Um guia completo sobre o processo e as técnicas de soldagem por refluxo.

Na fabricação eletrônica moderna, a soldagem por refluxo é o principal método de soldagem para montagem de componentes de superfície em placas de circuito impresso (PCBs). Seja para prototipagem ou produção em massa, a qualidade da soldagem por refluxo afetará diretamente a confiabilidade, o desempenho e a vida útil do produto.

Em termos simples, o processo de soldagem por refluxo é o seguinte: primeiro, a pasta de solda é aplicada nas ilhas de solda da placa de circuito impresso (PCB); em seguida, os componentes são colocados sobre a pasta de solda; depois disso, a placa de circuito passa por um forno de refluxo aquecido. Quando a temperatura sobe, a pasta de solda derrete e fixa firmemente os componentes à PCB, formando conexões elétricas e mecânicas estáveis.

Embora o princípio de funcionamento da soldagem por refluxo não seja complicado, muitos fatores influenciam os resultados da soldagem por refluxo na produção real, como o tipo de pasta de solda, o design do estêncil, a estrutura das ilhas de solda e o controle crucial do perfil e da temperatura de refluxo.

Este artigo combina o conteúdo de diversos recursos técnicos e explica o que é soldagem por refluxo de uma forma mais simples e clara, como o processo de soldagem por refluxo é realizado passo a passo, como selecionar a máquina de soldagem por refluxo adequada, como configurar um perfil de refluxo estável e como reduzir defeitos comuns de soldagem na produção.

O que é solda por refluxo?

O que é soldagem por refluxo? Em termos simples, a soldagem por refluxo é um método de soldar componentes SMT em uma placa de circuito impresso por meio de aquecimento.

O processo básico é o seguinte: primeiro, aplica-se pasta de solda (composta por pó de solda e fluxo) nas ilhas de solda da placa de circuito impresso (PCB) e, em seguida, posicionam-se os componentes nos locais correspondentes. Depois disso, a placa de circuito entra no forno de refluxo aquecido. Quando a temperatura sobe, a pasta de solda derrete e flui, cobrindo as ilhas de solda e os terminais dos componentes. Quando a temperatura cai, a solda esfria e solidifica, formando uma junta de solda forte.

Existem vários motivos pelos quais a soldagem por refluxo é amplamente utilizada:

.  Ela consegue soldar vários componentes simultaneamente, com alta eficiência e resultados de produção estáveis.

.  É adequado para PCBs de alta densidade, como os utilizados em telefones celulares, computadores, eletrônicos automotivos e dispositivos IoT.

.  É muito fácil de usar com linhas de produção SMT automatizadas, como impressão de estêncil, pick-and-place e forno de refluxo.

Vale ressaltar que a soldagem por refluxo e a soldagem por onda não são o mesmo processo. De modo geral, a soldagem por onda é usada principalmente para a soldagem de componentes de furo passante (THT), enquanto a soldagem por refluxo é normalmente usada para componentes SMT.

Visão geral do processo de soldagem por refluxo 

Um processo de soldagem por refluxo estável depende do controle consistente de cada etapa anterior. Um bom efeito de refluxo da solda é alcançado por meio de procedimentos de produção padronizados e controle de processo.

Em uma linha de produção SMT típica, a soldagem por refluxo geralmente é realizada nas seguintes etapas:

.  Preparação e limpeza de placas de circuito impresso

.  Impressão com pasta de solda (geralmente por estêncil)

.  Posicionamento de componentes (pick-and-place)

.  Aquecimento em forno de refluxo

.  Resfriamento, processo em que a solda se solidifica e forma as juntas de solda.

.  Inspeção e controle de qualidade

Preparação e limpeza de placas de circuito impresso

Antes da soldagem por refluxo, a superfície da placa de circuito impresso (PCI) deve estar limpa. Se houver contaminação na PCI, problemas como soldas frias, circuitos abertos ou soldas incompletas podem ocorrer após o refluxo.

Os métodos comuns de limpeza de PCBs incluem:

• Limpeza ultrassônica – Adequado para remover contaminação persistente

• Limpeza aquosa – utiliza soluções de limpeza à base de água

• Limpeza com solvente – Utiliza solventes químicos para remover óleo ou resíduos.

