Seja você um entusiasta de eletrônica consertando placas de circuito antigas ou um engenheiro trabalhando em protótipos de última geração, a soldagem por refluxo é um processo essencial no seu kit de ferramentas. O uso de calor controlado para "refluir" a solda derretida permite a fixação precisa e simultânea de vários componentes minúsculos de montagem em superfície com eficiência incomparável.
A soldagem por refluxo revolucionou a fabricação eletrônica, permitindo a miniaturização e a complexidade que hoje consideramos naturais em nossos smartphones, laptops e inúmeros outros dispositivos. Já se foram os dias da meticulosa soldagem manual sob um microscópio. A tecnologia de ponta para montagem em superfície atual depende da capacidade do refluxo de conectar perfeitamente componentes minúsculos com apenas alguns milímetros de tamanho.
Você já se perguntou como é feita a soldagem por refluxo? Quais equipamentos são necessários? Quais processos garantem aquecimento uniforme e conexões confiáveis?
Neste guia, explicaremos tudo o que você precisa saber para usar com sucesso a soldagem por refluxo em seu trabalho.
Compreendendo a soldagem por refluxo
A soldagem por refluxo é um dos principais processos de fabricação utilizados na produção de PCBs por tecnologia de montagem em superfície (SMT). Trata-se de um procedimento para soldar componentes eletrônicos (como CIs, resistores e capacitores) às placas condutoras de uma PCB.
Na soldagem por refluxo, uma fina camada de pasta de solda é serigrafada nas pastilhas da placa de circuito impresso (PCB) com um estêncil. Essa pasta de solda contém uma mistura de esferas de solda e fluxo, que as mantém unidas. Os componentes de montagem em superfície são então alinhados nas pastilhas por meio da máquina de "pick and place". Componentes como a placa são então transportados para o forno de refluxo, onde são aquecidos sob perfis térmicos bem definidos.
Continuando, no processo de soldagem por refluxo, a temperatura aumenta constantemente dentro do forno de refluxo, passando por zonas de temperatura distintas, adaptadas para vários componentes e requisitos de soldagem. Na etapa de refluxo, a pasta de solda derrete e o fluxo auxilia no processo, removendo a oxidação das pastilhas e dos terminais dos componentes. Isso dá à solda o tempo necessário para umedecer a solda derretida sem formar pontes entre as pastilhas adjacentes. Quando a placa esfria, a solda endurece e forma uma conexão física e elétrica permanente entre os componentes e a placa de circuito impresso.
A soldagem por fusão é o método mais comum empregado na produção em massa, graças à sua alta produtividade e à alta qualidade das juntas soldadas. Este é o projeto ideal para placas SMT com encapsulamentos densos e componentes em miniatura. Os fornos com tecnologia de refluxo garantem uma distribuição de calor estável e constante para as placas grandes, evitando defeitos causados por variações de temperatura.
O controle correto dos perfis de tempo e temperatura é essencial para que as juntas de solda sejam geradas corretamente, bem como para que os componentes sensíveis à temperatura do dispositivo permaneçam intactos. É nesse sentido que a soldagem por refluxo está se tornando uma necessidade para a produção atual de eletrônicos sofisticados.
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O procedimento de soldagem por refluxo
A soldagem por refluxo envolve diversas etapas críticas de preparação e montagem para garantir o posicionamento e a colagem precisos dos componentes. Aqui está uma visão geral detalhada das etapas que você precisa seguir em uma estação de soldagem por refluxo.
1. PREPARAÇÃO
A primeira etapa é preparar a placa e os componentes para a soldagem. Isso envolve a aplicação de pasta de solda e o posicionamento dos componentes eletrônicos.
Aplicando a pasta de solda
A pasta de solda é uma mistura de pó fino de solda suspenso em um veículo de fluxo. Ela é aplicada nas bases e pontos da placa de circuito onde as juntas de solda precisam ser formadas. Um estêncil de solda com aberturas precisas é usado para que a pasta seja depositada com precisão, na quantidade e no local certos. Isso ajuda a garantir uma boa molhabilidade e adesão durante o refluxo. A maioria das linhas de montagem utiliza uma impressora de estêncil automatizada para fazer isso de forma repetitiva em altas velocidades.
O estêncil deve ser personalizado para o design específico do PCB, com aberturas que se alinhem diretamente aos locais e tamanhos das almofadas. Ele é fabricado a partir de finas folhas de aço inoxidável, latão ou materiais poliméricos, utilizando técnicas de corte a laser ou gravação para atingir a resolução e a fidelidade de impressão necessárias.
Vários fatores influenciam o processo de impressão do estêncil e a qualidade da deposição da pasta de solda:
● Design de estêncil: A espessura do estêncil, a geometria da abertura, as larguras das superfícies, as reduções e os elementos de ponte afetam a eficiência da transferência de solda e a qualidade de impressão alcançada. Estênceis mais finos permitem depósitos menores, mas são menos duráveis, enquanto estênceis mais grossos são mais robustos, mas com resolução limitada.
