O que é soldagem por onda?
A soldagem por onda refere-se ao processo de criação de uma poça de solda em forma de onda desejada usando uma liga de solda fundida (chumbo-estanho) por meio de uma bomba elétrica ou eletromagnética. A onda de solda também pode ser formada pela injeção de gás nitrogênio na poça de solda. Nesse processo, uma placa de circuito impresso (PCB) pré-carregada com componentes é passada pela onda de solda, que forma um pico de solda com formato específico na superfície da solda fundida. Isso permite que a PCB, com componentes montados em ângulos e profundidades de imersão específicos, seja soldada através da onda de solda, criando juntas de solda. Todo esse processo é conhecido como soldagem por onda.
Como uma etapa importante no processo de montagem de pacotes duplos em linha (DIP), a soldagem por onda é usada principalmente para a soldagem de componentes de placa de circuito com furos passantes. Apesar da tendência de miniaturização e tecnologia de montagem em superfície (SMT), certos produtos, como televisores, equipamentos audiovisuais domésticos e decodificadores digitais, ainda utilizam componentes com furos passantes em placas de circuito de tecnologia mista. Portanto, a soldagem por onda continua a ser empregada em tais aplicações.
A história da soldagem por onda
Em 1956, a Fry's Metal, uma empresa britânica, inventou o método de soldagem por onda para placas de circuito impresso (PCBs). Essa inovação marcou uma nova era na automação de máquinas, fazendo a transição da montagem de PCBs da soldagem manual ponto a ponto com ferros de solda para a soldagem automatizada em grande escala e de alta eficiência. Isso revolucionou verdadeiramente o processo de soldagem de PCBs, oferecendo vantagens significativas, como redução de defeitos nas juntas de solda, maior confiabilidade dos produtos eletrônicos, menores custos de produção, redução da intensidade do trabalho para os operadores e aumento da eficiência da produção.
Como funciona a soldagem por onda?
A soldagem por onda é realizada usando uma máquina de soldagem por onda, que consiste principalmente em uma correia transportadora, zona de aplicação de fluxo de soldagem, zona de pré-aquecimento, pote de solda e outros componentes. Abaixo está o diagrama esquemático de funcionamento:
Correia transportadora:
A correia transportadora transporta a placa de circuito, com os componentes inseridos, para a máquina de soldagem por onda com um ângulo de inclinação e velocidade específicos. A placa de circuito passa então por processos como aplicação de fluxo, pré-aquecimento, compensação térmica, primeira e segunda soldagem por onda e resfriamento.
Fluxo da aplicação:
A zona de aplicação do fluxo é composta por sensores infravermelhos e bicos pulverizadores. A função dos sensores infravermelhos é monitorizar a largura da placa de circuito. Os bicos pulverizadores aplicam uniformemente uma fina camada de fluxo nas almofadas de solda expostas, nas almofadas de orifícios passantes e nos terminais dos componentes da placa de circuito. O fluxo cria uma película protetora na superfície de soldagem da placa de circuito.
Pré-aquecimento:
Na zona de pré-aquecimento, as áreas de soldagem da placa de circuito impresso são aquecidas até a temperatura de umectação. Ao mesmo tempo, o aumento da temperatura dos componentes evita que eles sofram choque térmico excessivo quando imersos na solda fundida. A temperatura da superfície da placa de circuito impresso durante o pré-aquecimento deve ser controlada entre 75 e 110 °C para garantir a formação adequada das juntas de solda.
O objetivo do pré-aquecimento é o seguinte:
- Volatilização dos solventes no fluxo, reduzindo a geração de gás durante a soldagem.
- Decomposição e ativação da resina e dos ativadores no fluxo, removendo películas de óxido e outros contaminantes das almofadas de solda, terminais dos componentes e superfícies dos pinos da placa de circuito, ao mesmo tempo que protege as superfícies metálicas da reoxidação a altas temperaturas.
- Prevenção de danos por estresse térmico à placa de circuito impresso e aos componentes causados pelo aquecimento rápido durante a soldagem.
Compensação térmica:
Durante a fase de compensação térmica, a placa de circuito impresso (PCB) passa por ajustes térmicos para reduzir o impacto do calor.
