Cos'è la saldatura a onda?
La saldatura a onda si riferisce al processo di creazione di una desiderata piscina di saldatura a forma di onda utilizzando una lega di saldatura fusa (piombo-stagno) tramite una pompa elettrica o elettromagnetica. L’onda di saldatura può essere formata anche iniettando gas azoto nella piscina di saldatura. In questo processo, una scheda a circuito stampato (PCB) precaricata con componenti viene fatta passare attraverso l’onda di saldatura, che forma uno specifico picco di saldatura sulla superficie della saldatura fusa. Ciò consente alla PCB, con componenti montati ad angoli e profondità di immersione specifici, di essere saldata attraverso l’onda di saldatura, creando giunti di saldatura. L’intero processo è noto come saldatura a onda.
Come fase importante nel processo di assemblaggio del dual inline package (DIP), la saldatura a onda è principalmente utilizzata per la saldatura di componenti through-hole della scheda di circuito. Nonostante la tendenza verso la miniaturizzazione e la tecnologia di montaggio superficiale (SMT), alcuni prodotti come televisori, apparecchiature audio-video domestiche e decoder digitali utilizzano ancora componenti through-hole su schede di circuito a tecnologia mista. Pertanto, la saldatura a onda continua ad essere impiegata in tali applicazioni.
La storia della saldatura a onda
Nel 1956, Fry’s Metal, una società britannica, inventò il metodo di saldatura a onda per schede a circuito stampato (PCB). Questa innovazione ha segnato una nuova era di automazione delle macchine, passando dall’assemblaggio manuale di PCB punto a punto con saldatori alla saldatura automatizzata su larga scala e ad alta efficienza. Ha davvero rivoluzionato il processo di saldatura per i PCB, offrendo vantaggi significativi come la riduzione dei difetti dei giunti di saldatura, il miglioramento dell’affidabilità dei prodotti elettronici, la riduzione dei costi di produzione, la riduzione dell’intensità di lavoro per i lavoratori e l’aumento dell’efficienza produttiva.
Come funziona la saldatura a onda?
La saldatura a onda viene eseguita utilizzando una macchina per la saldatura a onda, che consiste principalmente di un nastro trasportatore, zona di applicazione del flusso di saldatura, zona di preriscaldamento, pentola di saldatura e altri componenti. Di seguito è riportato il suo schema di funzionamento:
Nastro trasportatore:
Il nastro trasportatore trasporta la scheda di circuito, con i componenti inseriti, nella macchina per la saldatura a onda con un determinato angolo di inclinazione e velocità. La scheda di circuito passa quindi attraverso processi come l’applicazione del flusso, il preriscaldamento, la compensazione termica, la prima e la seconda saldatura a onda e il raffreddamento.
Applicazione del flusso:
La zona di applicazione del flusso è costituita da sensori a infrarossi e ugelli a spruzzo. Il ruolo dei sensori a infrarossi è monitorare la larghezza della scheda di circuito. Gli ugelli a spruzzo applicano uniformemente un sottile strato di flusso sui pad di saldatura esposti, sui pad through-hole e sui terminali dei componenti della scheda di circuito. Il flusso crea un film protettivo sulla superficie di saldatura della scheda di circuito.
Preriscaldamento:
Nella zona di preriscaldamento, le aree di saldatura del PCB vengono riscaldate alla temperatura di bagnatura. Allo stesso tempo, l’aumento della temperatura dei componenti previene che subiscano shock termici eccessivi quando immersi nella saldatura fusa. La temperatura superficiale del PCB durante il preriscaldamento deve essere controllata tra 75 e 110°C per garantire la corretta formazione dei giunti di saldatura.
Lo scopo del preriscaldamento è il seguente:
- Volatilizzazione dei solventi nel flusso, riducendo la generazione di gas durante la saldatura.
- Decomposizione e attivazione della colofonia e degli attivatori nel flusso, rimuovendo film di ossido e altri contaminanti dai pad di saldatura, dai terminali dei componenti e dalle superfici dei pin della scheda circuita, proteggendo al contempo le superfici metalliche dalla riossidazione ad alte temperature.
- Prevenzione di danni da stress termico al PCB e ai componenti causati dal riscaldamento rapido durante la saldatura.
Compensazione Termica:
Durante la fase di compensazione termica, il PCB subisce regolazioni termiche per ridurre l’impatto del calore.
Prima Onda (Onda Turbolenta):
La prima onda è un’onda stretta “turbolenta” emessa da un ugello stretto. Il flusso rapido di saldatura consente una buona penetrazione nelle aree di saldatura con effetti di ombreggiatura dovuti agli elementi di fissaggio. Inoltre, la forza verso l’alto dell’onda turbolenta aiuta a espellere i gas del flusso di saldatura, riducendo i difetti di ponticellamento della saldatura e di riempimento verticale insufficiente. Tuttavia, l’onda turbolenta può causare giunti di saldatura irregolari e saldatura in eccesso, il che rende necessaria la seconda onda.