● Pasta de solda: A reologia, o teor de metal e a distribuição granulométrica da pasta devem ser otimizados para o processo pretendido. Pastas de alta viscosidade imprimem bem, mas descolam mal do estêncil, enquanto pastas de baixa viscosidade tendem a formar pontes entre as almofadas com mais facilidade. Escolher a pasta certa para a aplicação e o equipamento é fundamental.
● Velocidade de impressão: Mover o rodo sobre o estêncil muito rapidamente pode deixar resíduos de pasta de solda para trás ou criar um depósito irregular. Por outro lado, imprimir muito lentamente desperdiça tempo sem benefícios significativos. Equipamentos e processos são ajustados para uma faixa de velocidade ideal.
● Ângulo e pressão do rodo: O rodo deve ser ajustado no ângulo correto, normalmente entre 15 e 30 graus, e aplicar a força descendente adequada para cortar a pasta e limpar as aberturas do estêncil sem danificar as almofadas. Ângulos muito acentuados ou pressão leve resultam em impressões incompletas.
O monitoramento e o controle desses fatores resultam na aplicação consistente de volumes precisos de pasta de solda nos locais desejados da placa de circuito impresso. Isso fornece uma base ideal para a formação subsequente da junta de solda por refluxo.
Montagem dos componentes
Após a aplicação da pasta de solda, os componentes eletrônicos, como circuitos integrados, resistores e conectores, são colocados na placa. Para pequenas produções, isso é feito manualmente com pinças ou ferramentas de coleta e colocação a vácuo. Volumes maiores utilizam máquinas de colocação de montagem em superfície de alta velocidade, que podem coletar e colocar milhares de componentes rapidamente.
Cabeçotes de coleta de contato de alta velocidade dependem de vácuo ou ação capilar para fixar componentes com segurança e sem danos. Máquinas de solda por refluxo modernas podem posicionar milhares de peças por hora com precisão de posicionamento de +/- 50 mícrons ou superior.
O reconhecimento e a orientação dos componentes são etapas iniciais cruciais. A maioria das máquinas utiliza sistemas de visão aérea e arquivos de dados de componentes para escanear, identificar e girar corretamente as peças para um posicionamento ideal na placa. Quaisquer componentes mal posicionados podem causar defeitos ou redução de rendimento.
Os principais fatores que contribuem para a eficiência e precisão do processo de coleta e colocação incluem:
● Velocidade de posicionamento: Equipamentos modernos são capazes de atingir velocidades acima de 200,000 cph para componentes pequenos, maximizando a produtividade. No entanto, a velocidade deve ser equilibrada com as exigências de precisão.
● Precisão e repetibilidade da máquina: A variabilidade de posicionamento (3 sigma) de menos de 50 mícrons lateral e verticalmente permite tolerâncias de fabricação rigorosas e retrabalho mínimo. A precisão é mantida em toda a gama de componentes e no envelope operacional.
● Capacidade do alimentador e tempo de troca: Alimentadores de fita e bobina ou a granel de alta capacidade otimizam o tempo de execução antes que seja necessário reabastecimento. Trocas rápidas e simples do alimentador, quando necessário, minimizam o tempo de inatividade gasto no carregamento de novas peças.
Os componentes se autoalinham na pasta de solda úmida à medida que são pressionados suavemente no lugar. Por fim, quaisquer componentes com furo passante, como conectores, são inseridos manualmente e seus fios são soldados no lado oposto.
2. Estágio de soldagem por refluxo
Agora é hora da mágica da soldagem por refluxo acontecer. A placa preparada entra no forno de refluxo para aquecimento preciso. Durante essa etapa, ocorrem dois processos.
Processo de Forno de Refluxo
As placas de circuito são transportadas para o forno de refluxo por uma correia ou transportador de aço inoxidável. Lá dentro, elas passam por diversas zonas aquecidas, incluindo fontes de calor superiores e inferiores. Lâmpadas infravermelhas, jatos de ar quente e superfícies aquecidas trabalham em conjunto para aplicar a quantidade e a distribuição exatas de calor. A temperatura é cuidadosamente monitorada e controlada por termopares, garantindo que cada placa apresente o mesmo perfil térmico.
Derretendo a pasta de solda
À medida que a placa no transportador de solda por refluxo aquece de acordo com o perfil térmico, A pasta de solda atinge gradualmente seu ponto de fusão. Os ativadores de fluxo liberam gases que ajudam a remover os óxidos dos terminais dos componentes e das superfícies da placa.
A soldagem por refluxo permite que a solda derretida molhe essas superfícies metálicas limpas, formando uma ligação metalúrgica quando resfriada. Tudo isso ocorre perfeitamente em poucos minutos no forno de refluxo. unindo permanentemente os componentes em seus devidos lugares. Os filtros de exaustão do forno capturam qualquer fumaça ou vapor gerado durante o processo.
O resultado são juntas de solda duráveis e de alta qualidade que proporcionam montagem mecânica e conexões elétricas. Componentes de montagem em superfície, com suas minúsculas larguras de terminação, são montados de forma confiável dessa forma.
