Comparación entre soldadura por ola y soldadura por reflujo

A medida que la electrónica contemporánea adopta un peso ligero, mayor eficiencia y alta velocidad, cada eslabón del proceso de fabricación también se ajusta a esta filosofía, incluido el ensamblaje de la placa de circuito impreso (PCB). La soldadura ha jugado un papel esencial para determinar el éxito de los productos electrónicos, ya que las conexiones eléctricas se derivan de una soldadura precisa. En comparación con la soldadura manual, la soldadura automática ha sido ampliamente seleccionada debido a sus méritos de alta precisión y velocidad, y las demandas de gran volumen y alta rentabilidad. Como las principales tecnologías de soldadura para ensamblaje, la soldadura por ola y la soldadura por reflujo se han aplicado más ampliamente al ensamblaje de alta calidad; sin embargo, las diferencias entre las dos tecnologías continúan confundiendo a muchos, y también es vago cuándo se debe usar cada una.

Antes de la comparación formal entre la soldadura por ola y la soldadura por reflujo, es de gran necesidad comprender las diferencias entre soldadura, soldadura y soldadura fuerte (Figura 1). En pocas palabras, la soldadura se refiere al proceso en el que se funden dos metales similares para unirlos. La soldadura fuerte se refiere al proceso en el que dos piezas de metal se unen entre sí calentando y derritiendo el relleno, o la aleación, a alta temperatura. La soldadura es en realidad una soldadura fuerte a baja temperatura, y su relleno se llama soldadura.

Cuando se trata de ensamblaje de PCB, la soldadura se aplica a través de pasta de soldadura. La soldadura con pasta de soldadura que contiene sustancias peligrosas como plomo, mercurio, etc. se denomina soldadura con plomo, mientras que la soldadura con pasta de soldadura sin sustancias peligrosas se denomina soldadura sin plomo. La soldadura con plomo o sin plomo debe elegirse de acuerdo con las demandas específicas de los productos para los que se diseñarán los PCB ensamblados.

Como su nombre lo indica, la soldadura por ola se usa para combinar PCB y partes a través de una "onda" líquida formada como resultado de la agitación del motor. El líquido es en realidad estaño disuelto. Se realiza en una máquina de soldadura por ola (Figura 2).

El proceso de soldadura por ola se compone de cuatro pasos: pulverización de fundente, precalentamiento, soldadura por ola y enfriamiento.

Pulverización de fundente. La limpieza de las superficies metálicas es el elemento básico que garantiza el rendimiento de la soldadura, dependiendo de las funciones del fundente de soldadura. El fundente de soldadura juega un papel crucial en la implementación fluida de la soldadura. Las funciones principales del fundente de soldadura incluyen eliminar el óxido de la superficie metálica de las placas y los pines de los componentes; proteger las placas de circuitos de la oxidación secundaria durante el proceso térmico; reducción de la tensión superficial de la soldadura en pasta; y transmitiendo calor.

Precalentamiento. En un palet a lo largo de una cadena similar a una cinta transportadora, las placas de circuitos viajan a través de un túnel de calor para realizar el precalentamiento y activar el fundente.

Soldadura por ola. A medida que la temperatura aumenta constantemente, la soldadura en pasta se vuelve líquida con una onda formada por las placas de borde que viajan por encima. Los componentes se pueden unir sólidamente en tableros.

Enfriamiento. El perfil de soldadura por ola se ajusta a una curva de temperatura. A medida que la temperatura alcanza el pico en la etapa de soldadura por ola, se reduce, lo que se denomina zona de enfriamiento. Después de enfriarse a temperatura ambiente, la placa se ensamblará con éxito.

Como las placas de circuito se colocan en una plataforma lista 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, es necesaria una máquina de soldadura por ola profesional, mientras que la pericia y la experiencia del ensamblador de PCB rara vez son fáciles de obtener, ya que dependen de la aplicación de tecnologías actualizadas y el enfoque comercial.

Si la temperatura se establece demasiado baja, el fundente no se derretirá correctamente, lo que reducirá la capacidad de reaccionar y disolver el óxido y la suciedad en la superficie del metal. Además, el fundente y el metal no generarán la aleación si la temperatura no es lo suficientemente alta. Deben tenerse en cuenta otros factores, como la velocidad de la portadora de la banda, el tiempo de contacto de la onda, etc.

En términos generales, aunque se utilice el mismo equipo de soldadura por ola, diferentes ensambladores ofrecen diferentes eficiencias de fabricación debido a los métodos de operación y al grado de conocimiento sobre cómo operar la máquina.

La soldadura por reflujo pega permanentemente los componentes que primero se pegan temporalmente a sus almohadillas en las placas de circuito utilizando pasta de soldadura que se derretirá con aire caliente u otra conducción de radiación térmica. La soldadura por reflujo se implementa en una máquina llamada horno de soldadura por reflujo (Figura 3). Como implica su definición, los componentes eléctricos se unen temporalmente a las almohadillas de contacto antes de soldar con pasta de soldar.