Seconda Onda (Onda Liscia):
La seconda onda è un’onda “liscia” caratterizzata da un flusso di saldatura più lento. Rimuove efficacemente la saldatura in eccesso dai terminali, garantisce una buona bagnatura su tutte le superfici di saldatura ed elimina spigoli vivi, sbavature e ponticelli di saldatura causati dalla prima onda. In pratica, l’onda liscia è simile all’onda tradizionale utilizzata per i componenti a foro passante. Pertanto, quando si saldano componenti tradizionali sulla stessa macchina, l’onda turbolenta può essere disattivata e viene utilizzata solo l’onda liscia.
Raffreddamento:
Il sistema di raffreddamento abbassa rapidamente la temperatura del PCB, migliorando significativamente la prevenzione di vuoti e problemi di delaminazione dei pad di saldatura nei processi di saldatura senza piombo.
Durante tutto il processo di saldatura, l’uso di gas azoto per la protezione nella fase di preriscaldamento e nella zona di saldatura previene efficacemente l’ossidazione del rame nudo e della saldatura eutettica, migliorando notevolmente la bagnatura e la fluidità e garantendo giunti di saldatura affidabili.
Manuale Operativo della Macchina per Saldatura a Onda
I. Preparativi per la Saldatura a Onda
- Accendere e attivare il riscaldatore della vasca di saldatura (normalmente controllato da un timer).
- Verificare il funzionamento dell’interruttore del timer della macchina per saldatura a onde.
- Assicurarsi che il sistema di ventilazione della macchina per saldatura a onde sia in buone condizioni.
- Verificare l’indicatore di temperatura della vasca di saldatura: misurare la temperatura a 10-15 mm sotto la superficie della saldatura utilizzando un termometro a vetro o a contatto. La differenza di temperatura dovrebbe essere entro ±5°C.
- Verificare il corretto funzionamento del preriscaldatore e assicurarsi che la temperatura sia impostata in base ai requisiti del processo. Accendere l’interruttore del preriscaldatore, monitorare l’aumento della temperatura e confermare che rientri nell’intervallo normale.
- Ispezionare il funzionamento del tagliacapelli: regolare l’altezza della lama in base allo spessore del PCB, puntando a lunghezze dei capi dei componenti di 1,4-2,0 mm. Serrare il portalampe, controllare visivamente la rotazione della lama dopo l’accensione e assicurarsi che il dispositivo di sicurezza funzioni.
- Verificare l’alimentazione dell’aria per il contenitore del flusso: versare il flusso, regolare la valvola di aspirazione dell’aria e verificare se il flusso schiuma o spruzza dopo l’accensione.
- Verificare la regolazione della densità del flusso: controllare il livello del liquido nel serbatoio del flusso e misurare la densità. Se la densità è troppo alta, aggiungere un diluente; se è troppo bassa, aggiungere flusso per regolare (schiumare).
- Una volta che la temperatura della saldatura raggiunge il valore specificato, controllare il livello della saldatura. Se è inferiore a 15 mm dal bordo superiore della vasca di saldatura, aggiungere immediatamente saldatura.
- Rimuovere eventuali scorie di saldatura dalla superficie della saldatura e aggiungere un agente antiossidante dopo la pulizia.
- Regolare l’angolo del trasportatore: impostare la larghezza della pista in base alla larghezza del PCB per garantire una forza di serraggio adeguata.
II. Avvio e funzionamento della produzione della saldatura a onde
- Accendere l’interruttore del flusso. Per la schiumatura, regolare lo spessore della schiuma a metà della piastra di regolazione della schiuma; per la spruzzatura, assicurare una copertura uniforme sulla superficie della scheda senza spruzzare sul lato dei componenti.
- Regolare il flusso d’aria del coltello d’aria per consentire al flusso in eccesso sulla scheda di gocciolare nuovamente nel serbatoio della schiuma, impedendogli di gocciolare sul preriscaldatore e causando un incendio.
- Attivare l’interruttore del trasportatore e regolare la velocità al valore desiderato.
- Accendere la ventola di raffreddamento.
III. Operazione post-saldatura per la saldatura a onde
- Spegnere gli interruttori per il preriscaldatore, la vasca di saldatura, il flusso, il trasportatore, la ventola di raffreddamento e il tagliacapelli.
- Il flusso nel serbatoio della schiuma deve essere sostituito ogni due settimane e devono essere effettuate misurazioni regolari durante l’uso.
- Pulire la macchina per saldatura a onde e gli artigli della catena dopo lo spegnimento. Immergere e pulire gli ugelli di spruzzo con un diluente.