3. Controle de Temperatura
Uma parte fundamental da soldagem por refluxo é o gerenciamento preciso do aumento de temperatura. Danos aos componentes devem ser evitados, garantindo ao mesmo tempo condições ideais de soldagem.
Método de aquecimento gradual
As placas entram no forno de solda por refluxo à temperatura ambiente e são aquecidas lentamente por meio de múltiplas zonas térmicas. Aquecedores infravermelhos e jatos de ar aquecem a placa e os componentes gradualmente por todos os lados. Isso evita tensões mecânicas induzidas termicamente. Uma taxa de rampa suave de cerca de 1 a 3 °C/segundo é típica.
Atendendo aos requisitos térmicos
Cada componente possui uma classificação de temperatura máxima que não deve ser excedida. Peças mais sensíveis ao calor, como osciladores, filtros de cristal e sensores, exigem temperaturas ainda mais baixas. O perfil de refluxo segue rigorosamente os requisitos térmicos do componente mais sensível à temperatura utilizado. Vários termopares medem e controlam com precisão a temperatura em diferentes pontos, garantindo um aquecimento uniforme e seguro.
4. Estágios de aquecimento
A maioria dos perfis de refluxo envolve quatro estágios distintos de aquecimento para preparar, ativar e, finalmente, derreter a solda. Estas são as diferentes etapas envolvidas.
Rampa para a zona de imersão
A rampa para a zona de imersão é o estágio inicial de aquecimento na soldagem por refluxo. Nesta etapa, a temperatura do conjunto da placa de circuito impresso é aumentada gradualmente de forma controlada. A taxa de rampa, que é a taxa de aumento de temperatura, normalmente fica entre 1 e 5 °C/segundo. Uma taxa de rampa mais lenta ajuda a garantir um aquecimento uniforme e consistente de toda a placa e seus componentes, evitando problemas como tensões térmicas.
À medida que a temperatura começa a subir durante a rampa de soldagem, os compostos orgânicos voláteis (COVs) presentes na pasta de solda começam a evaporar. As pastas de solda contêm solventes que mantêm o pó de solda em uma forma viscosa e pastosa, adequada para impressão ou aplicação. Esses solventes precisam evaporar completamente antes do refluxo para formar uma junta de qualidade. Se algum solvente permanecer na junta, pode causar defeitos como formação de bolas de solda ou vazios na junta.
Zona de imersão térmica
O objetivo da zona de imersão é levar todo o conjunto a uma temperatura de pré-aquecimento consistente antes de prosseguir para a próxima etapa. A faixa típica de temperatura de pré-aquecimento é de 150 a 160 °C para a maioria das ligas. Manter essa temperatura por 1 a 3 minutos permite a evaporação completa do solvente residual e previne defeitos causados pelo aquecimento irregular dos componentes. Ela também pré-aquece o conjunto para facilitar o aquecimento rápido e uniforme nas etapas subsequentes.
Controlar a temperatura e a duração com precisão é fundamental. Temperaturas muito altas ou períodos de imersão longos podem causar defeitos como fragilização das juntas ou danificar componentes que só suportam temperaturas mais baixas. Temperaturas muito baixas/curtas podem fazer com que os solventes fiquem presos. A definição adequada do perfil é determinada com base na pasta de solda e no conjunto específicos.
Zona de refluxo
A zona de refluxo é a fase primária onde a solda é derretida. Nesta zona, a temperatura é elevada em relação aos estágios anteriores para ultrapassar a temperatura de liquidus da solda.
A temperatura de liquidus é o ponto em que a solda começa a derreter, normalmente 30-50 °C abaixo do ponto de fusão. A maioria das soldas de ligas de Sn-Pb e Sn-Ag-Cu tem pontos de liquidus entre 180-200 °C.
A temperatura de pico é a máxima suportada durante o refluxo. Para soldas com chumbo, ela é tipicamente 20-40 °C mais alta que a do liquidus. Soldas sem chumbo requerem picos mais altos, de 5-10 °C, acima de seus pontos de fusão significativamente mais altos.
Manter o pico brevemente garante a molhagem completa e o fluxo da solda derretida antes do resfriamento. O tempo de pico ideal é normalmente de 15 a 60 segundos, dependendo do tamanho do conjunto, da densidade e da liga utilizada. Se o tempo for muito curto, a solda pode não derreter e fluir completamente, enquanto se for muito longo, corre-se o risco de danificar os componentes por superaquecimento.
Durante o refluxo, a solda derretida molha e flui ao redor dos terminais do componente, unindo-os firmemente às placas de circuito impresso abaixo. Simultaneamente, a ativação do fluxo ajuda a remover qualquer oxidação, garantindo juntas limpas e sem espaços vazios. O controle preciso da temperatura e os perfis são vitais para a molhagem ideal da solda e o fluxo sem danos.
Zona de Resfriamento
Após a temperatura máxima se manter, o conjunto entra na zona de resfriamento. Nesta fase final, o resfriamento controlado reduz a temperatura de forma controlada. A taxa de resfriamento é tão importante quanto a taxa de aquecimento para afetar a qualidade da junta.
