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Soldagem por Onda para Montagem de Placas de Circuito Impresso com Componentes Through-Hole
Muitos produtos eletrônicos ainda dependem de componentes through-hole para conectores, transformadores e outras partes que requerem forte suporte mecânico ou maior capacidade de corrente. Para a produção em larga escala dessas montagens, soldar manualmente cada pino não é prático nem consistente. Em vez disso, os fabricantes utilizam a soldagem por onda, um processo automatizado que forma centenas de junções de solda em uma única passagem. À medida que a placa de circuito impresso (PCB) atravessa uma onda cuidadosamente controlada de solda fundida, os pinos expostos dos componentes e os furos metalizados são soldados simultaneamente, produzindo conexões elétricas e mecânicas confiáveis com alta repetibilidade.
3 Métodos Comuns de Soldagem em Furo
| Ponto de Comparação | Soldagem por Onda | Soldagem por Onda Dupla | Soldagem Seletiva |
|---|---|---|---|
| Como Funciona | Utiliza uma onda de solda para soldar a parte inferior da placa. | Utiliza uma onda ativa seguida por uma onda mais suave. | Utiliza um bico programável pequeno para soldar juntas selecionadas. |
| Melhor para | Placas de circuito impresso com furos passantes simples. | Placas de tecnologia mista ou com furos passantes mais densas. | Placas complexas com áreas limitadas para furos passantes. |
| Exposição ao Calor | Expõe a face inferior soldável a uma onda completa. | Ainda expõe a parte inferior, mas com melhor controle de solda. | Limita a exposição ao calor a pontos de solda selecionados. |
| Velocidade de Produção | Rápido e econômico para layouts simples. | Rápido, mas exige mais ajuste de processo. | Mais lento, porém mais preciso. |
| Foco de Controle Principal | Altura da onda, velocidade do transportador e drenagem. | Equilíbrio entre as duas ondas e controle de ponte. | Caminho do bico, tempo de permanência e controle local de calor. |
| Aplicações Típicas | Fontes de alimentação, eletrodomésticos, controles industriais. | Placas de circuito impresso de tecnologia mista, placas com muitos conectores. | Automotivo, aeroespacial, médico, Placas de Circuito Impresso de Alta Densidade (PCbAs). |
Fluxo do Processo de Soldagem por Onda
Passo 1: Aplicação de Fluxo
O processo inicia-se com a aplicação de fluxo na parte inferior da placa de circuito impresso (PCI). Máquinas modernas de soldagem por onda geralmente utilizam sistemas de pulverização de fluxo, enquanto alguns sistemas mais antigos empregam fluxadores de espuma. Em montagens de tecnologia mista, a fluxagem seletiva também pode ser utilizada para aplicar fluxo apenas onde a soldagem é necessária.
O fluxo remove óxidos superficiais das ilhas de PCB, furos metalizados e terminais de componentes, ao mesmo tempo em que protege essas superfícies contra oxidação adicional durante a soldagem. Ele também melhora a molhabilidade da solda, permitindo que a solda fundida se espalhe uniformemente pelas superfícies metálicas.
O controle cuidadoso da quantidade e cobertura do fluxo é crucial. Fluxo insuficiente pode resultar em baixa molhabilidade e preenchimento incompleto do furo, enquanto excesso de fluxo pode deixar resíduos indesejados ou contribuir para defeitos de soldagem.
Passo 2: Pré-aquecimento
Após a aplicação do fluxo, a placa de circuito impresso entra em uma ou mais zonas de pré-aquecimento que utilizam aquecedores infravermelhos, aquecedores de convecção ou uma combinação de ambos. O objetivo não é derreter a solda, mas preparar a montagem para o contato com a onda de solda fundida.