IV. Metodi di gestione durante il processo di saldatura a onde
- Gli operatori devono rimanere alle loro postazioni e ispezionare regolarmente il funzionamento delle apparecchiature.
- Gli operatori devono controllare la qualità delle giunzioni saldate. In caso di anomalie, la macchina deve essere immediatamente fermata per l’ispezione.
- I dati operativi originali e la qualità delle giunzioni saldate devono essere registrati in modo tempestivo e accurato.
- Le schede PCB completate devono essere collocate separatamente in scatole di trasporto dedicate, evitando contatti, pressione e impilamento.
V. Registri operativi per la saldatura a onde
L’operatore della saldatura a onde deve registrare i parametri di processo come la temperatura della vasca di saldatura, la temperatura di preriscaldamento e la densità del flusso ogni due ore. Inoltre, 10 schede PCB devono essere ispezionate casualmente e la qualità delle giunzioni saldate deve essere registrata ogni ora, fornendo registri originali per il controllo della qualità del processo.
Vantaggi della saldatura a onde
- Risparmio di manodopera e materiali: migliora l’efficienza della produzione e riduce i costi di produzione.
- Riduzione della deformazione della scheda: il breve tempo di contatto della scheda a circuito con la saldatura ad alta temperatura riduce al minimo la distorsione della scheda.
- Eliminazione dei fattori umani: elimina le interferenze e l’impatto sulla qualità del prodotto, con conseguente miglioramento della qualità e dell’affidabilità delle giunzioni saldate.
- Maggiore attività di saldatura: la saldatrice a onda garantisce un movimento sufficiente della saldatura, portando a una migliore qualità delle giunzioni saldate.
- Miglioramento dell’ambiente di lavoro: l’adozione di un buon sistema di scarico migliora il benessere fisico e mentale dell’operatore.
- Prevenzione dell’ossidazione: lo strato superficiale della saldatura forma una barriera protettiva contro l’ossidazione, riducendo lo spreco di saldatura causato dai residui di ossidazione.
- Coerenza: garantisce una qualità costante dell’assemblaggio del prodotto e processi standardizzati.
- Capacità di gestire compiti al di là delle capacità manuali.
Saldatura a onda vs. Saldatura a rifusione
I processi di saldatura svolgono un ruolo cruciale nella produzione di dispositivi elettronici poiché la qualità della saldatura influisce direttamente sulle prestazioni e sulla durata del prodotto. Tra i vari metodi di saldatura, la saldatura a rifusione e la saldatura a onda sono le due tecniche più comuni, ciascuna con le proprie caratteristiche e applicazioni.
Saldatura a onda:
La saldatura a onda è principalmente utilizzata per i componenti a foro passante (THT). In questo metodo, il PCB con i componenti passa sopra un’onda fusa di saldatura, creando giunzioni saldate tra i pin dei componenti e il PCB.
Caratteristiche della saldatura a onda:
- Alta efficienza: Simile alla saldatura a rifusione, la saldatura a onda può gestire tutti i componenti su un PCB contemporaneamente, garantendo un’elevata efficienza.
- Adatto per componenti di grandi dimensioni e ad alta potenza: La saldatura a onda utilizza più saldatura rispetto alla saldatura a rifusione, fornendo un supporto meccanico e connessioni elettriche più forti, rendendola adatta per componenti di grandi dimensioni e ad alta potenza.
- Alta automazione: La saldatura a onda, come la saldatura a rifusione, può essere completamente automatizzata, riducendo al minimo l’influenza dei fattori umani sulla qualità della saldatura.
Saldatura a rifusione:
La saldatura a rifusione è principalmente utilizzata per i componenti a montaggio superficiale (SMT). In questo metodo, il circuito stampato (PCB) con pasta per saldare e i componenti vengono riscaldati in un ambiente a temperatura controllata. La pasta per saldare si scioglie e si solidifica, completando il processo di saldatura.
Caratteristiche della saldatura a rifusione:
- Alta efficienza: La saldatura a rifusione può gestire tutti i componenti su un PCB contemporaneamente, migliorando significativamente l’efficienza della produzione.
- Alta qualità: Poiché il processo di saldatura avviene in un ambiente a temperatura strettamente controllata, le giunzioni saldate sono tipicamente di alta qualità, garantendo affidabilità e una buona formazione delle giunzioni.
- Adatto per componenti ad alta densità e piccoli: La saldatura a rifusione è ideale per la saldatura di componenti ad alta densità e piccoli, inclusi BGA e QFP, poiché non comporta il contatto diretto con i componenti.
- Alta automazione: La saldatura a rifusione è spesso completamente automatizzata, riducendo gli errori umani e aumentando l’efficienza della produzione.