Primeira onda (onda turbulenta):
A primeira onda é uma onda estreita e "turbulenta" emitida por um bocal estreito. O fluxo rápido da solda permite uma boa penetração nas áreas de soldagem com efeitos de sombreamento das fixações. Além disso, a força ascendente da onda turbulenta ajuda a expelir os gases do fluxo de solda, reduzindo a formação de pontes de solda e defeitos de preenchimento vertical insuficiente. No entanto, a onda turbulenta pode resultar em juntas de solda irregulares e excesso de solda, o que requer a segunda onda.
Segunda onda (onda suave):
A segunda onda é uma onda "suave", caracterizada por um fluxo de solda mais lento. Ela remove eficazmente o excesso de solda dos terminais, garante uma boa umectação em todas as superfícies de soldagem e elimina arestas vivas, rebarbas e pontes de solda causadas pela primeira onda. Na prática, a onda suave é semelhante à onda tradicional usada para componentes de furo passante. Portanto, ao soldar componentes tradicionais na mesma máquina, a onda turbulenta pode ser desligada e apenas a onda suave é usada.
Resfriamento:
O sistema de refrigeração reduz rapidamente a temperatura da placa de circuito impresso, melhorando significativamente a prevenção de vazios e problemas de delaminação das almofadas de solda em processos de soldagem sem chumbo.
Durante todo o processo de soldagem, o uso de gás nitrogênio para proteção na fase de pré-aquecimento e na zona de soldagem previne eficazmente a oxidação do cobre nu e da solda eutética, melhorando significativamente a umectação e a fluidez e garantindo juntas de solda confiáveis.
Manual de Operação da Máquina de Soldagem por Onda
I. Preparações para soldagem por onda
- Ligue e ative o aquecedor do pote de solda (normalmente controlado por um temporizador).
- Verifique se o temporizador da máquina de solda por onda está funcionando corretamente.
- Certifique-se de que o sistema de ventilação da máquina de solda por onda esteja em boas condições.
- Verifique o indicador de temperatura do pote de solda: meça a temperatura 10-15 mm abaixo da superfície de solda usando um termômetro de vidro ou de contato. A diferença de temperatura deve estar dentro de ±5 °C.
- Verifique se o pré-aquecedor está funcionando corretamente e certifique-se de que a temperatura esteja definida de acordo com os requisitos do processo. Ligue o interruptor do pré-aquecedor, monitore o aumento da temperatura e confirme se está dentro da faixa normal.
- Inspecione o funcionamento do cortador de chumbo: ajuste a altura da lâmina com base na espessura da placa de circuito impresso, visando comprimentos de chumbo de 1,4-2,0 mm. Aperte o suporte da lâmina, verifique visualmente a rotação da lâmina após ligar e certifique-se de que o dispositivo de segurança está funcionando.
- Verifique o suprimento de ar para o recipiente de fluxo: despeje o fluxo, ajuste a válvula de entrada de ar e verifique se o fluxo forma espuma ou borrifa após ligar.
- Verifique o ajuste da densidade do fluxo: verifique o nível de líquido no tanque de fluxo e meça a densidade. Se a densidade estiver muito alta, adicione um diluente; se estiver muito baixa, adicione fluxo para ajustar (espuma).
- Quando a temperatura da solda atingir o valor especificado, verifique o nível da solda. Se estiver abaixo de 15 mm da parte superior do pote de solda, adicione solda imediatamente.
- Remova qualquer resíduo de solda da superfície de solda e adicione um agente antioxidante após a limpeza.
- Ajuste o ângulo do transportador: defina a largura da pista de acordo com a largura da PCB para garantir uma força de fixação adequada.
II. Inicialização e operação de produção da soldagem por onda
- Ligue o interruptor do fluxo. Para a formação de espuma, ajuste a espessura da espuma para metade da placa de ajuste da espuma; para pulverização, certifique-se de que a cobertura é uniforme na superfície da placa, sem pulverizar o lado do componente.
- Ajuste o fluxo de ar da faca de ar para permitir que o excesso de fluxo na placa escorra de volta para o tanque de espuma, evitando que ele pingue no pré-aquecedor e cause um incêndio.
- Ative o interruptor da esteira transportadora e ajuste a velocidade para o valor desejado.
- Ligue o ventilador de refrigeração.
III. Operação pós-solda para soldagem por onda
- Desligue os interruptores do pré-aquecedor, do pote de solda, do fluxo, da esteira transportadora, do ventilador de resfriamento e do cortador de chumbo.
- O fluxo no tanque de espuma deve ser substituído a cada duas semanas, e medições regulares devem ser feitas durante o uso.
