¿Qué es la soldadura por ola?
La soldadura por ola se refiere al proceso de crear un baño de soldadura con la forma de onda deseada utilizando una aleación de soldadura fundida (plomo-estaño) a través de una bomba eléctrica o electromagnética. La ola de soldadura también se puede formar inyectando gas nitrógeno en el baño de soldadura. En este proceso, una placa de circuito impreso (PCB) precargada con componentes se pasa a través de la ola de soldadura, lo que forma una forma específica de pico de soldadura en la superficie de la soldadura fundida. Esto permite que la PCB, con componentes montados en ángulos y profundidades de inmersión específicos, se suelde a través de la ola de soldadura, creando juntas de soldadura. Todo este proceso se conoce como soldadura por ola.
Como paso importante en el proceso de montaje de paquetes en línea duales (DIP), la soldadura por ola se utiliza principalmente para la soldadura de componentes de agujeros pasantes en placas de circuito. A pesar de la tendencia hacia la miniaturización y la tecnología de montaje superficial (SMT), ciertos productos como televisores, equipos audiovisuales domésticos y decodificadores digitales siguen utilizando componentes de agujeros pasantes en placas de circuito de tecnología mixta. Por lo tanto, la soldadura por ola sigue empleándose en este tipo de aplicaciones.
La historia de la soldadura por ola
En 1956, Fry's Metal, una empresa británica, inventó el método de soldadura por ola para placas de circuito impreso (PCB). Esta innovación marcó una nueva era en la automatización de máquinas, pasando de la soldadura manual punto a punto con soldadores a la soldadura automatizada a gran escala y de alta eficiencia. Esto revolucionó verdaderamente el proceso de soldadura de las PCB, ofreciendo ventajas significativas como la reducción de los defectos en las juntas de soldadura, la mejora de la fiabilidad de los productos electrónicos, la reducción de los costes de producción, la disminución de la intensidad del trabajo para los trabajadores y el aumento de la eficiencia de la producción.
¿Cómo funciona la soldadura por ola?
La soldadura por ola se realiza utilizando una máquina de soldadura por ola, que consiste principalmente en una cinta transportadora, una zona de aplicación de fundente de soldadura, una zona de precalentamiento, un recipiente de soldadura y otros componentes. A continuación se muestra su diagrama esquemático de funcionamiento:
Cinta transportadora:
La cinta transportadora lleva la placa de circuito, con los componentes insertados, a la máquina de soldadura por ola con un ángulo de inclinación y una velocidad específicos. A continuación, la placa de circuito pasa por procesos como la aplicación de fundente, el precalentamiento, la compensación térmica, la primera y segunda soldadura por ola y el enfriamiento.
Flujo de la aplicación:
La zona de aplicación del fundente consta de sensores infrarrojos y boquillas pulverizadoras. La función de los sensores infrarrojos es controlar la anchura de la placa de circuito impreso. Las boquillas pulverizadoras aplican uniformemente una fina capa de fundente sobre las almohadillas de soldadura expuestas, las almohadillas de orificios pasantes y los conductores de los componentes de la placa de circuito impreso. El fundente crea una película protectora sobre la superficie de soldadura de la placa de circuito impreso.
Precalentamiento:
En la zona de precalentamiento, las áreas de soldadura de la PCB se calientan hasta alcanzar la temperatura de humectación. Al mismo tiempo, el aumento de temperatura de los componentes evita que sufran un choque térmico excesivo al sumergirse en la soldadura fundida. La temperatura superficial de la PCB durante el precalentamiento debe controlarse entre 75 y 110 °C para garantizar la formación adecuada de las juntas de soldadura.
El propósito del precalentamiento es el siguiente:
- Volatilización de los disolventes del fundente, lo que reduce la generación de gas durante la soldadura.
- Descomposición y activación de la colofonia y los activadores del fundente, eliminando las películas de óxido y otros contaminantes de las almohadillas de soldadura, los conductores de los componentes y las superficies de los pines de la placa de circuito, al tiempo que se protegen las superficies metálicas de la reoxidación a altas temperaturas.
- Prevención de daños por estrés térmico en la PCB y los componentes causados por el calentamiento rápido durante la soldadura.
Compensación térmica:
Durante la fase de compensación térmica, la PCB se somete a ajustes térmicos para reducir el impacto del calor.
Primera ola (ola turbulenta):
La primera ola es una ola estrecha y «turbulenta» emitida desde una boquilla estrecha. El flujo rápido de soldadura permite una buena penetración en las áreas de soldadura con efectos de sombreado de los accesorios. Además, la fuerza ascendente de la ola turbulenta ayuda a expulsar los gases del fundente de soldadura, lo que reduce los puentes de soldadura y los defectos de llenado vertical insuficiente. Sin embargo, la ola turbulenta puede dar lugar a juntas de soldadura desiguales y exceso de soldadura, lo que hace necesaria la segunda ola.