O resfriamento gradual previne defeitos causados por choque térmico rápido, como trincas internas em juntas ou em componentes. A taxa de resfriamento ideal é normalmente de 1.5 a 6 °C/segundo, dependendo do tamanho do conjunto e das características da liga. Taxas mais lentas permitem uma microestrutura de junta mais fina, proporcionando melhor integridade mecânica.
A rampa de temperatura da zona de resfriamento continua até que a temperatura ambiente da montagem seja atingida, geralmente abaixo de 100 °C. Nesse ponto, o ciclo de refluxo é concluído e o tratamento térmico das juntas de solda é concluído. Elas devem ser capazes de suportar tensões operacionais normais e cargas de ciclos térmicos.
Vantagens da soldagem por refluxo
A soldagem por refluxo oferece muitas vantagens em relação a outros métodos de soldagem. As principais vantagens da soldagem por refluxo incluem:
Automação e ConsistênciaA soldagem por refluxo é um processo totalmente automatizado que permite posicionar e soldar componentes de montagem em superfície em uma placa de circuito impresso de forma consistente. Esse alto nível de automação e consistência reduz defeitos e melhora a produtividade. A repetibilidade do processo garante a qualidade e a confiabilidade das juntas de solda.
Densidade e Miniaturização:A tecnologia de montagem em superfície permite placas de circuito de maior densidade, permitindo componentes menores e espaçamento mais estreito entre eles. A soldagem por refluxo é necessária para posicionar e soldar esses componentes de passo ultrafino. Essa densidade e miniaturização permitiram reduções significativas no tamanho dos componentes eletrônicos nas últimas décadas.
Produção em massa: A natureza automatizada da soldagem por refluxo a torna ideal para aplicações de produção em massa e alto volume. Um único forno de refluxo pode processar dezenas ou até centenas de placas de circuito por hora. Essa alta produtividade permite a produção econômica de componentes eletrônicos em grandes quantidades. O processo automatizado também exige menos mão de obra do que a soldagem manual.
Baixo estresse térmico: Durante a soldagem por refluxo, os componentes são fixados à placa antes do aquecimento. Isso permite que todas as peças sejam aquecidas e resfriadas de forma gradual e uniforme. Em contraste, a soldagem manual corre o risco de aplicar calor localizado repetidamente aos componentes, o que pode causar fadiga térmica e potencial falha ao longo do tempo. A soldagem por refluxo induz menos estresse térmico nos componentes e conectores.
Controle e Otimização de Processos: Os fornos de refluxo modernos proporcionam controle preciso sobre o perfil de temperatura ao qual os componentes são submetidos. A capacidade de controlar cuidadosamente a velocidade do transportador, as temperaturas da zona de aquecimento, as taxas de resfriamento e muito mais permite que o processo seja otimizado para diferentes designs de placas e combinações de componentes. O ajuste do processo pode garantir que os defeitos sejam minimizados de forma econômica.
Soldagem por refluxo vs. soldagem por onda: uma comparação
Na montagem de placas de circuitos eletrônicos, os dois principais processos utilizados historicamente foram a soldagem por refluxo e a soldagem por onda. Aqui está uma comparação dessas técnicas em vários aspectos importantes para analisar suas diferenças e sua adequação a diversas aplicações.
Soldagem por refluxo vs. soldagem por onda
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Aspecto
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Soldadura por refluxo
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Soldadura em onda
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Extração
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Os componentes são pré-colocados na placa de circuito impresso (PCB). A placa então passa por um forno de convecção ou infravermelho para derreter a solda.
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Os componentes são pré-colocados na placa de circuito impresso (PCB). A placa preenchida passa por uma onda de solda derretida, onde a solda é depositada em todos os contatos de uma só vez.
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Densidade
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Pode lidar com placas de alta densidade de componentes com componentes de passo fino e múltiplas camadas.
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Funciona melhor com placas de baixa a média densidade, apenas com componentes through-hole. Não é adequado para montagens fine pitch ou BGA.
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Componentes
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Adequado para furos passantes e de superfície montar componentes incluam Pacotes BGA, CSP e 01005.
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Funciona apenas com componentes through-hole. Não é compatível com peças modernas de montagem em superfície ou miniaturizadas.
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Limpeza
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Processo muito limpo, com menos escória, menos pontes e curtos-circuitos.
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Maior probabilidade de pontes de solda e curtos-circuitos devido à forma como a solda é depositada por onda. Maior chance de contaminantes na solda.
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Flexibilidade
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Flexível e capaz de processar facilmente uma variedade de tamanhos e espessuras de placas. Várias placas podem ser processadas simultaneamente.
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Processo menos flexível. Requer ajustes de ferramentas para diferentes tamanhos de placa. Processa apenas uma placa por vez.
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Custo capital
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Custos iniciais mais altos para fornos de refluxo e equipamentos.