A escolha do método de limpeza depende do tipo de contaminação, dos materiais da placa de circuito impresso (PCB) e dos requisitos ambientais.

Aplicação de pasta de solda

Na maioria das linhas de produção de soldagem por refluxo, a pasta de solda é impressa nas ilhas da placa de circuito impresso usando um estêncil. Um estêncil bem projetado pode controlar eficazmente o volume de pasta de solda, reduzindo assim o problema de pontes de solda ou quantidade insuficiente de solda.

Os principais fatores que afetam a qualidade da impressão da pasta de solda incluem os três principais a seguir:

• Espessura do estêncil e projeto da abertura, que determinam a quantidade de pasta de solda impressa nos pads.

• Pressão, velocidade e ângulo do rodo, que afetam a capacidade da pasta de solda ser transferida uniformemente para a placa de circuito impresso.

• Propriedades da pasta de solda (como viscosidade e comportamento de fluxo) e as condições de armazenamento afetarão a estabilidade da impressão.

Posicionamento de componentes / Seleção e colocação

Durante a etapa de colocação, os componentes devem ser posicionados com precisão sobre a pasta de solda. Se o componente não for posicionado corretamente, a distribuição da solda será irregular durante a refusão, o que pode afetar a qualidade da soldagem.

Caso ocorram problemas com o posicionamento, defeitos como efeito lápide, deslocamento ou desalinhamento de componentes, circuitos abertos e pontes de solda geralmente acontecem após a soldagem por refluxo.

Forno de refluxo de solda

O forno de refluxo é o equipamento mais importante no processo de soldagem por refluxo. Sua função é aquecer a placa de circuito impresso (PCB), permitindo que a pasta de solda derreta a uma temperatura adequada e, em seguida, resfrie para formar juntas de solda sólidas.

Um bom forno de refluxo não deve apenas ser capaz de aquecer, mas também de aquecer a placa de circuito impresso na temperatura correta, no momento certo e de forma controlada em toda a sua extensão.

Tipos de fornos de refluxo

Ao escolher uma máquina de solda por refluxo, o método de aquecimento é um fator importante. Os dois tipos mais comuns são o aquecimento por infravermelho e o aquecimento por convecção de ar quente.

Zonas de forno de refluxo

A maioria dos fornos de refluxo são divididos em várias zonas de temperatura, e cada zona pode ser controlada independentemente.

Essas zonas de temperatura, em conjunto, formam o perfil geral de refluxo que a placa de circuito impresso experimenta durante o processo de soldagem por refluxo.

Geralmente, pode ser dividido nas seguintes 4 etapas:

Zona de pré-aquecimento

Durante a fase de pré-aquecimento, a temperatura da placa de circuito impresso aumentará gradualmente para evitar choque térmico aos componentes.

Zona de Imersão

A etapa de imersão manterá a placa de circuito impresso (PCI) em uma faixa de temperatura média por um período de tempo, o que pode tornar a temperatura de toda a PCI mais uniforme e ativar o fluxo na pasta de solda ao mesmo tempo.

Zona de refluxo

Na zona de refluxo, a temperatura sobe acima do ponto de fusão da solda, e a pasta de solda derrete e molha as ilhas de solda e os terminais dos componentes.

Zona de Resfriamento

Durante a fase de resfriamento, a solda solidifica e forma a junta de solda final.

Perfis de temperatura / Perfil de refluxo

O perfil de refluxo é a curva de variação de temperatura que uma placa de circuito impresso (PCB) experimenta dentro de um forno de refluxo. É um fator importante que afeta a qualidade da soldagem por refluxo e o rendimento da produção.

Os perfis de refluxo comuns incluem:

• Rampa-Imersão-Espigão (RSS)

A temperatura primeiro aumenta, depois permanece em um nível estável por um período e, finalmente, atinge a temperatura máxima de refluxo.

• Rampa para Pico (RTS)

A temperatura sobe continuamente até atingir o pico, com pouca ou nenhuma fase de imersão.

• Perfil personalizado

O perfil é ajustado de acordo com a estrutura da placa de circuito impresso (PCB), os tipos de componentes e as características da pasta de solda.