Este proceso contiene principalmente dos pasos. Primero, la pasta de soldadura se coloca con precisión en cada pad a través de una plantilla de pasta de soldadura. Luego, los componentes se colocan en almohadillas mediante una máquina de recoger y colocar. La soldadura por reflujo real no comenzará hasta que se hayan realizado esos preparativos.

Precalentamiento. Este paso tiene dos propósitos durante la soldadura por reflujo. En primer lugar, permite que las placas se ensamblen para alcanzar constantemente la temperatura requerida para cumplir completamente con el perfilado térmico. Segundo, es responsable de expulsar los solventes volátiles contenidos en la soldadura en pasta. De lo contrario, la calidad de la soldadura se verá comprometida.

Remojo Termal. Al igual que la soldadura por ola, la soldadura por reflujo también depende del fundente contenido en la soldadura en pasta. En consecuencia, la temperatura debe alcanzar un nivel en el que se pueda activar el fundente, o el fundente no cumple su función en el proceso de soldadura.

Soldadura por reflujo. Esta fase ocurre cuando se alcanza la temperatura máxima, lo que permite que la soldadura en pasta se derrita y vuelva a fluir. El control de la temperatura juega un papel crucial en el proceso de soldadura por reflujo. Una temperatura demasiado baja impide que la soldadura en pasta refluya lo suficiente; una temperatura demasiado alta puede causar daños en los componentes o placas de la tecnología de montaje superficial (SMT). Por ejemplo, un paquete de matriz de rejilla de bolas (BGA) contiene múltiples bolas de soldadura que se derretirán durante la soldadura por reflujo. Si la temperatura de soldadura no alcanza el nivel óptimo, esas bolas pueden derretirse de manera desigual y la soldadura BGA puede sufrir debido al retrabajo.

Enfriamiento. La temperatura bajará poco después de alcanzar la temperatura máxima. El enfriamiento conduce a la pasta de soldadura a solidificarse, fijando permanentemente las piezas en las almohadillas de contacto de las placas.

La soldadura por reflujo se puede aplicar tanto en el ensamblaje de tecnología SMT como de orificio pasante (THT), pero se usa principalmente en el primero. Cuando se trata de la aplicación de soldadura por reflujo en el ensamblaje THT, generalmente se confía en pin-in-paste (PIP). Primero, la soldadura en pasta rellena los agujeros en las placas. Luego, las clavijas de los componentes se conectan en los orificios y sale un poco de pasta de soldadura del otro lado de la placa. Finalmente, se implementa la soldadura por reflujo para completar la soldadura.

Nunca se puede ignorar la diferencia entre la soldadura por ola y la soldadura por reflujo, ya que muchos usuarios no tienen idea de cuál seleccionar al comprar servicios de ensamblaje de PCB. Una modificación en cuanto a la soldadura tiende a provocar cambios en todo el proceso de fabricación del conjunto. Estos cambios incluyen la eficiencia de fabricación, el costo, el tiempo de comercialización, las ganancias, etc.

La figura 4 ilustra la diferencia entre los pasos del proceso de soldadura. La diferencia esencial entre la soldadura por ola y la soldadura por reflujo radica en la pulverización de fundente: la soldadura por ola contiene este paso, mientras que la soldadura por reflujo no. Flux permite la eliminación de dióxido y la reducción de la tensión superficial en el material a soldar. Flux funciona solo cuando está activado, lo que requiere una adherencia rigurosa al control de temperatura y tiempo. Dado que el fundente está contenido en la soldadura en pasta en la soldadura por reflujo, el contenido de fundente debe organizarse y lograrse adecuadamente.

Los defectos de soldadura parecen inevitables. Es imposible determinar qué tecnología de soldadura crea más defectos que la otra, ya que el proceso es diferente cada vez. A pesar de la inevitabilidad de que ocurran defectos de soldadura, su frecuencia puede reducirse cuando los ensambladores cumplen con las normas de fabricación de ensamblajes profesionales y son plenamente conscientes de las características y el rendimiento de todos los equipos a lo largo de la línea de fabricación. Además, el personal de ingeniería debe estar calificado y recibir capacitación regular para mantenerse al día con el progreso de las tecnologías modernas.

En términos generales, la soldadura por reflujo funciona mejor para el ensamblaje SMT, mientras que la ola funciona mejor para el ensamblaje THT o DIP. Sin embargo, una placa de circuito casi nunca contiene SMD puros (dispositivos de montaje en superficie) o componentes de orificio pasante. En términos de ensamblaje mixto, normalmente primero se realiza SMT y luego se realiza THT o DIP, ya que la temperatura requerida para la soldadura por reflujo es mucho más alta que la requerida para la soldadura por ola. Si se invierte la secuencia de dos ensamblajes, es posible que la soldadura en pasta sólida se vuelva a derretir y los componentes bien soldados sufran defectos o incluso se caigan de la placa.

Este artículo fue escrito por Dora Yang, ingeniera técnica de PCBCart, Hangzhou, China. Para obtener más información, haga clic aquí.

Este artículo apareció por primera vez en la edición de febrero de 2018 de la revista Tech Briefs.

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