Che cos’è la saldatura a onda? Una guida completa

Nella moderna produzione elettronica, la saldatura a onda è una tecnologia molto matura e affidabile. Sebbene la maggior parte dei prodotti SMT ad alta densità utilizzi ora la saldatura a rifusione, la saldatura a onda è ancora indispensabile nell'assemblaggio di componenti through-hole e PCB con tecnologia ibrida.

Se volete sapere cos'è la saldatura a onda, come viene eseguito il processo o quando sceglierlo come processo di saldatura nella produzione effettiva, questo articolo ve lo spiegherà passo dopo passo. Dal principio di funzionamento dell'apparecchiatura, ai parametri chiave, fino a come controllare i difetti e migliorare i tassi di resa, tutto sarà trattato.

Per comprendere veramente la saldatura a onda, non basta sapere come funziona, ma, cosa ancora più importante, bisogna imparare a controllare il processo e a ridurre vari tipi di difetti di saldatura, rendendo la produzione di massa più stabile e affidabile.

Che cosa è la saldatura ad onda?

In parole povere, la saldatura a onda è un processo di saldatura di massa. Nel processo di saldatura a onda, il PCB passa sopra un'"onda" formata da una lega di saldatura fusa. La lega di saldatura entra in contatto con la parte inferiore del circuito stampato, saldando saldamente i terminali dei componenti passanti alle piazzole per creare una connessione elettrica e una resistenza meccanica.

Rispetto alla saldatura manuale, la saldatura a onda è automatizzata, il che la rende più veloce e stabile. Se i parametri sono impostati correttamente, quando il PCB passa attraverso l'onda di saldatura, tutte le parti metalliche non coperte dalla maschera di saldatura saranno bagnate dalla lega, formando giunti di saldatura solidi.

La saldatura a onda è utilizzata principalmente per componenti a foro passante ed è adatta anche per PCB a tecnologia mista (in combinazione con la tecnologia SMT). È adatta alla produzione di massa ed è un processo di saldatura stabile e ripetibile.

Saldatura a onda vs. saldatura a riflusso

Cosa è Saldatura a riflusso?

La saldatura a riflusso è un metodo comune di saldatura a montaggio superficiale SMT. Il metodo è in realtà molto semplice: per prima cosa, si stampa uno strato di pasta saldante sulle piazzole del PCB, quindi si posizionano i componenti nelle posizioni corrispondenti. L'intera scheda entra nel forno a riflusso per il riscaldamento. Dopo che la pasta saldante si è fusa, i reofori e le piazzole dei componenti vengono saldati insieme. Infine, la pasta si raffredda e si solidifica per formare una connessione stabile.

In parole povere, la saldatura a riflusso funziona riscaldando l'intera scheda per fondere la pasta saldante e completare la saldatura. Viene utilizzata principalmente per componenti a montaggio superficiale ed è particolarmente adatta per PCB ad alta densità e a passo fine.

Saldatura a onda vs. saldatura a riflusso

Quando si parla di saldatura a onda, è inevitabile fare un paragone con la saldatura a riflusso.

Attrezzatura chiave nella saldatura ad onda

Un processo standard di saldatura a onda comprende in genere le seguenti apparecchiature:

· XNUMX€  Bagno di saldatura fuso

· XNUMX€  Sistema di pompaggio per creare onde di saldatura

· XNUMX€  Sistema di trasporto

· XNUMX€  Unità di flussaggio

· XNUMX€  Zona di preriscaldamento

· XNUMX€  Sezione di raffreddamento

Le moderne apparecchiature per la saldatura a onda possono adottare una struttura a doppio picco d'onda o un sistema di pompaggio elettromagnetico per garantire una maggiore stabilità dell'onda di saldatura. Nelle applicazioni ad alta precisione, vengono utilizzati anche sistemi di saldatura a onda selettiva, in cui vengono saldate solo aree specifiche anziché consentire all'intero circuito stampato di passare attraverso un'onda completa.

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Flusso del processo di saldatura ad onda

L'intero processo di saldatura ad onda può essere suddiviso in quattro fasi:

· XNUMX€  Applicazione di flusso

· XNUMX€  Il preriscaldamento

· XNUMX€  Contatto a onda di saldatura

· XNUMX€  Raffreddamento

Questi quattro passaggi sono tutti indispensabili. Se uno qualsiasi di essi non viene controllato correttamente, può dare origine a diversi tipi di difetti di saldatura.

1. Applicazione del flusso

Prima della saldatura a onda, è necessario applicare del flussante per rimuovere l'ossidazione dalla superficie metallica e favorire una migliore adesione della lega. I metodi più comuni includono il flussante a spruzzo e il flussante a schiuma.

La quantità di flussante deve essere attentamente controllata. Se è insufficiente, potrebbe causare una scarsa bagnatura della saldatura, mentre se è eccessiva, si formeranno residui sulla scheda. Entrambe le situazioni rientrano tra i difetti di saldatura più comuni.

La distribuzione non uniforme del flusso influisce direttamente sulla stabilità dell'intero processo di saldatura a onda.