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Custos de capital mais baixos para equipamentos de solda por onda, que são menos complexos.
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Controlar
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Altamente controlável e repetível. O controle rigoroso sobre o perfilamento e o resfriamento garante juntas de solda consistentes.
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Menor controle sobre as juntas finais devido à natureza do processo de imersão. Resultados mais variáveis.
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A soldagem por refluxo tornou-se o processo dominante na montagem eletrônica atualmente devido à sua flexibilidade no manuseio de componentes de montagem em superfície miniaturizados e de alta densidade. O processo é extremamente limpo, com perfis de aquecimento e resfriamento controlados, garantindo juntas de solda consistentes e de alta qualidade, mesmo em placas multicamadas complexas.
No entanto, os custos iniciais dos fornos de refluxo e equipamentos de inspeção são mais elevados. A soldagem por onda continua adequada apenas para projetos de furo passante de menor densidade e oferece um investimento de capital mais baixo, embora com menos controle e mais defeitos potenciais na soldagem em comparação com o refluxo.
Enfrentando desafios e soluções no processo de refluxo
Embora a soldagem por refluxo ofereça grandes vantagens na fabricação de eletrônicos, ela também apresenta alguns desafios que podem comprometer a qualidade se não forem abordados adequadamente.
Aqui estão vários problemas comuns encontrados durante o refluxo e contramedidas adequadas para garantir um processo robusto.
Formação de cordão de solda
A formação de cordões de solda, também chamada de respingos ou splattering, refere-se à dispersão indesejada de pequenas esferas e gotículas de solda pela placa de circuito impresso (PCB) durante o refluxo. Existem algumas causas principais para esse defeito.
Primeiro, volumes excessivos de pasta de solda podem levar ao transbordamento durante a fusão, fazendo com que a solda se solte dos componentes e forme cordões. A impressão inadequada do estêncil com aberturas inconsistentes ou superdimensionadas também pode depositar pasta em excesso. Além disso, um perfil de refluxo excessivamente agressivo com uma elevação muito acentuada da temperatura de pico pode causar uma explosão rápida da pasta de solda.
Para combater a formação de cordões de solda, é fundamental otimizar o design do estêncil e a impressão da pasta de solda. Garantir uma deposição uniforme e controlada minimiza o excesso de pasta. O perfil de refluxo deve, então, proporcionar uma taxa de subida suave para evitar o choque da pasta. Um tempo de imersão mais longo, logo abaixo do ponto de fusão, permite que qualquer desgaseificação ocorra gradualmente.
Algumas pastas de solda também contêm aditivos que reduzem respingos por meio da liberação controlada de gases. A limpeza regular do estêncil evita o acúmulo de resíduos que poderia prejudicar a liberação da pasta. Com o ajuste adequado do processo, a formação de cordões de solda durante o refluxo pode ser minimizada.
Tombstoning de componentes
O tombstoning ocorre quando um componente de montagem em superfície se desprende da placa de circuito impresso (PCB) durante o refluxo devido a forças de molhagem desiguais. As razões para o molhamento desigual incluem componentes desalinhados ou inclinados, metalização não uniforme da placa e geometrias assimétricas de peças/placas, que proporcionam mais áreas soldáveis em um dos lados. A pasta abaixo é então atraída pela tensão superficial.
Para combater o tombstoning, primeiro garanta o posicionamento preciso e repetível de componentes simétricos em bases de acoplamento bem projetadas. Ajustar as dimensões das bases ou adicionar bases de canto pode promover uma soldagem balanceada onde necessário. Pastas de piche mais finas proporcionam fluxos mais controlados em comparação com variantes mais grossas. Fluxos sem limpeza e com baixo teor de resíduos cuidadosamente formulados maximizam a molhabilidade também em superfícies desafiadoras.
Um perfil de refluxo preciso com longa permanência térmica próxima ao ponto de fusão da solda também auxilia; isso permite que qualquer inclinação parcial se autocorrija antes da solidificação. A inspeção pós-refluxo detecta marcas residuais para retrabalho. Com essas medidas combinadas, os defeitos de elevação de componentes podem ser efetivamente mitigados.
Soldas faltando
Uma junta de solda que parece parcial ou completamente ausente após o refluxo indica uma conexão perdida. Fatores contribuintes comuns são deposição insuficiente de pasta de solda ou problemas de soldabilidade. No primeiro caso, as razões envolvem uma abertura do estêncil mal preenchida ou desalinhada, reservatórios de pasta de solda esgotados durante longas tiragens ou rodos de borracha de impressão desgastados/danificados.
As soluções aqui envolvem práticas cuidadosas de gerenciamento do estêncil e da pasta de solda. A manutenção regular da impressora/estêncil e o controle meticuloso dos parâmetros de impressão garantem uma transferência consistente de volumes de solda para as almofadas de forma aceitável. Também ajuda a selecionar pastas adequadas para intervalos de impressão mais longos entre recargas/limpezas.
