Soldagem por onda vs. soldagem por refluxo:uma comparação abrangente para montagem de PCB

À medida que a eletrônica contemporânea adota peso leve, eficiência crescente e alta velocidade, cada elo do processo de fabricação também está em conformidade com essa filosofia, incluindo a montagem da placa de circuito impresso (PCB). A soldagem tem desempenhado um papel essencial na determinação do sucesso dos produtos eletrônicos, uma vez que as conexões elétricas derivam de uma soldagem precisa. Em comparação com a soldagem manual, a soldagem automática foi amplamente selecionada devido aos seus méritos de alta precisão e velocidade, e às demandas de grande volume e alta relação custo-benefício. Como as principais tecnologias de soldagem para montagem, a soldagem por onda e a soldagem 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.
Figura 1. As diferenças entre soldagem, soldagem e brasagem.
Antes da comparação formal entre soldagem por onda e soldagem por refluxo, é de grande necessidade compreender as diferenças entre soldagem, soldagem e brasagem (Figura 1). Resumidamente, soldagem refere-se ao processo no qual dois metais semelhantes são fundidos para serem unidos. Brasagem refere-se ao processo no qual duas peças de metal são unidas por aquecimento e fusão de enchimento, ou liga, em alta temperatura. A soldagem é, na verdade, uma brasagem de baixa temperatura e seu enchimento é chamado de solda.

Quando se trata de montagem de PCB, a soldagem é aplicada através de pasta de solda. A soldagem com pasta de solda que contém substâncias perigosas como chumbo, mercúrio, etc. é chamada de soldagem com chumbo, enquanto a soldagem com pasta de solda sem substâncias perigosas é chamada de soldagem sem chumbo. A soldagem com ou sem chumbo deve ser escolhida de acordo com as demandas específicas dos produtos para os quais os PCBs montados serão projetados para funcionar.

Soldagem por onda

Como o próprio nome indica, a soldagem por onda é usada para combinar PCBs e peças por meio de uma “onda” líquida formada como resultado da agitação do motor. O líquido é na verdade estanho dissolvido. É realizado em máquina de solda por onda (Figura 2).

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

1. 
   Pulverização de Fluxo. A limpeza das superfícies metálicas é o elemento básico que garante o desempenho da soldagem, dependendo das funções do fluxo de solda. O fluxo de solda desempenha um papel crucial na implementação suave da soldagem. As funções primárias do fluxo de solda incluem a eliminação de óxido da superfície metálica das placas e pinos dos componentes; proteger placas de circuito contra oxidação secundária durante o processo térmico; reduzindo a tensão superficial da pasta de solda; e transmitindo calor.
   
2. 
   Pré-aquecimento. Em um palete ao longo de uma corrente semelhante a uma correia transportadora, as placas de circuito passam por um túnel de calor para realizar o pré-aquecimento e ativar o fluxo.
   
3. 
   Soldagem por onda. À medida que a temperatura aumenta constantemente, a pasta de solda torna-se líquida com uma onda formada nas placas de borda que viajam acima. Os componentes podem ser solidamente colados nas placas.
   
4. 
   Resfriamento. O perfil de solda por onda está em conformidade com uma curva de temperatura. À medida que a temperatura atinge o pico na fase de soldagem por onda, ela é reduzida, o que é chamado de zona de resfriamento. Após ser resfriada à temperatura ambiente, a placa será montada com sucesso.
   

Figura 2. Um exemplo de máquina de solda por onda.
Como as placas de circuito são colocadas em um palete prontas para serem soldadas por onda, o tempo e a temperatura estão intimamente associados ao desempenho da soldagem. No que diz respeito ao tempo e à temperatura, é necessária uma máquina de solda por onda profissional, enquanto o conhecimento e a experiência do montador de PCB raramente são fáceis de obter, pois dependem da aplicação de tecnologias atualizadas e do foco no negócio.

Se a temperatura estiver 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 por fluxo e metal se a temperatura não for suficientemente alta. Outros fatores como velocidade da portadora da banda, tempo de contato da onda, etc. devem ser levados em consideração.

De modo geral, embora seja utilizado o mesmo equipamento de soldagem por onda, diferentes montadoras oferecem diferentes eficiências de fabricação devido aos métodos de operação e ao grau de conhecimento sobre como operar a máquina.

Soldagem por refluxo

A soldagem por refluxo cola permanentemente os componentes que primeiro ficam temporariamente presos às suas almofadas nas placas de circuito usando pasta de solda que será derretida através do ar quente ou outra condução de radiação térmica. A soldagem por refluxo é implementada em uma máquina chamada forno de solda por refluxo (Figura 3). Como a sua definição indica, os componentes elétricos são temporariamente fixados às placas de contato antes da soldagem com pasta de solda.

Este processo contém principalmente duas etapas. Primeiro, a pasta de solda é colocada com precisão em cada almofada através de um estêncil de pasta de solda. Em seguida, os componentes são colocados em almofadas por uma máquina pick-and-place. A soldagem por refluxo real não começará até que esses preparativos sejam feitos.