2. Fase di preriscaldamento

Dopo l'applicazione del flussante, il PCB entra nella zona di preriscaldamento. Il preriscaldamento consente alla scheda di riscaldarsi gradualmente, attivando contemporaneamente il flussante e riducendo lo shock termico.

Intervalli di temperatura comuni nella zona di preriscaldamento

· XNUMX€  90–110°C per schede standard

· XNUMX€  115–125°C per schede multistrato

Se la scheda non viene preriscaldata o la temperatura è insufficiente, il contatto improvviso con l'onda di saldatura ad alta temperatura può causare crepe o giunti di saldatura freddi. Anche questi rientrano tra i difetti di saldatura.

3. Fase di contatto dell'onda di saldatura

Questo è il passaggio più cruciale della saldatura ad onda.

Il PCB passa sopra l'onda di saldatura fusa. Per la saldatura senza piombo, la temperatura è solitamente compresa tra 245 e 260 °C. Il tempo di contatto è generalmente controllato entro 2-4 secondi.

I parametri chiave da controllare in questa fase includono la velocità del trasportatore, l'altezza d'onda, la composizione della saldatura e la direzione di avanzamento del PCB. Se l'altezza d'onda è troppo elevata, si possono facilmente verificare ponti di saldatura, uno dei difetti di saldatura più comuni.

4. Fase di raffreddamento

Dopo il passaggio dell'onda di saldatura, il PCB deve raffreddarsi lentamente. Se il raffreddamento è troppo rapido, la scheda PCB potrebbe deformarsi o sviluppare fratture da stress; se il raffreddamento è troppo lento, la struttura del giunto di saldatura potrebbe risultare instabile. Una velocità di raffreddamento adeguata può migliorare l'affidabilità dei giunti di saldatura e ridurre i difetti di saldatura.

In breve, il processo di saldatura a onda non è complicato, ma ogni passaggio deve essere controllato attentamente; in caso contrario, si verificheranno diversi problemi.

Controllo del processo di saldatura ad onda nella produzione di massa

Nella produzione di massa, se si desidera che la saldatura a onda rimanga stabile e mantenga un elevato tasso di resa, ogni parametro deve essere ben controllato. Finché ci sono fluttuazioni nel processo, è molto facile che si verifichino vari tipi di difetti di saldatura.

Controllo della velocità del trasportatore

· XNUMX€  Velocità tipica → 1.0–1.5 m/min.

· XNUMX€  Troppo veloce → la saldatura non bagna completamente le giunzioni

· XNUMX€  Troppo lento → possono verificarsi ponti di saldatura

Gestione della densità del flusso

Il peso specifico del flusso deve essere mantenuto costante e anche il sistema di spruzzatura deve essere calibrato regolarmente. Se il flusso è troppo debole o troppo concentrato, influirà sulle prestazioni di bagnatura. Questo è uno dei difetti di saldatura più comuni.

Monitoraggio della composizione del bagno di saldatura

La composizione del crogiolo di saldatura deve essere controllata regolarmente, soprattutto per verificare la presenza di contaminanti come rame e ferro. Se la lega è contaminata, ne accelera l'ossidazione, causando diversi tipi di difetti di saldatura.

Ottimizzazione dell'altezza dell'onda e della lunghezza del contatto

L'altezza dell'onda influirà direttamente sulla qualità della giunzione di saldatura.

· XNUMX€  La profondità di immersione è solitamente controllata a 1–2 mm.

· XNUMX€  La lunghezza del contatto è solitamente di 20–40 mm.

Regolando la velocità della pompa è possibile mantenere una forma ideale durante l'intero processo di saldatura a onda.

Controllo della temperatura nella saldatura ad onda

Nella saldatura a onda il controllo della temperatura è fondamentale.

· XNUMX€  La saldatura senza piombo viene solitamente mantenuta a 250–260 °C.

· XNUMX€  Cercare di non superare i 260°C.

· XNUMX€  La zona di preriscaldamento è solitamente impostata tra 100 e 120 °C.

Un controllo inadeguato della temperatura può causare articolazioni fredde, Giunti rotti ed ossidazione eccessiva. Sono tutti difetti di saldatura comuni nella produzione di massa.

In breve, la saldatura a onda in sé non è complicata, ma il processo deve rimanere stabile per garantire una qualità costante.