Quanto aos problemas de soldabilidade, as soluções comuns envolvem a limpeza de resíduos de fluxo ou contaminantes da placa, a melhoria da qualidade/cobertura do revestimento e a aplicação de tempos de permanência de perfil otimizados em faixas críticas de fusão. Muitas vezes, a causa raiz decorre da combinação de diversas variáveis secundárias; sua otimização cria um processo de soldagem robusto e "à prova de falhas".
Solda em bolas/respingos
Assim como os cordões de solda, as esferas de solda são aglomerados indesejáveis que se formam durante o refluxo, em vez de se molharem adequadamente. O desequilíbrio químico do fluxo causa isso principalmente quando tipos excessivamente ativos liberam gases em excesso ao serem aquecidos. Outros fatores contribuintes são pasta de solda contaminada/oxidada ou superfícies de componentes/placas sem tratamento adequado de molhabilidade.
Uma boa gestão do fluxo desempenha um papel fundamental nas soluções. A seleção cuidadosa de um tipo com atividade controlada e ótima aderência para a liga de solda minimiza os problemas de liberação de gases. A limpeza completa remove resíduos que podem prejudicar as reações de molhagem. Garantir o frescor da pasta de solda por meio do armazenamento e uso controlados também previne o acúmulo de oxidação. Perfis de aquecimento suave proporcionam um escape gradual de gás para inibir respingos/respingos.
Por fim, a confirmação do acabamento superficial ideal nos terminais da placa e nos terminais dos componentes promove a umectação confiável da solda em todas as ocasiões. Com pequenos ajustes nos consumíveis e ajustes no processo, os defeitos na esfera de solda podem ser amplamente superados.
Queima de componentes/deformação
O superaquecimento localizado de componentes durante o pico de temperatura do reflow é uma causa potencial para derretimento/queima de embalagens plásticas sensíveis ou marcações impressas. Os motivos típicos são aquecimento irregular da placa, circulação/convecção de ar insuficiente e calibração imprecisa da zona do forno de reflow. A falha em pré-aquecer adequadamente antes do pico também pode causar tensões térmicas chocantes.
Um perfil de refluxo bem projetado e um forno de alta qualidade são essenciais para a prevenção. O pré-aquecimento suficiente eleva todos os materiais de montagem à temperatura desejada de forma controlada. Rampas de temperatura suaves e um sistema de perfilagem garantem uniformidade térmica ideal em todas as zonas, proporcionando um tratamento térmico distribuído e consistente.
Sempre que possível, os componentes mais vulneráveis à distorção ou descoloração podem ter sua orientação otimizada para aquecer de forma mais gradual. A atenção à manutenção do forno torradeira de solda por refluxo e a verificação periódica do perfil também validam o desempenho da zona ao longo do tempo. Essas medidas ajudam a eliminar pontos quentes/frios, protegendo os componentes contra riscos de refluxo.
Fluxo de solda insuficiente/incompleto
Quando a solda derretida não flui adequadamente e molha as almofadas/terminações de uma junta durante o refluxo, ocorre uma soldagem incompleta. As causas comuns são deposição inadequada de pasta de solda, problemas de atividade de fluxo, geometrias de componentes/almofadas que inibem o fluxo e perfis de temperatura não ideais.
As melhores práticas aqui envolvem o uso de impressão em estêncil bem projetada e ajustada com precisão, otimizada para cada aplicação e tipo de pasta. Formulações de fluxo com propriedades adequadas de limpeza de superfície promovem uma ligação metalúrgica adequada. Os recursos de autoalinhamento dos componentes auxiliam na autocentralização nas almofadas para ângulos uniformes de umedecimento da solda.
Os perfis de refluxo proporcionam absorção de calor adequada acima das temperaturas de fusão da solda, com tempos de transferência de calor/massa adequadamente longos para cura completa. Em alguns casos, adições de pasta, como agentes de pegajosidade, podem melhorar o espalhamento e a ancoragem, evitando curtos-circuitos. De modo geral, a atenção a todas as variáveis relacionadas ao refluxo ajuda a garantir a formação de juntas de solda robustas e sem problemas em todas as ocasiões.
Inspeção e Garantia de Qualidade em Soldagem por Refluxo
A inspeção de qualidade é uma etapa crucial em qualquer processo de soldagem por refluxo para garantir que as juntas de solda atendam às especificações e que os conjuntos eletrônicos estejam livres de defeitos. Ao implementar protocolos completos de inspeção e garantia de qualidade, os fabricantes podem identificar problemas potenciais precocemente, impulsionar melhorias no processo e ajudar a reduzir os custos associados a retrabalho e falhas de componentes.
Aqui estão várias técnicas de inspeção usadas na soldagem por refluxo e estratégias para estabelecer um programa eficaz de garantia de qualidade.
Inspeção visual
A inspeção visual é normalmente a primeira etapa do controle de qualidade em qualquer processo de soldagem por refluxo. Os operadores examinam cuidadosamente as juntas de solda e as áreas adjacentes sob lupa para identificar defeitos comuns, como pontes de solda, solda insuficiente, componentes desalinhados, entre outros. A inspeção manual permite o julgamento humano, mas pode ser demorada e subjetiva.