O pré-aquecimento evapora gradualmente os solventes voláteis do fluxo, ativa a química restante do fluxo e reduz o choque térmico que ocorreria se a placa de circuito impresso entrasse em contato com a solda em temperaturas acima de 250°C. Ele também ajuda a equalizar a temperatura em toda a montagem, especialmente para PCBs multicamadas ou placas contendo grandes planos de cobre e componentes de alta massa térmica.
Passo 3: Soldagem por Onda
A etapa de soldagem é o coração do processo de soldagem por onda. A solda fundida é armazenada em um tanque de solda com controle de temperatura sob o transportador. Uma bomba mecânica circula continuamente a solda através de bicos especialmente projetados para gerar uma ou mais ondas de solda estáveis. À medida que a PCB se move pela máquina em um transportador inclinado, apenas a parte inferior da placa entra em contato com a onda de solda, enquanto o lado dos componentes permanece acima da solda fundida.
Durante este breve contato, diversos processos ocorrem quase simultaneamente. A solda fundida molha as ilhas de cobre expostas e os terminais dos componentes, deslocando o fluxo ativado da área da junta. A ação capilar, então, puxa a solda para cima nos furos metalizados, permitindo o preenchimento do cilindro e formando ligações metalúrgicas entre os terminais dos componentes e a metalização de cobre. À medida que a PCB deixa a onda, a tensão superficial remove o excesso de solda, deixando filetes lisos que proporcionam continuidade elétrica e suporte mecânico.
O projeto da onda de solda tem influência significativa na qualidade das juntas de solda. Um sistema de onda única geralmente é suficiente para montagens de furo passante convencionais com layouts relativamente simples. No entanto, montagens contendo terminais espacialmente próximos ou componentes de tecnologia mista frequentemente se beneficiam de uma configuração de onda dupla. A primeira onda, turbulenta, melhora a penetração da solda em torno dos terminais densos dos componentes e aprimora o preenchimento de furos, enquanto a segunda onda, lisa e laminar, remove o excesso de solda e ajuda a reduzir defeitos como pontes de solda, "espigões" e formação irregular de filetes.
Embora o contato entre a placa de circuito impresso (PCB) e a onda de solda dure apenas alguns segundos, esta etapa determina a qualidade de cada junta de solda na montagem. A temperatura da solda, a velocidade do transportador, o ângulo do transportador, a altura da onda, a profundidade de imersão e o tempo de contato devem ser cuidadosamente balanceados para obter o preenchimento completo do furo sem expor a montagem a um estresse térmico desnecessário. Esses parâmetros de processo são discutidos em detalhe na seção a seguir.
Passo 4: Resfriamento
Após sair da onda de solda, a montagem entra na etapa de resfriamento, onde a solda fundida solidifica para formar conexões elétricas e mecânicas permanentes. O resfriamento controlado ajuda a produzir juntas de solda estáveis, minimizando o estresse térmico na PCB e seus componentes. Uma vez resfriada, a PCB prossegue para inspeção e teste elétrico antes de seguir para a próxima etapa de fabricação.
Parâmetros Essenciais da Soldagem por Onda
| Parâmetro | Intervalo Típico |
|---|---|
| Temperatura da Cuba de Solda | 245–260°C (sem chumbo) 245–250°C (SnPb) |
| Pré-aquecer Temperatura | 90–130°C (superfície superior da PCB) |
| Velocidade do Transportador | 0,8–1,8 m/min |
| Tempo de Contato | 2–4 segundos |
| Ângulo do Transportador | 5°–7° |
| Altura da Onda | 50–70% de espessura da placa de circuito impresso |
| Aplicação Flux | Aproximadamente 2–5% de sólidos (dependendo do tipo de fluxo) |
Como Ajustar os Parâmetros de Soldagem por Onda
Os intervalos de parâmetros acima são úteis como pontos de partida, mas não devem ser tratados como configurações fixas para toda montagem de PCB; esses parâmetros estão conectados e a alteração de um geralmente afeta os outros.