Difetti comuni della saldatura ad onda e prevenzione

Articolo	Ponti di saldatura / cortocircuiti	Riempimento del foro scadente	Fori di spillo / soffiaggio	Giunto di saldatura a freddo	Cuscinetti sollevati	Sfere di saldatura
Immagini
Descrizione	La saldatura in eccesso collega i pin adiacenti	Foro passante non completamente riempito di saldatura	Piccoli fori o vuoti visibili nelle giunzioni di saldatura	Superficie opaca con scarsa resistenza meccanica	Il pad in rame si separa dal substrato del PCB	Piccole sfere di saldatura sparse sulla superficie del PCB
Cause principali	Altezza d'onda eccessiva, bassa velocità del trasportatore, piccola spaziatura dei perni, scarso controllo del flusso	Bassa temperatura di saldatura, tempo di contatto insufficiente, rapporto foro-reoforo non corretto	Umidità nel PCB, flusso eccessivo, preriscaldamento insufficiente	Bassa temperatura di saldatura, tempo di contatto insufficiente, piazzole ossidate	Surriscaldamento, stress meccanico, scarsa qualità del PCB	Flusso eccessivo, riscaldamento rapido, contaminazione
Soluzioni	Regola l'altezza dell'onda, ottimizza l'angolo del trasportatore, migliora il design del tampone	Aumentare la temperatura del crogiolo di saldatura, regolare la velocità del trasportatore, migliorare la progettazione del PCB	Cuocere il PCB prima della saldatura, ottimizzare il profilo di preriscaldamento, controllare la quantità di flusso	Aumentare la temperatura di saldatura, migliorare l'attivazione del flusso, pulire le superfici del PCB	Ridurre il tempo di permanenza, migliorare la qualità del materiale PCB	Ottimizzare la densità del flusso, migliorare la rampa di preriscaldamento
Impact	Gravi difetti nei giunti di saldatura, possono causare cortocircuiti elettrici	Difetti tipici della saldatura, compromettono la resistenza meccanica	Tipi comuni di difetti di saldatura	Difetti comuni delle giunzioni di saldatura, spesso riscontrabili in esempi di saldatura scadenti	Gravi difetti di saldatura, compromettono l'affidabilità a lungo termine	Errori comuni di saldatura, spesso causati da condizioni instabili di saldatura ad onda

Controllo di qualità dopo la saldatura ad onda

Lo scopo del controllo qualità è molto semplice: garantire che i circuiti stampati ricevuti dai clienti non presentino alcun problema di qualità.

Una volta completata la saldatura a onda, solitamente sono necessari diversi metodi di ispezione per verificare se la qualità della saldatura, i collegamenti elettrici e la funzionalità del prodotto sono normali.

Ispezione visuale

Il metodo di ispezione più fondamentale è l'ispezione visiva manuale.

L'operatore osserverà direttamente i giunti di saldatura sul PCB per verificare la presenza di evidenti tipi di difetti di saldatura, come

· XNUMX€  Ponti di saldatura

· XNUMX€  Giunti di saldatura mancanti

· XNUMX€  Giunti di saldatura incompleti

Questo metodo è semplice, ma consente di individuare rapidamente molti problemi visibili.

Ispezione ottica automatizzata, Aoi

L'AOI utilizza telecamere e sistemi di riconoscimento delle immagini per ispezionare la superficie dei PCB. È in grado di rilevare:

· XNUMX€  Se la forma del giunto di saldatura è normale

· XNUMX€  Se il posizionamento dei componenti è corretto

· XNUMX€  Se ci sono anomalie nella saldatura

Rispetto all'ispezione manuale, l'AOI è più rapida e coerente.

Ispezione a raggi X.

Per schede multistrato o PCB complessi, la sola ispezione superficiale non è sufficiente. In questo caso, verrà utilizzata l'ispezione a raggi X. Questa può rivelare le condizioni interne del giunto di saldatura, come:

· XNUMX€  Vuoti all'interno delle giunzioni di saldatura

· XNUMX€  Saldatura insufficiente

· XNUMX€  Difetti di saldatura nascosti.

Vantaggi e limiti della saldatura ad onda

Vantaggi

· XNUMX€  Alta efficienza

· XNUMX€  Produzione di massa scalabile

· XNUMX€  Giunti meccanici robusti

· XNUMX€  Economico per grandi volumi

· XNUMX€  Affidabile per gruppi ad alta potenza

Limiti

· XNUMX€  Non adatto per SMT a passo fine

· XNUMX€  Vincoli di progettazione

· XNUMX€  Limitazioni di altezza dei componenti

· XNUMX€  Problemi di shadowing

Nei casi in cui è richiesta una saldatura localizzata, la saldatura a onda selettiva può essere utilizzata come alternativa più precisa alla saldatura a onda tradizionale.

Conclusione

Per comprendere la saldatura a onda non basta conoscerne la definizione, ma, cosa ancora più importante, bisogna capire come controllare bene l'intero processo di saldatura.

Nel processo di saldatura a onda, ogni fase, dall'applicazione del flusso al raffreddamento finale, influisce sulla resa e sull'affidabilità del prodotto. Se parametri come temperatura, altezza dell'onda, velocità del trasportatore e composizione della lega saldante vengono adeguatamente controllati, è possibile ridurre molti tipi di difetti di saldatura, rendendo la produzione più stabile.

Sebbene molti prodotti SMT utilizzino ora la saldatura a riflusso, la saldatura a onda è ancora molto importante per i PCB a tecnologia mista e gli assemblaggi a foro passante. In alcuni casi, viene utilizzata anche la saldatura a onda selettiva, saldando solo nella posizione designata, una soluzione più flessibile e precisa.

La saldatura a onda rimane un processo fondamentale nell'assemblaggio di PCB per i settori che richiedono elevata affidabilità e connessioni ad alta resistenza.

Se si desidera produrre prodotti elettronici in modo stabile e affidabile su larga scala, padroneggiare la saldatura a onda è una capacità fondamentale e molto importante.