Solda por Onda vs. Solda por Refluxo: Comparação Abrangente para Montagem de PCB

À medida que a eletrônica contemporânea adota leveza, eficiência crescente e alta velocidade, cada elo do processo de fabricação também adere a essa filosofia, incluindo a montagem de placas de circuito impresso (PCI). A soldagem desempenha papel essencial na determinação do sucesso de produtos eletrônicos, já que conexões elétricas derivam de soldagem precisa. Comparada à solda manual, a solda automática tem sido amplamente selecionada por seus méritos de alta precisão e velocidade, e pelas demandas de grande volume e alta relação custo-benefício. Como tecnologias líderes de soldagem para montagem, solda por onda e solda por refluxo têm sido mais amplamente aplicadas à montagem de alta qualidade; no entanto, as diferenças entre as duas tecnologias continuam a confundir muitos, e quando cada uma deve ser usada também é vago.

Antes da comparação formal entre solda por onda e solda por refluxo, é de significativa necessidade entender as diferenças entre soldagem, brasagem e solda branda (Figura 1). Brevemente, soldagem refere-se ao processo em que dois metais semelhantes são derretidos para serem unidos. Brasagem refere-se ao processo em que duas peças de metal são unidas aquecendo e derretendo material de enchimento, ou liga, a alta temperatura. Solda branda é na verdade uma brasagem de baixa temperatura, e seu material de enchimento é chamado de solda.

Quando se trata de montagem de PCI, a soldagem é aplicada através de pasta de solda. Soldagem com pasta de solda contendo substâncias perigosas como chumbo, mercúrio, etc. é chamada solda com chumbo, enquanto soldagem com pasta de solda sem substâncias perigosas é chamada solda sem chumbo. Solda com ou sem chumbo deve ser escolhida de acordo com demandas específicas dos produtos para os quais os PCIs montados serão projetados para funcionar.

Solda por Onda

Como o nome implica, solda por onda é usada para combinar PCIs e componentes através de uma "onda" líquida formada como resultado da agitação do motor. O líquido é na verdade estanho dissolvido. É realizada em uma máquina de solda por onda (Figura 2).

O processo de solda por onda é composto de quatro etapas: aplicação de fluxo, pré-aquecimento, solda por onda e resfriamento.

1. Aplicação de Fluxo. Limpeza de superfícies metálicas é o elemento básico garantindo desempenho de soldagem, dependendo das funções do fluxo de solda. O fluxo de solda desempenha papel crucial na implementação suave da soldagem. Funções primárias do fluxo de solda incluem eliminar óxido da superfície metálica de placas e pinos de componentes; proteger placas de circuito de oxidação secundária durante o processo térmico; reduzir tensão superficial da pasta de solda; e transmitir calor.

2. Pré-Aquecimento. Em uma bandeja ao longo de uma corrente semelhante a uma esteira transportadora, placas de circuito passam por um túnel de calor para realizar pré-aquecimento e ativar o fluxo.

3. Solda por Onda. À medida que a temperatura sobe constantemente, a pasta de solda se torna líquida com uma onda formada a partir das bordas das placas que passam acima. Componentes podem ser solidamente unidos nas placas.

4. Resfriamento. O perfil de solda por onda conforma-se a uma curva de temperatura. À medida que a temperatura atinge o pico na etapa de solda por onda, ela é reduzida, o que é chamado de zona de resfriamento. Após ser resfriado à temperatura ambiente, a placa será montada com sucesso.

Como placas de circuito são colocadas em uma bandeja prontas para passar pela solda por onda, tempo e temperatura estão intimamente associados ao desempenho da soldagem. No que concerne a tempo e temperatura, uma máquina profissional de solda por onda é necessária, enquanto a experiência e expertise do montador de PCI raramente são fáceis de obter, pois dependem da aplicação de tecnologias atualizadas e foco no negócio.

Se a temperatura for definida muito baixa, o fluxo não derreterá adequadamente, reduzindo a capacidade de reagir e dissolver óxido e sujeira na superfície do metal. Além disso, a liga não será gerada pelo fluxo e metal se a temperatura não for suficientemente alta. Outros fatores como velocidade da esteira transportadora, tempo de contato da onda, etc. devem ser considerados.

De modo geral, mesmo usando o mesmo equipamento de solda por onda, diferentes montadores oferecem eficiência de fabricação diferente devido a métodos de operação e extensão do conhecimento sobre como operar a máquina.

Solda por Refluxo

Solda por refluxo une permanentemente componentes que são primeiro temporariamente fixados em seus pads nas placas de circuito usando pasta de solda que será derretida através de ar quente ou outra condução de radiação térmica. Solda por refluxo é implementada em uma máquina chamada forno de solda por refluxo (Figura 3). Como sua definição implica, componentes elétricos são temporariamente fixados nos pads de contato antes da soldagem usando pasta de solda.