Muitas empresas complementam a inspeção manual com sistemas de inspeção óptica automatizada (AOI). A AOI utiliza câmeras de alta resolução e software para capturar e analisar imagens de juntas de solda. O software compara as juntas aos critérios de projeto para encontrar anomalias.
Os sistemas AOI normalmente consistem em várias partes principais, incluindo as seguintes;
Câmeras de alta resolução: Os sistemas de inspeção óptica utilizam uma ou mais câmeras para capturar imagens em close-up da placa de circuito impresso (PCB). Diferentes ângulos podem ser escolhidos para o posicionamento da câmera, dependendo da configuração do sistema. A placa pode ser visualizada de diversas perspectivas, aumentando assim as chances de encontrar defeitos.
Iluminação: Iluminação consistente e estável é uma das principais condições para a captura correta de imagens. Por exemplo, os sistemas AOI podem ser baseados em diversas fontes de luz com diferentes comprimentos de onda e ângulos, que criam o contraste necessário e minimizam as sombras.
Software de processamento de imagem: O software trabalha com as imagens capturadas, comparando-as com imagens de referência ou dados de projeto para verificar defeitos. Os sistemas AOI mais recentes são baseados em algoritmos de aprendizado de máquina, que ajudam a tornar o processo de inspeção mais preciso e permitem a adaptação às variações na aparência dos componentes e à qualidade das juntas de solda.
A AOI melhora a velocidade, a precisão e a repetibilidade em relação à inspeção manual. No entanto, assim como o olho humano, a AOI não consegue ver o interior dos componentes nem inspecionar juntas ocultas.
Os defeitos identificados durante a inspeção visual podem incluir:
● Pontes de solda: Conexões não intencionais entre juntas
● Solda insuficiente/excessiva: juntas fracas ou em curto-circuito
● Desalinhamento de componentes: conexões elétricas deficientes
● Componentes ausentes/incorretos: Possíveis problemas de funcionalidade
Inspeção por Raios-X
A inspeção por raios X complementa as técnicas visuais, permitindo a inspeção de juntas de solda ocultas sob encapsulamentos BGA e QFP. Um sistema de raios X passa feixes através dos componentes para gerar imagens radiográficas das juntas de solda internas. Inspetores ou softwares então analisam as imagens em busca de vazios, rachaduras, pontes e outros defeitos não visíveis externamente.
Embora potentes, os raios X também apresentam limitações. Podem ocorrer falsos positivos e diferenciar materiais de densidade semelhante, como solda e fluxo, pode ser desafiador. Correlacionar os resultados dos raios X com outras técnicas ajuda a minimizar erros de interpretação. Os raios X também expõem os operadores à radiação, exigindo protocolos de segurança adequados.
Defeitos típicos identificados incluem:
● Vazios - Bolsas de ar enfraquecendo a integridade da articulação
● Ponte sob os componentes
● Solda insuficiente/excessiva sob os dispositivos
Inspeção de corte
Para embalagens excepcionalmente densas, os fabricantes podem realizar uma inspeção por corte. Uma amostra de componentes é seccionada usando técnicas como a fresagem por feixe de íons focalizado. Isso expõe as juntas internas para exame em microscópio óptico ou eletrônico de varredura de alta ampliação. O corte é altamente eficaz, mas destrutivo, portanto, apenas uma amostra recebe esse tratamento.
Teste funcional
Além da inspeção física, os testes funcionais avaliam conjuntos quanto a defeitos elétricos. Métodos como testes em circuito, testes de sonda voadora e testes funcionais ajudam a identificar falhas como juntas intermitentes ou defeitos de solda fria que não apresentam anomalias visuais. Os fabricantes devem equilibrar os testes físicos e funcionais com base nas tolerâncias e capacidades de teste exclusivas de seus produtos.
Programa de garantia de qualidade
Para maximizar a eficácia da inspeção, as empresas integram as atividades de inspeção a um programa abrangente de garantia da qualidade. Os principais elementos desse programa incluem:
● Estabelecer critérios de aceitação para testes visuais, de raios X e funcionais com base nos requisitos do produto e nos padrões da indústria.
● Desenvolver planos de amostragem para inspecionar produtos estatisticamente, minimizando custos. Técnicas destrutivas amostram apenas uma porcentagem.
● Criação de documentos de inspeção e listas de verificação para padronizar as inspeções e permitir o rastreamento de aprovação/reprovação.
● Treinamento de operadores em procedimentos de inspeção, critérios de aceitação e reconhecimento de defeitos. A certificação formal garante precisão consistente.
● Calibrar ferramentas de inspeção conforme o cronograma e caso as especificações do sistema sejam alteradas. A calibração mantém a confiabilidade do teste ao longo do tempo.
● Investigar falhas em retornos de campo para aprimorar os critérios de inspeção. O feedback leva à melhoria contínua.
● Implementar controle estatístico de processo para monitorar a qualidade do refluxo ao longo do tempo e detectar mudanças antes que falhas extensas ocorram.