É muito importante verificar regularmente o perfil de refluxo, pois a condição da máquina de solda por refluxo muda com o tempo. Por exemplo, o desempenho do ventilador pode variar, os aquecedores podem envelhecer e as correias transportadoras podem se desgastar.

Para manter uma qualidade de refluxo estável, é necessário verificar e ajustar o perfil de refluxo regularmente.

Problemas e soluções comuns na soldagem por refluxo

Mesmo em uma linha de produção consolidada, diversos defeitos de soldagem podem ocorrer durante o processo de soldagem por refluxo. Uma linha de produção eficiente consegue identificar rapidamente a causa raiz do problema e implementar melhorias em várias etapas, como a impressão da pasta de solda, o posicionamento dos componentes e o forno de refluxo.

A seguir, apresentamos alguns defeitos comuns e suas respectivas soluções.

Lápide

O efeito "tombstoning", também conhecido como "efeito Manhattan", refere-se à situação em que uma das extremidades de um componente de chip se levanta e fica na vertical durante a soldagem por refluxo, resultando em um circuito aberto. Este é um defeito típico causado por um desequilíbrio durante o processo de soldagem.

Causas comuns

.  Aquecimento desigual entre as duas almofadas

.  Diferentes volumes de pasta de solda em cada terminal.

.  Posicionamento incorreto dos componentes

.  Desequilíbrio térmico causado pela distribuição irregular de cobre na placa de circuito impresso.

Soluções

.  Otimize as aberturas do estêncil para equilibrar o volume de pasta de solda.

.  Verifique a precisão do posicionamento.

.  Ajuste o perfil de refluxo

.  Melhorar o design das almofadas de contato e o balanceamento do cobre.

Vazios

Os vazios referem-se a bolsas de gás aprisionadas dentro da junta de solda. Esse fenômeno é mais comum em BGAs, QFNs ou grandes pads térmicos. Os vazios podem reduzir a condutividade térmica das juntas de solda e afetar sua confiabilidade.

Causas comuns

.  Gás aprisionado durante a soldagem por refluxo

.  Oxidação afetando a molhabilidade da solda

.  Armazenamento ou manuseio inadequados da pasta de solda

.  Um perfil de refluxo inadequado

Soluções

.  Otimize o perfil de refluxo

.  Use pasta de solda com baixo teor de vazios.

.  Melhore o design do estêncil

.  Mantenha as superfícies das placas de circuito impresso limpas.

Juntas de solda fria

As juntas de solda fria geralmente apresentam uma aparência opaca ou rachada na superfície, o que normalmente indica que a solda não foi completamente derretida ou tem má molhabilidade.

Causas comuns

.  Temperatura de refluxo muito baixa

.  Tempo acima do liquidus muito curto

.  Transferência de calor deficiente para certas áreas da placa de circuito impresso.

.  Degradação ou oxidação do fluxo

Soluções

.  Aumentar a temperatura máxima de refluxo

.  Prolongue ligeiramente o tempo acima do liquidus.

.  Melhorar a uniformidade do aquecimento

.  Certifique-se de usar pasta de solda nova.

Pontes de solda

Pontes de solda referem-se à situação em que a solda conecta ilhas adjacentes, causando um curto-circuito. Esse tipo de problema é relativamente comum em dispositivos de passo fino ou placas de circuito impresso de alta densidade.

Causas comuns

.  Excesso de pasta de solda

.  Impressão de estêncil de má qualidade

.  Desalinhamento de componentes

.  Um perfil de refluxo instável

Soluções

.  Reduzir o volume de pasta de solda

.  Melhorar a qualidade de impressão do estêncil

.  Verifique a precisão do posicionamento.

.  Ajuste o perfil de refluxo

Bola de solda

A formação de esferas de solda refere-se à formação de muitas pequenas esferas de solda ao redor das juntas de solda após a soldagem por refluxo. Essas esferas de solda podem causar curtos-circuitos e também afetar a confiabilidade do produto.

Causas comuns

.  Aquecimento muito rápido durante a fase de pré-aquecimento

.  Condição inadequada da pasta de solda

.  Impressão inconsistente

.  Perfil de refluxo inadequado

Soluções

.  Diminua a taxa de pré-aquecimento.

.  Melhorar o armazenamento e o manuseio da pasta de solda.