Este processo contém principalmente duas etapas. Primeiro, pasta de solda é colocada com precisão em cada pad através de um estêncil de pasta de solda. Então, componentes são colocados nos pads por uma máquina pick-and-place. A verdadeira solda por refluxo não começa até que esses preparativos tenham sido feitos.

• Pré-Aquecimento. Esta etapa serve a dois propósitos durante a solda por refluxo. Primeiro, permite que placas a serem montadas atinjam consistentemente a temperatura requerida para cumprir totalmente o perfil térmico. Segundo, é responsável por expelir solventes voláteis contidos na pasta de solda. Caso contrário, a qualidade da soldagem será comprometida.

• Imersão Térmica. Similar à solda por onda, a solda por refluxo também depende do fluxo contido na pasta de solda. Consequentemente, a temperatura tem que atingir um nível em que o fluxo possa ser ativado, ou o fluxo falha em desempenhar seu papel no processo de soldagem.

• Solda por Refluxo. Esta fase ocorre quando a temperatura de pico é atingida, permitindo que a pasta de solda seja derretida e reflua. O controle de temperatura desempenha papel crucial no processo de solda por refluxo. Temperatura muito baixa impede que a pasta de solda reflua suficientemente; temperatura muito alta pode causar danos em componentes de tecnologia de montagem superficial (SMT) ou placas. Por exemplo, um pacote ball grid array (BGA) contém múltiplas esferas de solda que serão derretidas durante a solda por refluxo. Se a temperatura de soldagem não atingir o nível ótimo, essas esferas podem derreter de forma desigual, e a soldagem BGA pode sofrer devido a retrabalho.

• Resfriamento. A temperatura cairá logo após a temperatura máxima ser atingida. O resfriamento leva a pasta de solda a solidificar, fixando permanentemente peças nos pads de contato nas placas.

Solda por refluxo pode ser aplicada tanto em montagem SMT quanto em tecnologia de furo passante (THT), mas é usada principalmente na primeira. Quando se trata de aplicação de solda por refluxo em montagem THT, pin-in-paste (PIP) é geralmente utilizado. Primeiro, pasta de solda preenche os furos nas placas. Então, pinos de componentes são inseridos nos furos, com alguma pasta de solda saindo do outro lado da placa. Finalmente, solda por refluxo é implementada para completar a soldagem.

Solda por Onda vs. Solda por Refluxo

A diferença entre solda por onda e solda por refluxo nunca pode ser ignorada, já que muitos usuários não sabem qual selecionar ao comprar serviços de montagem de PCI. Uma modificação em termos de soldagem tende a causar mudanças em todo o processo de fabricação de montagem. Essas mudanças incluem eficiência de fabricação, custo, tempo de mercado, ganhos, etc.

A Figura 4 ilustra a diferença entre as etapas do processo de soldagem. A diferença essencial entre solda por onda e solda por refluxo está na aplicação de fluxo — a solda por onda contém esta etapa, enquanto a solda por refluxo não. O fluxo permite eliminação de dióxido e redução de tensão superficial no material a ser soldado. O fluxo funciona apenas quando ativado, o que requer rigorosa aderência ao controle de temperatura e tempo. Como o fluxo está contido na pasta de solda na solda por refluxo, o conteúdo de fluxo tem que ser apropriadamente arranjado e alcançado.

Defeitos de soldagem parecem inevitáveis. É impossível determinar qual tecnologia de soldagem cria mais defeitos que a outra, pois o processo difere a cada vez. Apesar da inevitabilidade de defeitos de soldagem ocorrerem, sua frequência pode ser reduzida quando montadores conformam-se a regulamentos profissionais de fabricação de montagem, e estão plenamente cientes das características e desempenho de todos os equipamentos ao longo da linha de fabricação. Além disso, equipe de engenharia deve ser qualificada e regularmente treinada para acompanhar o progresso das tecnologias modernas.

De modo geral, solda por refluxo funciona melhor para montagem SMT, enquanto onda funciona melhor para montagem THT ou DIP. No entanto, uma placa de circuito quase nunca contém apenas SMDs (dispositivos de montagem superficial) ou componentes de furo passante. Em termos de montagem mista, SMT é normalmente realizada primeiro e então THT ou DIP é executada, já que a temperatura requerida para solda por refluxo é muito mais alta que a requerida para solda por onda. Se a sequência das duas montagens for invertida, pasta de solda sólida possivelmente derreterá novamente, com componentes bem soldados sofrendo defeitos ou até caindo da placa.