Segunda ola (ola suave):
La segunda ola es una ola «suave» que se caracteriza por un flujo de soldadura más lento. Elimina eficazmente el exceso de soldadura de los terminales, garantiza una buena humectación en todas las superficies de soldadura y elimina los bordes afilados, las rebabas y los puentes de soldadura causados por la primera ola. En la práctica, la ola suave es similar a la ola tradicional utilizada para los componentes de orificio pasante. Por lo tanto, cuando se sueldan componentes tradicionales en la misma máquina, se puede desactivar la ola turbulenta y utilizar solo la ola suave.
Refrigeración:
El sistema de refrigeración reduce rápidamente la temperatura de la placa de circuito impreso, lo que mejora significativamente la prevención de huecos y problemas de delaminación de las almohadillas de soldadura en los procesos de soldadura sin plomo.
Durante todo el proceso de soldadura, el uso de gas nitrógeno como protección en la fase de precalentamiento y en la zona de soldadura previene eficazmente la oxidación del cobre desnudo y la soldadura eutéctica, lo que mejora considerablemente la humectación y la fluidez y garantiza unas uniones soldadas fiables.
Manual de funcionamiento de la máquina de soldadura por ola
I. Preparativos para la soldadura por ola
- Encienda y active el calentador del recipiente de soldadura (normalmente controlado por un temporizador).
- Compruebe que el interruptor del temporizador de la máquina de soldadura por ola funciona correctamente.
- Asegúrese de que el sistema de ventilación de la máquina de soldadura por ola esté en buenas condiciones.
- Verifique el indicador de temperatura del recipiente de soldadura: mida la temperatura 10-15 mm por debajo de la superficie de soldadura utilizando un termómetro de vidrio o de contacto. La diferencia de temperatura debe estar dentro de ±5 °C.
- Compruebe que el precalentador funciona correctamente y asegúrese de que la temperatura está ajustada según los requisitos del proceso. Encienda el interruptor del precalentador, supervise el aumento de temperatura y confirme que se encuentra dentro del rango normal.
- Inspeccione el funcionamiento del cortador de cables: ajuste la altura de la cuchilla en función del grosor de la placa de circuito impreso, con el objetivo de que la longitud de los cables de los componentes sea de 1,4-2,0 mm. Apriete el soporte de la cuchilla, compruebe visualmente la rotación de la cuchilla después de encenderla y asegúrese de que el dispositivo de seguridad funciona correctamente.
- Compruebe el suministro de aire del recipiente de fundente: vierta el fundente, ajuste la válvula de entrada de aire y compruebe si el fundente hace espuma o salpica después de encenderlo.
- Verifique el ajuste de la densidad del fundente: compruebe el nivel de líquido en el depósito de fundente y mida la densidad. Si la densidad es demasiado alta, añada un diluyente; si es demasiado baja, añada fundente para ajustarla (espuma).
- Una vez que la temperatura de la soldadura alcance el valor especificado, compruebe el nivel de soldadura. Si está por debajo de 15 mm desde la parte superior del recipiente de soldadura, añada soldadura rápidamente.
- Elimine cualquier residuo de soldadura de la superficie de soldadura y añada un agente antioxidante después de la limpieza.
- Ajuste el ángulo de la cinta transportadora: ajuste el ancho de la pista según el ancho de la PCB para garantizar una fuerza de sujeción adecuada.
II. Puesta en marcha y funcionamiento de la producción de soldadura por ola
- Encienda el interruptor del fundente. Para la espumación, ajuste el espesor de la espuma a la mitad de la placa de ajuste de espuma; para la pulverización, asegúrese de que la cobertura sea uniforme en la superficie de la placa sin pulverizar el lado del componente.
- Ajuste el flujo de aire de la cuchilla de aire para permitir que el exceso de fundente de la placa gotee de nuevo en el depósito de espuma, evitando que gotee sobre el precalentador y provoque un incendio.
- Active el interruptor de la cinta transportadora y ajuste la velocidad al valor deseado.
- Encienda el ventilador de refrigeración.
III. Operación posterior a la soldadura para soldadura por ola
- Apague los interruptores del precalentador, el recipiente de soldadura, el fundente, la cinta transportadora, el ventilador de refrigeración y el cortador de plomo.
- El fundente del depósito de espuma debe sustituirse cada dos semanas y deben realizarse mediciones periódicas durante su uso.