A velocidade do transportador é um bom exemplo. Ela afeta diretamente o tempo que a PCB permanece em contato com a onda de solda. Se a placa se mover muito rapidamente, a solda pode não preencher completamente os furos metalizados, resultando em juntas de solda insuficientes. Se a placa se mover muito lentamente, a montagem recebe mais calor, o que pode contribuir para pontes de solda, depósitos excessivos de solda ou danos aos componentes.
A temperatura do banho de solda apresenta um equilíbrio semelhante. A solda deve permanecer suficientemente acima de seu ponto de fusão para molhar as ilhas, os terminais dos componentes e os furos metalizados. No entanto, uma temperatura mais alta nem sempre é melhor. Temperatura excessiva da solda pode consumir o fluxo rapidamente, aumentar a oxidação e a formação de escória, além de expor os componentes a estresses térmicos desnecessários.
Por essa razão, o ajuste de parâmetros deve ser tratado como um equilíbrio de processo, em vez de uma correção de valor único. Se a velocidade do transportador for aumentada, a temperatura da solda, a altura da onda e o pré-aquecimento também podem precisar ser verificados para manter o contato adequado com a solda e o preenchimento dos furos. Se um mau molhamento aparecer, a resposta nem sempre é aumentar a temperatura do reservatório de solda; a cobertura de fluxo, a condição de pré-aquecimento, o tempo de contato e o design da placa também devem ser revisados.
Perfil Térmico na Soldagem por Onda
A Perfilagem Térmica é utilizada para confirmar se a seção de pré-aquecimento fornece calor suficiente para a evaporação do solvente e verificar se a placa experimenta a condição de contato de solda pretendida durante a soldagem.
Durante a profilagem, uma PCB representativa é equipada com termopares fixados em pads selecionados, leads de furos metalizados ou locais de componentes críticos antes de passar pelo processo completo de soldagem por onda. Normas industriais como IPC-TM-650 e IPC-7530 fornecem diretrizes para a fixação de termopares e medição de perfil.
Em processos robustos sem chumbo, a parte superior da placa de circuito impresso (PCI) geralmente atinge 110–130°C antes da soldagem. Na soldagem por onda, o tempo acima do líquido (TAL) é essencialmente o tempo de contato entre a PCI e a solda fundida, e este deve permanecer dentro da janela de processo requerida. O perfil também confirma que a PCI esfria abaixo de aproximadamente 100°C antes de deixar a seção de resfriamento.
Após o perfilamento, as temperaturas registradas são analisadas para identificar pontos frios e quentes, e o processo é ajustado de acordo.
Considerações Finais
A soldagem por onda não é apenas um processo legado mantido vivo por designs antigos de placas de circuito impresso. Na fabricação moderna de PCBA, ela permanece uma maneira prática de transformar requisitos de design through-hole em resultados de produção estáveis e repetíveis.
Na PCBCool, oferecemos suporte para soldagem por onda em placas adequadas com tecnologia through-hole e de tecnologia mista. Quando um projeto inclui componentes plug-in maiores, conectores superdimensionados ou peças que são melhor manuseadas individualmente, nossas linhas de soldagem manual through-hole proporcionam a flexibilidade necessária para concluir a montagem com o processo correto, em vez de forçar todas as placas pela mesma rota.
Perguntas Frequentes
A razão principal é que cada camada adicionada torna o processo de fabricação mais difícil de controlar. Mais camadas significam mais chances de defeitos nas camadas internas, problemas de alinhamento, falhas de laminação e refugo.
As ilhas BGA são pequenas e densamente espaçadas, de modo que pequenos erros de fabricação podem facilmente se tornar problemas de montagem.
Andy é um profissional experiente na indústria de placas de circuito impresso (PCBs), com décadas de experiência em fabricação, montagem e suporte ao cliente de PCBs. Na PCBCool, ele lidera a equipe de marketing e auxilia na transformação de experiências práticas de projetos em conteúdo técnico útil para engenheiros, compradores e desenvolvedores de produtos.
