A medida que la electrónica contemporánea adopta ligereza, alta velocidad y una eficiencia creciente, cada eslabón de la fabricación se ajusta a esta filosofía, lo que también se aplica al ensamblaje de placas de circuito impreso. La soldadura ha desempeñado un papel esencial en la determinación del éxito de los productos electrónicos, ya que la consecución de la conexión eléctrica se deriva de una soldadura precisa. En comparación con la soldadura manual, que todavía es preferida por algunos aficionados a la electrónica, la soldadura automática ha sido ampliamente elegida debido a sus ventajas de alta precisión y velocidad, así como a las exigencias de gran volumen y alta rentabilidad. Como tecnologías de soldadura líderes para el ensamblaje, la soldadura por ola y la soldadura por refusión han sido las más ampliamente aplicadas para contribuir a un ensamblaje de alta calidad. Sin embargo, a menudo se confunden y las diferencias entre ellas tienden a desconcertar a muchos, y el momento de utilizarlas resulta aún más impreciso.
Antecedentes
Antes de la comparación formal entre la soldadura por ola y la soldadura por refusión, es importante entender la diferencia entre soldadura, soldadura por fusión y soldadura fuerte.
En pocas palabras, la soldadura se refiere al proceso en el que dos metales similares se funden para unirse entre sí. El brasado se refiere al proceso en el que dos piezas de metal se unen calentando y fundiendo un material de aporte, también llamado aleación, a alta temperatura. La soldadura blanda es en realidad un brasado a baja temperatura y su material de aporte se llama estaño de soldar.
Cuando se trata del ensamblaje de PCB, la soldadura se aplica mediante un tipo de medio que se conoce como pasta de soldar. La soldadura con la aplicación de pasta de soldar que contiene sustancias peligrosas como plomo, mercurio, etc., se denomina soldadura con plomo, mientras que la soldadura con la aplicación de pasta de soldar sin sustancias peligrosas se denomina soldadura libre de plomo.Soldadura con plomo o sin plomodeben seleccionarse de acuerdo con las exigencias específicas de los productos para los cuales se diseñarán las PCB ensambladas.
Soldadura por ola
• Definición
Como su nombre lo indica, la soldadura por ola se utiliza para unir la PCB y los componentes mediante una “ola” líquida formada como resultado de la agitación del motor, y el líquido es en realidad estaño fundido. Se lleva a cabo en una máquina de soldadura por ola. La imagen a continuación muestra un ejemplo de máquina de soldadura por ola.
• Proceso de soldadura
El proceso de soldadura por ola se compone de cuatro pasos: pulverización de flux, precalentamiento, soldadura por ola y enfriamiento.
Paso uno: Pulverización de fundente. La limpieza de la superficie metálica es el elemento básico que garantiza el rendimiento de la soldadura y depende de las funciones del fundente de soldadura. El fundente de soldadura desempeña un papel crucial en la correcta ejecución del proceso de soldadura. Las funciones principales del fundente de soldadura incluyen:
1) Eliminar el óxido de la superficie metálica de las placas y de los pines de los componentes;
2) Para evitar la oxidación secundaria de las placas de circuito durante el proceso térmico;
3) Para reducir la tensión superficial de la pasta de soldadura;
4) Transmitir calor.
Paso dos: PrecalentamientoEn una tarima a lo largo de una cadena similar a una cinta transportadora, las PCB viajan a través de un túnel de calor para llevar a cabo el precalentamiento y activar el flux.
Paso tres: Soldadura por olaA medida que la temperatura aumenta constantemente, la pasta de soldadura se vuelve líquida, formándose una ola sobre cuyo borde las placas avanzan y los componentes pueden quedar firmemente unidos a las placas.
Paso cuatro: Enfriamiento. El perfil de soldadura por ola se ajusta a una curva de temperatura. Cuando la temperatura alcanza el pico en la etapa de soldadura por ola, comienza su disminución, lo que se denomina zona de enfriamiento. Después de enfriarse a temperatura ambiente, la placa quedará ensamblada con éxito.