- Limpe a máquina de solda por onda e as garras da corrente após o desligamento. Mergulhe e limpe os bicos de pulverização com um diluente.
IV. Métodos de gestão durante o processo de soldagem por onda
- Os operadores devem permanecer nos seus postos e inspecionar regularmente o funcionamento do equipamento.
- Os operadores devem verificar a qualidade das juntas de solda. Em caso de qualquer anomalia, a máquina deve ser parada imediatamente para inspeção.
- Devem ser mantidos registos oportunos e precisos dos dados operacionais originais e da qualidade das juntas de solda.
- As placas PCB concluídas devem ser colocadas separadamente em caixas de transporte dedicadas, evitando o contacto, a pressão e o empilhamento.
V. Registros de operação para soldagem por onda
O operador da solda por onda deve registrar os parâmetros do processo, como temperatura do tanque de solda, temperatura de pré-aquecimento e densidade do fluxo a cada duas horas. Além disso, 10 placas de PCB devem ser inspecionadas aleatoriamente e a qualidade da junta de solda deve ser registrada a cada hora, fornecendo registros originais para o controle de qualidade do processo.
Vantagens da soldagem por onda
- Economia de mão de obra e materiais: melhora a eficiência da produção e reduz os custos de fabricação.
- Redução da deformação da placa: O curto tempo de contato da placa de circuito com a solda de alta temperatura minimiza a distorção da placa.
- Eliminação de fatores humanos: elimina interferências e impactos na qualidade do produto, resultando em melhor qualidade e confiabilidade das juntas de solda.
- Atividade de solda aprimorada: a máquina de solda por onda garante movimento suficiente da solda, levando a uma melhor qualidade da junta de solda.
- Ambiente de trabalho melhorado: A adoção de um bom sistema de exaustão melhora o bem-estar físico e mental do operador.
- Prevenção da oxidação: A camada superficial da solda forma uma barreira protetora contra a oxidação, reduzindo o desperdício de solda causado por resíduos de oxidação.
- Consistência: garante qualidade consistente na montagem do produto e processos padronizados.
- Capacidade de lidar com tarefas além das capacidades manuais.
Soldagem por onda vs. Soldagem por refluxo
Os processos de soldagem desempenham um papel crucial na fabricação de dispositivos eletrônicos, pois a qualidade da soldagem afeta diretamente o desempenho e a vida útil do produto. Entre os vários métodos de soldagem, a soldagem por refluxo e a soldagem por onda são as duas técnicas mais comuns, cada uma com suas próprias características e aplicações.
Soldagem por onda:
A soldagem por onda é usada principalmente para componentes de furo passante (THT). Nesse método, a placa de circuito impresso com componentes passa sobre uma onda de solda derretida, criando juntas de solda entre os pinos dos componentes e a placa de circuito impresso.
Características da soldagem por onda:
- Alta eficiência: Semelhante à soldagem por refluxo, a soldagem por onda pode lidar com todos os componentes em uma placa de circuito impresso simultaneamente, garantindo alta eficiência.
- Adequada para componentes de grande porte e alta potência: a soldagem por onda utiliza mais solda do que a soldagem por refluxo, proporcionando maior suporte mecânico e conexões elétricas mais resistentes, tornando-a adequada para componentes de grande porte e alta potência.
- Alta automação: A soldagem por onda, assim como a soldagem por refluxo, pode ser totalmente automatizada, minimizando a influência de fatores humanos na qualidade da soldagem.
Soldagem por refluxo:
A soldagem por refluxo é usada principalmente para componentes de montagem em superfície (SMT). Nesse método, a placa de circuito impresso (PCB) com pasta de solda e componentes é aquecida em um ambiente com temperatura controlada. A pasta de solda derrete e solidifica, completando o processo de soldagem.
Características da soldagem por refluxo:
- Alta eficiência: A soldagem por refluxo pode lidar com todos os componentes em uma placa de circuito impresso simultaneamente, melhorando significativamente a eficiência da produção.
- Alta qualidade: Como o processo de soldagem ocorre em um ambiente com temperatura rigidamente controlada, as juntas de solda são normalmente de alta qualidade, garantindo confiabilidade e boa formação das juntas.
- Adequado para componentes pequenos e de alta densidade: A soldagem por refluxo é ideal para soldar componentes pequenos e de alta densidade, incluindo BGA e QFP, pois não envolve contato direto com os componentes.
- Alta automação: a soldagem por refluxo é frequentemente totalmente automatizada, reduzindo erros humanos e aumentando a eficiência da produção.
