ou não fazê-lo, aumentará os sinalizadores/picos de solda.

A oxidação pode ser o resultado de fios cortados ou armazenados de forma inadequada. Se seus leads não forem cortados internamente, verifique com seu fornecedor como eles cortam seus leads. Extremidades cortadas podem fazer com que seus leads oxidem, especialmente se forem armazenados por muito tempo. Se sua loja corta leads internamente, você tem mais controle sobre como eles são cortados e armazenados, bem como por quanto tempo permanecem no armazenamento. Todos esses três fatores deixam o chumbo aberto à oxidação, tornando muito mais difícil molhar com solda quando chega a hora de passá-lo pela onda.

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