- Limpie la máquina de soldadura por ola y las garras de cadena después de apagarla. Remoje y limpie las boquillas pulverizadoras con un diluyente.
IV. Métodos de gestión durante el proceso de soldadura por ola
- Los operadores deben permanecer en sus puestos e inspeccionar periódicamente el funcionamiento del equipo.
- Los operadores deben comprobar la calidad de las uniones soldadas. En caso de detectar alguna anomalía, se debe detener inmediatamente la máquina para su inspección.
- Se deben mantener registros oportunos y precisos de los datos de funcionamiento originales y de la calidad de las juntas de soldadura.
- Las placas PCB terminadas deben colocarse por separado en cajas de transporte específicas, evitando el contacto, la presión y el apilamiento.
V. Registros de funcionamiento para la soldadura por ola
El operador de soldadura por ola debe registrar los parámetros del proceso, como la temperatura del baño de soldadura, la temperatura de precalentamiento y la densidad del fundente, cada dos horas. Además, se deben inspeccionar aleatoriamente 10 placas PCB y registrar la calidad de las juntas de soldadura cada hora, proporcionando registros originales para el control de calidad del proceso.
Ventajas de la soldadura por ola
- Ahorro de mano de obra y materiales: mejora la eficiencia de la producción y reduce los costes de fabricación.
- Reducción de la deformación de las placas: el breve tiempo de contacto de la placa de circuito con la soldadura a alta temperatura minimiza la distorsión de la placa.
- Eliminación de factores humanos: elimina las interferencias y el impacto en la calidad del producto, lo que se traduce en una mejora de la calidad y la fiabilidad de las juntas soldadas.
- Mejora de la actividad de soldadura: la máquina de soldadura por ola garantiza un movimiento suficiente de la soldadura, lo que mejora la calidad de la unión soldada.
- Mejora del entorno de trabajo: la adopción de un buen sistema de extracción mejora el bienestar físico y mental del operador.
- Prevención de la oxidación: la capa superficial de la soldadura forma una barrera protectora contra la oxidación, lo que reduce el desperdicio de soldadura causado por los residuos de oxidación.
- Consistencia: garantiza una calidad constante en el montaje de los productos y procesos estandarizados.
- Capacidad para realizar tareas que superan las capacidades manuales.
Soldadura por ola frente a soldadura por reflujo
Los procesos de soldadura desempeñan un papel crucial en la fabricación de dispositivos electrónicos, ya que la calidad de la soldadura afecta directamente al rendimiento y la vida útil del producto. Entre los diversos métodos de soldadura, la soldadura por reflujo y la soldadura por ola son las dos técnicas más comunes, cada una con sus propias características y aplicaciones.
Soldadura por ola:
La soldadura por ola se utiliza principalmente para componentes de orificio pasante (THT). En este método, la placa de circuito impreso con los componentes pasa por encima de una ola de soldadura fundida, creando juntas de soldadura entre los pines de los componentes y la placa.
Características de la soldadura por ola:
- Alta eficiencia: al igual que la soldadura por reflujo, la soldadura por ola puede manejar todos los componentes de una placa de circuito impreso simultáneamente, lo que garantiza una alta eficiencia.
- Adecuada para componentes de gran tamaño y alta potencia: la soldadura por ola utiliza más soldadura que la soldadura por reflujo, lo que proporciona un soporte mecánico y unas conexiones eléctricas más resistentes, por lo que es adecuada para componentes de mayor tamaño y alta potencia.
- Alta automatización: la soldadura por ola, al igual que la soldadura por reflujo, puede automatizarse por completo, lo que minimiza la influencia de los factores humanos en la calidad de la soldadura.
Soldadura por reflujo:
La soldadura por reflujo se utiliza principalmente para componentes de montaje superficial (SMT). En este método, la placa de circuito impreso (PCB) con pasta de soldadura y componentes se calienta en un entorno con temperatura controlada. La pasta de soldadura se funde y se solidifica, completando el proceso de soldadura.
Características de la soldadura por reflujo:
- Alta eficiencia: la soldadura por reflujo puede manejar todos los componentes de una placa de circuito impreso simultáneamente, lo que mejora significativamente la eficiencia de la producción.
- Alta calidad: dado que el proceso de soldadura se lleva a cabo en un entorno con una temperatura estrictamente controlada, las juntas de soldadura suelen ser de alta calidad, lo que garantiza la fiabilidad y una buena formación de las juntas.
- Adecuado para componentes pequeños y de alta densidad: la soldadura por reflujo es ideal para soldar componentes pequeños y de alta densidad, incluidos BGA y QFP, ya que no implica contacto directo con los componentes.