A medida que las placas de circuito se colocan en la tarima listas para pasar por la soldadura por ola, el tiempo y la temperatura están estrechamente relacionados con el rendimiento de la soldadura. En lo que respecta al tiempo y la temperatura, una máquina profesional de soldadura por ola es muy necesaria, mientras queLa experiencia y pericia del ensamblador de PCBsuelen ser difíciles de obtener, ya que dependen de años de acumulación, de la aplicación de tecnologías de vanguardia y de la orientación empresarial.
Si la temperatura se ajusta demasiado baja, el fundente no se derretirá, por lo que no mantendrá su actividad, capacidad de reacción ni capacidad para disolver óxidos y suciedad en la superficie del metal. Además, no se formará una aleación entre el fundente y el metal si la temperatura no es lo suficientemente alta. Asimismo, deben tenerse en cuenta y calcularse otros factores, como la velocidad del transportador de banda, el tiempo de contacto con la ola, etc.
En términos generales, aunque se utilice el mismo equipo de soldadura por ola, diferentes ensambladores posiblemente presenten distinta eficiencia de fabricación debido a los diferentes métodos de operación y al grado de comprensión de la máquina de soldar. Por ejemplo,PCBCart (un proveedor de servicios de ensamblaje de PCB llave en mano con sede en China)Los ingenieros aprovechan el uso de dispositivos de sujeción para fijar los componentes THT antes de la soldadura por ola, de modo que todas las piezas puedan montarse con precisión en las placas y los defectos de soldadura se reduzcan drásticamente.
• Campo de aplicación
La soldadura por ola puede ser aceptada por el ensamblaje THT (Through-hole Technology), DIP (dual-in-line packaging) y SMT (Surface Mount Technology). Se utiliza más en los primeros.
Soldadura por refusión
• Definición
La soldadura por refusión pega de forma permanente los componentes que primero se adhieren temporalmente a sus almohadillas en las placas de circuito mediante pasta de soldadura, la cual se fundirá mediante aire caliente u otra conducción de radiación térmica. En consecuencia, es fácil encontrar métodos de soldadura por refusión caseros simplemente utilizando una tostadora o un horno como horno de soldadura por refusión hecho en casa en YouTube. La soldadura por refusión se lleva a cabo en una máquina de soldadura por refusión que se denomina horno de soldadura por refusión.
• Proceso de soldadura
Según su definición, los componentes eléctricos se fijan temporalmente a las almohadillas de contacto antes de la soldadura real mediante pasta de soldadura. Este proceso consta principalmente de dos pasos. Primero, la pasta de soldadura se coloca con precisión en cada almohadilla a través de una plantilla de pasta de soldadura. Luego, los componentes se colocan sobre las almohadillas mediante una máquina de colocación automática (pick and place). La verdadera soldadura por refusión no comenzará hasta que se hayan realizado completamente esos preparativos.
Paso uno: PrecalentamientoNo es difícil entender la importancia del precalentamiento al comparar un horno de refusión para soldadura con una tostadora o un horno de horneado. Para obtener un pan bien horneado, el horno debe precalentarse con antelación. El precalentamiento cumple dos propósitos durante la soldadura por refusión. Primero, permite que las placas que se van a ensamblar alcancen de forma constante la temperatura requerida, totalmente compatible con el perfil térmico. Segundo, es responsable de expulsar los disolventes volátiles contenidos en la pasta de soldadura. De lo contrario, la calidad de la soldadura posiblemente se verá comprometida.
Paso dos: Remojo térmico. De manera similar a la soldadura por ola, la soldadura por refusión también depende del flux que ha sido incorporado en la pasta de soldadura. En consecuencia, la temperatura tiene que elevarse hasta el punto en que el flux pueda activarse. De lo contrario, el flux no logra desempeñar su papel activo en el proceso de soldadura.
Paso tres: Soldadura por refusión. En esta fase se produce la aparición de la temperatura máxima durante todo el proceso. La temperatura máxima hace que la pasta de soldadura se funda y se refluje. El control de la temperatura desempeña un papel crucial en el proceso de soldadura por refusión. Una temperatura demasiado baja impide que la pasta de soldadura se refluje suficientemente, mientras que una temperatura demasiado alta puede causar daños en los componentes o en las placas SMT. Por ejemplo, el encapsulado BGA (ball grid array) contiene muchas esferas de soldadura que se fundirán durante la soldadura por refusión. Si la temperatura de soldadura no alcanza el nivel óptimo, esas esferas pueden fundirse de manera desigual y la soldadura BGA puede requerir retrabajo o resultar defectuosa.