.  Otimizar o design do estêncil

.  Certifique-se de que as superfícies da placa de circuito impresso estejam limpas.

Esses defeitos de soldagem destacam um ponto importante: a soldagem por refluxo é um processo sistêmico completo. A impressão da pasta de solda, o posicionamento dos componentes e o controle da temperatura de refluxo devem funcionar em conjunto para garantir uma soldagem de qualidade e estável.

Inspeção e Controle de Qualidade

O papel da inspeção é transformar o conhecimento do processo em controle de qualidade quantificável e mensurável. Um sistema de qualidade perfeito geralmente não se baseia em apenas um método de teste, mas combina vários métodos.

Inspeção visual

O método de inspeção mais fundamental é a inspeção visual manual.

O operador observará diretamente as juntas de solda na placa de circuito impresso para verificar a presença de defeitos de soldagem óbvios, como:

.  Ponte de solda

.  Ausência de juntas de solda

.  Juntas de solda incompletas

Este método é simples, mas pode identificar rapidamente muitos problemas visíveis.

Inspeção Óptica Automatizada (AOI)

A inspeção óptica automatizada (AOI) utiliza câmeras e sistemas de reconhecimento de imagem para inspecionar a superfície de placas de circuito impresso (PCBs). Ela pode detectar:

.  A forma da junta de solda é normal?

.  Se o posicionamento dos componentes está correto

.  Se houver anormalidades na soldagem

Em comparação com a inspeção manual, a AOI é mais rápida e consistente.

Inspeção de Raios X

Para placas multicamadas ou PCBs complexos, a inspeção superficial por si só não é suficiente. Nesses casos, utiliza-se a inspeção por raios X. Ela pode revelar as condições internas da junta de solda, tais como:

.  Vazios dentro das juntas de solda

.  Solda insuficiente

.  defeitos ocultos de soldagem

Conclusão

Produtos eletrônicos confiáveis ​​dependem de juntas de solda confiáveis, e a soldagem por refluxo tornou-se o método mais comum na produção SMT. Compreender a soldagem por refluxo não se resume a saber que a solda derrete quando aquecida. Mais importante ainda, é necessário entender como o design do estêncil SMT, o desempenho da pasta de solda, a precisão de posicionamento e os parâmetros do forno de refluxo afetam conjuntamente a estabilidade de todo o processo de soldagem por refluxo.

Ao mesmo tempo, também é necessário analisar todo o processo de fabricação eletrônica. Muitos produtos possuem componentes SMT e componentes de montagem em furo. Portanto, entender as diferenças entre a soldagem por onda e a soldagem por refluxo pode ajudar a fazer uma escolha mais adequada em termos de custo, eficiência e confiabilidade.

Perguntas

1. O que é soldagem por refluxo?

A soldagem por refluxo é um método usado para fixar componentes SMT em uma placa de circuito impresso (PCB). A pasta de solda é impressa nas ilhas de solda, os componentes são posicionados e a placa passa por um forno de refluxo onde a solda derrete e forma as juntas de solda.

2. Qual a diferença entre soldagem por onda e soldagem por refluxo?

A soldagem por refluxo é usada principalmente para componentes SMT, enquanto a soldagem por onda é usada para componentes de furo passante. Muitas montagens de PCBs utilizam ambos os processos.

3. O que é um perfil de refluxo?

Um perfil de refluxo é a curva de temperatura que uma placa de circuito impresso segue dentro do forno de refluxo durante o processo de soldagem por refluxo. Normalmente, inclui as etapas de pré-aquecimento, patamar, refluxo e resfriamento.

4. Qual é a temperatura típica de refluxo?

Para a maioria das pastas de solda sem chumbo, a temperatura máxima de refluxo geralmente fica entre 235°C e 250°C, dependendo da pasta de solda e dos componentes.

5. Que defeitos podem ocorrer durante a soldagem por refluxo?

Os defeitos comuns na soldagem por refluxo incluem o efeito de lápide, pontes de solda, juntas de solda frias, vazios e formação de esferas de solda.

6. Por que o forno de refluxo é importante?

O forno de refluxo controla o aquecimento durante o processo de soldagem por refluxo, garantindo a temperatura correta de refluxo e a qualidade consistente da junta de solda.