- Alta automatización: la soldadura por reflujo suele estar totalmente automatizada, lo que reduce los errores humanos y aumenta la eficiencia de la producción.
Selección entre soldadura por ola y soldadura por reflujo
A la hora de elegir un método de soldadura, normalmente se tienen en cuenta los siguientes factores:
- Tipo de componente: la soldadura por reflujo es preferible para los componentes de montaje superficial (SMT), mientras que la soldadura por ola se utiliza habitualmente para los componentes de orificio pasante (THT).
- Densidad y tamaño de los componentes: la soldadura por reflujo es más adecuada para componentes pequeños y de alta densidad, mientras que la soldadura por ola es mejor para componentes de mayor tamaño y alta potencia.
- Eficiencia de producción: tanto la soldadura por reflujo como la soldadura por ola ofrecen una alta eficiencia cuando están totalmente automatizadas.
- Requisitos de calidad: si se requiere una calidad de soldadura estricta, se recomienda la soldadura por reflujo en un entorno con temperatura estrictamente controlada.
En resumen, tanto la soldadura por reflujo como la soldadura por ola tienen sus ventajas. La elección entre ambas depende de los requisitos específicos del producto y de las condiciones de producción. La industria de la fabricación de productos electrónicos está en constante evolución y, con la aparición de nuevas tecnologías y equipos de soldadura, es esencial el aprendizaje y la adaptación continuos para satisfacer las necesidades de producción en constante evolución.
Soldadura por ola frente a soldadura selectiva
La soldadura por ola selectiva, también conocida como soldadura selectiva, es diferente de la soldadura por ola tradicional. En la soldadura por ola tradicional, toda la superficie de la placa de circuito impreso (PCB) se recubre con fundente y, durante la soldadura, la superficie de soldadura de la PCB se sumerge completamente en soldadura fundida. Sin embargo, la soldadura por ola selectiva es diferente. Permite establecer parámetros de soldadura para cada unión de soldadura individual en la PCB, como la posición de pulverización del fundente, el tiempo de soldadura y la altura de la ola. Esto significa que la soldadura por ola selectiva puede aplicar fundente solo a los puntos de soldadura, evitando la aplicación innecesaria de fundente y asegurando que solo el área de soldadura entre en contacto con la soldadura.
Las ventajas de la soldadura por ola selectiva incluyen:
- Reducción del uso de fundente: al aplicar el fundente de forma selectiva solo en los puntos de soldadura, se minimiza su consumo. Esto no solo ahorra costes, sino que también reduce la generación de residuos de fundente.
- Menor consumo de soldadura: dado que solo el área de soldadura entra en contacto con la soldadura, la soldadura por ola selectiva reduce el uso de soldadura.
- Reducción de las escorias de soldadura: con la soldadura por ola selectiva, se minimiza la aparición de escorias de soldadura gracias al proceso de soldadura enfocado.
- Tamaño compacto y versatilidad: las máquinas de soldadura por ola selectiva son compactas y vienen con una mesa de trabajo incorporada, lo que les permite adaptarse a diversas formas de PCB. Esto elimina la necesidad de múltiples accesorios y ahorra espacio en el equipo.
Sin embargo, la soldadura por ola selectiva también tiene algunas desventajas:
- Mayor coste: los equipos de soldadura por ola selectiva tienden a ser más caros en comparación con las máquinas de soldadura por ola tradicionales debido a su avanzada tecnología y capacidades.
- Menor eficiencia: dado que cada unión soldada requiere una programación y un control específicos, la eficiencia de la soldadura por ola selectiva es relativamente menor en comparación con la soldadura por ola tradicional.
En general, la soldadura por ola selectiva ofrece varias ventajas, como un menor uso de fundente, un menor consumo de soldadura y un tamaño compacto. Sin embargo, tiene un coste más elevado y una menor eficiencia en comparación con la soldadura por ola tradicional debido a su naturaleza especializada y su tecnología avanzada.
Las tendencias de desarrollo de la soldadura por ola
Con la adopción generalizada de la tecnología de montaje superficial (SMT), que ha sustituido a los componentes de orificio pasante, la soldadura por ola ha sido sustituida en gran medida por la soldadura por reflujo en muchas aplicaciones electrónicas a gran escala. Sin embargo, sigue existiendo una demanda significativa de soldadura por ola en determinadas áreas en las que la SMT no es adecuada, como los dispositivos de gran potencia, los conectores de alto número de pines o en industrias en las que predomina la tecnología de orificio pasante simple.
A pesar de la creciente aplicación de otros métodos de soldadura, como la soldadura selectiva, la soldadura por ola sigue manteniendo sus ventajas únicas, lo que la convierte en una opción viable para el montaje de placas de circuito impreso.