Paso cuatro: Enfriamiento. A medida que se representa una curva de temperatura, la temperatura descenderá poco después de alcanzar la temperatura máxima. El enfriamiento hace que la pasta de soldadura se solidifique con las piezas fijadas permanentemente sobre las almohadillas de contacto en las placas.
• Campo de aplicación
La soldadura por refusión puede aplicarse tanto en el ensamblaje SMT como en el THT, pero se utiliza principalmente en el primero. En cuanto a la aplicación de la soldadura por refusión en el ensamblaje THT, normalmente se recurre a la técnica PIP (pin in paste). Primero, la pasta de soldadura se introduce en los orificios de las placas. Luego, las patillas de los componentes se insertan en los orificios, haciendo que parte de la pasta de soldadura salga por el otro lado de la placa. Finalmente, se lleva a cabo la soldadura por refusión para completar la unión.
Soldadura por ola vs. soldadura por refusión
En lo que respecta a la soldadura, la diferencia entre la soldadura por ola y la soldadura por refusión nunca puede pasarse por alto, porque muchas personas no tienen idea de cuál seleccionar cuando están listos para adquirir servicios de PCBA de los ensambladores. Como dice un proverbio chino: un ligero movimiento en una parte puede afectar la situación en su conjunto. Una modificación en términos de soldadura tiende a provocar cambios de pies a cabeza en todo el proceso de fabricación del ensamblaje, como la eficiencia de fabricación, el costo, el tiempo de salida al mercado, las ganancias, etc. Basado en la introducción anterior, se considera que ya se ha esbozado un esquema en tu mente.
• Proceso de soldadura
En cuanto a los pasos del proceso de soldadura, la siguiente figura muestra la diferencia entre ellos.
La diferencia esencial entre la soldadura por ola y la soldadura por refusión en términos de proceso de fabricación radica en la pulverización de flux, ya que la soldadura por ola incluye este paso mientras que la soldadura por refusión no. El flux favorece el proceso de soldadura y desempeña un papel protector al eliminar óxidos y reducir la tensión superficial del material que se va a soldar. El flux solo funciona cuando está activado, lo que exige un riguroso control de la temperatura y el tiempo. Dado que el flux está contenido en la pasta de soldadura en la soldadura por refusión, el contenido de flux debe ser adecuadamente planificado y logrado.
• Fiabilidad de la soldadura
Los defectos de soldadura parecen inevitables mientras se lleve a cabo el proceso de soldadura. No es científico indicar simplemente qué tecnología de soldadura presenta más defectos de soldadura que otra, incluso cuando la conclusión se obtiene a partir de montones de datos experimentales. Al fin y al cabo, la situación es diferente cada vez. Por lo tanto, no tiene sentido comparar la fiabilidad de la soldadura entre la soldadura por ola y la soldadura por refusión.
A pesar de la inevitabilidad de los defectos de soldadura, la probabilidad de que se produzcan puede reducirse proporcionalmente cuando los ensambladores cumplen con las normas profesionales de fabricación de ensamblajes y conocen plenamente las características y el rendimiento de todos los equipos a lo largo de la línea de producción. Además, el personal de ingeniería debe estar cualificado y recibir formación periódica para mantenerse al día con los avances de las tecnologías modernas.
• Estándar de selección
En general, la soldadura por refusión funciona mejor para el ensamblaje SMT, mientras que la soldadura por ola es más adecuada para el ensamblaje THT o DIP. Sin embargo, rara vez ocurre que una placa de circuito contenga únicamente dispositivos de montaje superficial puros o componentes de orificio pasante. En cuanto al ensamblaje mixto, normalmente se realiza primero el SMT y luego el THT o DIP, porque la temperatura a la que debe someterse la soldadura por refusión es mucho más alta que la que tiene que soportar la soldadura por ola. Si se invierte el orden de los dos ensamblajes, la pasta de soldadura sólida posiblemente se volverá a fundir y los componentes bien soldados podrían presentar defectos o incluso desprenderse de la placa.
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Escrito por Dora, editora de PCBCart, este artículo fue publicado originalmente enInformes técnicos.