Seleção entre soldagem por onda e soldagem por refluxo
Ao escolher um método de soldagem, os seguintes fatores são geralmente considerados:
- Tipo de componente: a soldagem por refluxo é preferível para componentes de montagem em superfície (SMT), enquanto a soldagem por onda é comumente usada para componentes de furo passante (THT).
- Densidade e tamanho do componente: A soldagem por refluxo é mais adequada para componentes de alta densidade e pequenos, enquanto a soldagem por onda é melhor para componentes maiores e de alta potência.
- Eficiência de produção: Tanto a soldagem por refluxo quanto a soldagem por onda oferecem alta eficiência quando totalmente automatizadas.
- Requisitos de qualidade: se for necessária uma qualidade de soldagem rigorosa, recomenda-se a soldagem por refluxo em um ambiente com temperatura rigidamente controlada.
Em resumo, a soldagem por refluxo e a soldagem por onda têm suas respectivas vantagens. A escolha entre elas depende dos requisitos específicos do produto e das condições de produção. A indústria de fabricação de produtos eletrônicos está em constante evolução e, com o surgimento de novas tecnologias e equipamentos de soldagem, o aprendizado e a adaptação contínuos são essenciais para atender às necessidades de produção em constante evolução.
Soldagem por onda vs. soldagem seletiva
A soldagem seletiva por onda, também conhecida como soldagem seletiva, é diferente da soldagem por onda tradicional. Na soldagem por onda tradicional, toda a superfície da placa de circuito impresso (PCB) é revestida com fluxo e, durante a soldagem, a superfície de soldagem da PCB é totalmente imersa na solda fundida. No entanto, a soldagem seletiva por onda é diferente. Ela permite definir parâmetros de soldagem para cada junta de solda individual na PCB, como posição de pulverização do fluxo, tempo de soldagem e altura da onda. Isso significa que a soldagem seletiva por onda pode aplicar fluxo apenas nos pontos de solda, evitando a aplicação desnecessária de fluxo e garantindo que apenas a área de soldagem entre em contato com a solda.
As vantagens da soldagem seletiva por onda incluem:
- Redução do uso de fluxo: ao aplicar seletivamente o fluxo apenas nos pontos de solda, o consumo de fluxo é minimizado. Isso não só economiza custos, mas também reduz a geração de resíduos de fluxo.
- Menor consumo de solda: como apenas a área de soldagem entra em contato com a solda, a soldagem seletiva por onda reduz o uso de solda.
- Redução da escória de solda: com a soldagem seletiva por onda, a ocorrência de escória de solda é minimizada devido ao processo de soldagem focado.
- Tamanho compacto e versatilidade: as máquinas de soldagem seletiva por onda são compactas e vêm com uma mesa de trabalho integrada, permitindo que se adaptem a vários formatos de PCB. Isso elimina a necessidade de vários acessórios e economiza espaço para equipamentos.
No entanto, a soldagem seletiva por onda também apresenta algumas desvantagens:
- Custo mais elevado: O equipamento de soldagem seletiva por onda tende a ser mais caro em comparação com as máquinas tradicionais de soldagem por onda devido à sua tecnologia e capacidades avançadas.
- Menor eficiência: Como cada junta de solda requer programação e controle específicos, a eficiência da soldagem seletiva por onda é relativamente menor em comparação com a soldagem por onda tradicional.
No geral, a soldagem seletiva por onda oferece várias vantagens, como redução do uso de fluxo, menor consumo de solda e tamanho compacto. No entanto, ela tem um custo mais alto e menor eficiência em comparação com a soldagem por onda tradicional devido à sua natureza especializada e tecnologia avançada.
As tendências de desenvolvimento da soldagem por onda
Com a adoção generalizada da tecnologia de montagem em superfície (SMT) substituindo os componentes de furo passante, a soldagem por onda foi amplamente substituída pela soldagem por refluxo em muitas aplicações eletrônicas de grande escala. No entanto, ainda existe uma demanda significativa por soldagem por onda em certas áreas onde a SMT não é adequada, como dispositivos de grande potência, conectores com alto número de pinos ou em indústrias onde a tecnologia simples de furo passante é predominante.
Apesar da crescente aplicação de outros métodos de soldagem, como a soldagem seletiva, a soldagem por onda ainda mantém suas vantagens exclusivas, o que a torna uma opção viável para a montagem de PCB.