Selezione tra saldatura a onda e saldatura a rifusione
Quando si sceglie un metodo di saldatura, di solito si considerano i seguenti fattori:
- Tipo di componente: La saldatura a rifusione è preferita per i componenti a montaggio superficiale (SMT), mentre la saldatura a onda è comunemente utilizzata per i componenti a foro passante (THT).
- Densità e dimensioni dei componenti: La saldatura a rifusione è più adatta per componenti ad alta densità e di piccole dimensioni, mentre la saldatura a onda è migliore per componenti di grandi dimensioni e ad alta potenza.
- Efficienza della produzione: Sia la saldatura a rifusione che la saldatura a onda offrono un’elevata efficienza quando completamente automatizzate.
- Requisiti di qualità: Se è richiesta una rigorosa qualità della saldatura, si consiglia la saldatura a rifusione in un ambiente di temperatura strettamente controllato.
In sintesi, la saldatura a rifusione e la saldatura a onda hanno ciascuna i propri vantaggi. La scelta tra loro dipende dai requisiti specifici del prodotto e dalle condizioni di produzione. L’industria manifatturiera elettronica è in continua evoluzione e con l’emergere di nuove tecnologie e attrezzature di saldatura, l’apprendimento e l’adattamento continui sono essenziali per soddisfare le mutevoli esigenze di produzione
Saldatura a onda vs Saldatura selettiva
La saldatura a onda selettiva, nota anche come saldatura selettiva, è diversa dalla saldatura a onda tradizionale. Nella saldatura a onda tradizionale, l’intera superficie del PCB è rivestita di flusso e durante la saldatura, la superficie di saldatura del PCB è completamente immersa nella saldatura fusa. Tuttavia, la saldatura a onda selettiva è diversa. Permette di impostare i parametri di saldatura per ogni singola giunzione di saldatura sul PCB, come la posizione di spruzzatura del flusso, il tempo di saldatura e l’altezza dell’onda. Ciò significa che la saldatura a onda selettiva può applicare il flusso solo ai punti di saldatura, evitando un’applicazione inutile del flusso e garantendo che solo l’area di saldatura entri in contatto con la saldatura.
I vantaggi della saldatura a onda selettiva includono:
- Ridotto utilizzo del flusso: Applicando selettivamente il flusso solo ai punti di saldatura, il consumo di flusso è ridotto al minimo. Questo non solo fa risparmiare sui costi, ma riduce anche la generazione di residui di flusso.
- Minore consumo di saldatura: Poiché solo l’area di saldatura entra in contatto con la saldatura, la saldatura a onda selettiva riduce il consumo di saldatura.
- Riduzione della scoria di saldatura: Con la saldatura a onda selettiva, la formazione di scoria di saldatura è ridotta al minimo grazie al processo di saldatura focalizzato.
- Dimensioni compatte e versatilità: Le macchine per saldatura a onda selettiva sono compatte e sono dotate di un tavolo di lavoro integrato, che consente loro di adattarsi a varie forme di PCB. Ciò elimina la necessità di più dispositivi di fissaggio e consente di risparmiare spazio sulle attrezzature.
Tuttavia, ci sono anche alcuni svantaggi della saldatura a onda selettiva:
- Costo più elevato: Le attrezzature per saldatura a onda selettiva tendono ad essere più costose rispetto alle macchine per saldatura a onda tradizionali a causa della loro tecnologia e capacità avanzate.
- Efficienza inferiore: Poiché ogni giunzione di saldatura richiede una programmazione e un controllo specifici, l’efficienza della saldatura a onda selettiva è relativamente inferiore rispetto alla saldatura a onda tradizionale.
Nel complesso, la saldatura a onda selettiva offre diversi vantaggi come la riduzione dell’utilizzo del flusso, il minor consumo di saldatura e le dimensioni compatte. Tuttavia, ha un costo più elevato e un’efficienza inferiore rispetto alla saldatura a onda tradizionale a causa della sua natura specializzata e della sua tecnologia avanzata.
Le tendenze di sviluppo della saldatura a onda
Con la diffusa adozione della tecnologia di montaggio superficiale (SMT) che sostituisce i componenti a foro passante, la saldatura a onda è stata in gran parte sostituita dalla saldatura a rifusione in molte applicazioni elettroniche su larga scala. Tuttavia, esiste ancora una domanda significativa di saldatura a onda in determinate aree in cui l’SMT non è adatto, come dispositivi di grande potenza, connettori ad alto numero di pin o in settori in cui la semplice tecnologia a foro passante è dominante.
Nonostante la crescente applicazione di altri metodi di saldatura, come la saldatura selettiva, la saldatura a onda mantiene ancora i suoi vantaggi unici, che la rendono una scelta valida per l’assemblaggio di PCB.