Um programa de garantia de qualidade bem elaborado, coordenado entre inspeção, montagem e testes, estabelece responsabilidades e impulsiona a melhoria contínua dos processos. Técnicas de inspeção confiáveis e critérios claros de aprovação/reprovação proporcionam aos fabricantes confiança contínua na qualidade de sua soldagem e na confiabilidade do produto.
Resumo e conclusão
O processo de soldagem por refluxo mudou radicalmente a forma de montar placas de circuito devido aos seus atributos únicos de eficiência, precisão e confiabilidade. Através do uso de controle preciso de temperatura, tempos de permanência e velocidades de transporte, os fabricantes podem alcançar altos rendimentos e densidades em suas linhas SMT. Quanto menores os componentes forem reduzidos e quanto mais novas variantes, como BGAs, forem introduzidas, a soldagem por refluxo sempre será o pilar da indústria eletrônica.
Embora a soldagem por refluxo na China possa parecer complicada, os engenheiros da PCBasic dominam completamente o processo em milhares de execuções de produção. Com a implementação do nosso sistema MES, controlamos cada variável que pode ser um fator de estresse nos projetos mais complexos.
Deixe que nossos especialistas da PCBasic cuidem do refluxo do seu próximo protótipo ou projeto de produção em pequena escala. Entre em contato conosco hoje mesmo para obter mais informações sobre como iniciar seu próximo produto eletrônico com nosso serviço de soldagem em forno de refluxo no atacado.
Perguntas Frequentes (FAQs)
O que é soldagem por refluxo?
A soldagem por refluxo é um processo em que a pasta de solda é aplicada a placas de circuito impresso usando um estêncil ou serigrafia. As placas são então aquecidas para derreter a solda e formar conexões elétricas entre os componentes e a placa. É comumente usada em componentes de tecnologia de montagem em superfície (SMT), cujos terminais são colocados diretamente na superfície das placas de circuito impresso. A soldagem por refluxo permite um encapsulamento com densidade muito maior em comparação com componentes through-hole.
Como funciona a soldagem por refluxo?
Na soldagem por refluxo, a pasta de solda é aplicada primeiramente a uma placa de circuito impresso usando uma tela ou estêncil. Isso garante que a pasta seja depositada nos locais corretos. Os componentes são então colocados sobre a pasta. A placa passa então por um forno ou câmara que a expõe a um calor cuidadosamente controlado. À medida que a placa aquece, a pasta de solda passa primeiro por uma etapa de "refluxo", onde derrete e forma as conexões preliminares. Uma vez resfriada, juntas de solda resistentes são formadas entre os componentes e a placa. O resfriamento adequado é importante para evitar defeitos. As placas finalizadas passam então por verificações de qualidade.
Qual equipamento é usado para soldagem por refluxo?
Existem alguns tipos principais de equipamentos utilizados: fornos de refluxo, fornos de refluxo por convecção e sistemas de solda por refluxo em linha. Os fornos de refluxo proporcionam exposição controlada ao calor, mas exigem o carregamento/descarregamento de cada placa. Os fornos de convecção oferecem uma correia transportadora contínua para produção em larga escala. Os sistemas em linha integram posicionamento de componentes, soldagem, inspeção e muito mais para linhas de montagem totalmente automatizadas. Aquecedores de quartzo/infravermelho e ar quente são métodos de aquecimento comuns. O perfil e o monitoramento de temperatura garantem resultados consistentes. A escolha do equipamento certo depende das suas necessidades e do seu volume de produção.
Quais são alguns tipos comuns de perfis de refluxo?
Os tipos de perfil mais básicos são: estágio único (pico único simplificado), dois estágios (pré-aquecimento menor e pico de refluxo maior) e múltiplos estágios (múltiplos estágios de pré-aquecimento e refluxo). Os principais estágios são pré-aquecimento, imersão, refluxo e resfriamento. Variáveis como temperatura de pico, tempo acima do liquidus, taxas de rampa e rampas de resfriamento são diferentes. O nitrogênio é frequentemente usado para resfriamento mais rápido. A escolha de um perfil depende de fatores como tamanho/densidade dos componentes, tipo de pasta de solda e montagem da placa. Perfis padrão de fabricantes de solda são um bom ponto de partida, mas pode ser necessária otimização.
Quais são algumas dicas para o sucesso da soldagem por refluxo?
Aqui estão algumas dicas para ajudar a garantir resultados bem-sucedidos na soldagem por refluxo: use a pasta de solda correta para o seu processo, limpe bem as placas de circuito antes da montagem, evite deixar componentes parcialmente soldados, permita tempos de pré-aquecimento/retenção adequados, controle e monitore as temperaturas de perto, minimize a exposição ao ar durante o refluxo, permita ciclos completos de resfriamento, realize inspeções de juntas de solda e de fabricação e mantenha o equipamento em boas condições. Técnica adequada, validação de configurações e verificações de qualidade podem maximizar os rendimentos e ajudar a solucionar quaisquer problemas que possam surgir.