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  Pré-aquecimento. Esta etapa tem dois propósitos durante a soldagem por refluxo. Primeiro, permite que as placas sejam montadas para atingir consistentemente a temperatura necessária para cumprir totalmente o perfil térmico. Em segundo lugar, é responsável pela expulsão dos solventes voláteis contidos na pasta de solda. Caso contrário, a qualidade da soldagem ficará comprometida.
  
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  Imersão Térmica. Semelhante à soldagem por onda, a soldagem por refluxo também depende do fluxo contido na pasta de solda. Consequentemente, a temperatura tem de atingir um nível no qual o fluxo possa ser activado, ou o fluxo deixará de desempenhar o seu papel no processo de soldadura.
  
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  Soldagem por refluxo. Esta fase ocorre quando o pico de temperatura é atingido, permitindo que a pasta de solda seja derretida e refluída. O controle de temperatura desempenha um papel crucial no processo de soldagem por refluxo. Uma temperatura muito baixa impede que a pasta de solda reflua suficientemente; uma temperatura muito alta pode causar danos aos componentes ou placas da tecnologia de montagem em superfície (SMT). Por exemplo, um pacote Ball Grid Array (BGA) contém várias bolas de solda que serão derretidas durante a soldagem por refluxo. Se a temperatura de soldagem não atingir o nível ideal, essas bolas poderão derreter de maneira irregular e a soldagem BGA poderá sofrer devido ao retrabalho.
  
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  Resfriamento. A temperatura diminuirá logo após a temperatura máxima ser atingida. O resfriamento leva a pasta de solda a solidificar, fixando permanentemente as peças nas almofadas de contato das placas.
  

Figura 3. A soldagem por refluxo é realizada em um forno de soldagem por refluxo.
A soldagem por refluxo pode ser aplicada tanto na montagem SMT quanto na tecnologia passante (THT), mas é usada principalmente na primeira. Quando se trata de aplicação de soldagem por refluxo em montagem THT, geralmente se utiliza pin-in-paste (PIP). Primeiro, a pasta de solda preenche os buracos nas placas. Em seguida, os pinos dos componentes são inseridos nos orifícios, com um pouco de pasta de solda saindo do outro lado da placa. Finalmente, a soldagem por refluxo é implementada para completar a soldagem.

Soldagem por onda vs. Solda por refluxo

A diferença entre soldagem por onda e soldagem por refluxo nunca pode ser ignorada, pois muitos usuários não têm ideia de qual escolher ao adquirir serviços de montagem de PCB. Uma modificação em termos de soldagem tende a provocar alterações em todo o processo de fabricação da montagem. Essas mudanças incluem eficiência de fabricação, custo, tempo de lançamento no mercado, ganhos, etc.

A Figura 4 ilustra a diferença entre as etapas do processo de soldagem. A diferença essencial entre a soldagem por onda e a soldagem por refluxo está na pulverização de fluxo - a soldagem por onda contém esta etapa, enquanto a soldagem por refluxo não. O fluxo permite a eliminação do dióxido e a redução da tensão superficial no material a ser soldado. O Flux funciona apenas quando está ativado, o que exige adesão rigorosa ao controle de temperatura e tempo. Como o fluxo está contido na pasta de solda na soldagem por refluxo, o conteúdo do fluxo deve ser organizado e alcançado de forma adequada.
Figura 4. As diferenças entre as etapas do processo de soldagem por onda e soldagem por refluxo.
Os defeitos de soldagem parecem inevitáveis. É impossível determinar qual tecnologia de soldagem cria mais defeitos que outra, pois o processo difere a cada vez. Apesar da inevitabilidade da ocorrência de defeitos de soldagem, sua frequência pode ser reduzida quando os montadores cumprem os regulamentos de fabricação de montagens profissionais e estão plenamente conscientes das características e do desempenho de todos os equipamentos ao longo da linha de fabricação. Além disso, o pessoal de engenharia deve ser qualificado e regularmente treinado para acompanhar o progresso das tecnologias modernas.

De modo geral, a soldagem por refluxo funciona melhor para montagem SMT, enquanto a onda funciona melhor para montagem THT ou DIP. No entanto, uma placa de circuito quase nunca contém SMDs (dispositivos de montagem em superfície) puros ou componentes passantes. Em termos de montagem mista, normalmente é realizado primeiro o SMT e depois o THT ou DIP, uma vez que a temperatura necessária para a soldagem por refluxo é muito maior do que a necessária para a soldagem por onda. Se a sequência de duas montagens for invertida, a pasta de solda sólida possivelmente derreterá novamente, com componentes bem soldados apresentando defeitos ou até mesmo caindo da placa.

Este artigo foi escrito por Dora Yang, engenheira técnica da PCBCart, Hangzhou, China. Para mais informações, clique aqui.