La soldadura por ola es un proceso de soldadura a granel que se utiliza para la fabricación de placas de circuito impreso . La placa de circuito se pasa sobre una bandeja de soldadura fundida en la que una bomba produce un afloramiento de soldadura que parece una onda estacionaria . A medida que la placa de circuito hace contacto con esta onda, los componentes se sueldan a la placa. La soldadura por ola se utiliza tanto para conjuntos de circuitos impresos con orificios pasantes como para montaje en superficie . En el último caso, los componentes se pegan a la superficie de una placa de circuito impreso (PCB) mediante un equipo de colocación , antes de pasar a través de la ola de soldadura fundida. La soldadura por ola se utiliza principalmente para soldar componentes con orificios pasantes.
Dado que los componentes de orificio pasante han sido reemplazados en gran medida por componentes de montaje en superficie , la soldadura por ola ha sido reemplazada por métodos de soldadura por reflujo en muchas aplicaciones electrónicas a gran escala. Sin embargo, todavía existe una importante soldadura por ola donde la tecnología de montaje en superficie (SMT) no es adecuada (por ejemplo, dispositivos de gran potencia y conectores con un alto número de pines), o donde prevalece la tecnología simple de orificio pasante (algunos electrodomésticos importantes ).
Existen muchos tipos de máquinas de soldadura por ola; sin embargo, los componentes y principios básicos de estas máquinas son los mismos. El equipo básico utilizado durante el proceso es un transportador que mueve la PCB a través de las diferentes zonas, una bandeja de soldadura utilizada en el proceso de soldadura, una bomba que produce la onda real, el rociador del fundente y la almohadilla de precalentamiento. La soldadura suele ser una mezcla de metales. Una soldadura con plomo típica se compone de 50% de estaño, 49,5% de plomo y 0,5% de antimonio. [1] La Directiva de Restricción de Sustancias Peligrosas (RoHS) ha llevado a una transición continua desde la soldadura con plomo "tradicional" en la fabricación moderna a favor de alternativas sin plomo. Se utilizan comúnmente aleaciones de estaño-plata-cobre y estaño-cobre-níquel, siendo una aleación común (SN100C) 99,25% estaño, 0,7% cobre, 0,05% níquel y <0,01% germanio. [2]
El fundente en el proceso de soldadura por ola tiene un objetivo primario y otro secundario. El objetivo principal es limpiar los componentes a soldar, principalmente las capas de óxido que se hayan podido formar. [3] Hay dos tipos de fundente, corrosivo y no corrosivo. El fundente no corrosivo requiere una limpieza previa y se utiliza cuando se requiere baja acidez. El fundente corrosivo es rápido y requiere poca limpieza previa, pero tiene una mayor acidez. [4]
El precalentamiento ayuda a acelerar el proceso de soldadura y a prevenir el choque térmico . [5]
Algunos tipos de fundentes, llamados fundentes "no limpios", no requieren limpieza; sus residuos son benignos después del proceso de soldadura. [6] Normalmente, los fundentes que no se limpian son especialmente sensibles a las condiciones del proceso, lo que puede hacerlos indeseables en algunas aplicaciones. [6] Otros tipos de fundente, sin embargo, requieren una etapa de limpieza, en la que la PCB se lava con disolventes y/o agua desionizada para eliminar los residuos de fundente.
La calidad depende de las temperaturas adecuadas al calentar y de las superficies tratadas adecuadamente.
Se utilizan diferentes combinaciones de estaño, plomo y otros metales para crear soldadura. Las combinaciones utilizadas dependen de las propiedades deseadas. Las combinaciones más populares son las aleaciones SAC (estaño (Sn)/plata (Ag)/cobre (Cu)) para procesos sin plomo y Sn63Pb37 (Sn63A), que es una aleación eutéctica que consta de 63% de estaño y 37% de plomo. Esta última combinación es fuerte, tiene un rango de fusión bajo y se funde y fragua rápidamente (es decir, no hay un rango "plástico" entre los estados sólido y fundido como la antigua aleación de 60% estaño/40% plomo). Las composiciones de estaño más altas dan a la soldadura una mayor resistencia a la corrosión, pero elevan el punto de fusión. Otra composición común es 11% estaño, 37% plomo, 42% bismuto y 10% cadmio. Esta combinación tiene un punto de fusión bajo y es útil para soldar componentes sensibles al calor. Los requisitos medioambientales y de rendimiento también influyen en la selección de la aleación. Las restricciones comunes incluyen restricciones sobre el plomo (Pb) cuando se requiere el cumplimiento de RoHS y restricciones sobre el estaño puro (Sn) cuando la confiabilidad a largo plazo es una preocupación. [7] [8]
Es importante que se permita que los PCB se enfríen a un ritmo razonable. Si se enfrían demasiado rápido, la PCB puede deformarse y la soldadura puede verse comprometida. Por otro lado, si se deja que la PCB se enfríe demasiado lentamente, la PCB puede volverse quebradiza y algunos componentes pueden dañarse con el calor. La PCB debe enfriarse con un fino rocío de agua o con aire para disminuir la cantidad de daño a la placa. [9]
El perfilado térmico es el acto de medir varios puntos en una placa de circuito para determinar la excursión térmica que se requiere durante el proceso de soldadura. En la industria de fabricación de productos electrónicos, SPC (Control estadístico de procesos) ayuda a determinar si el proceso está bajo control, medido en comparación con los parámetros de reflujo definidos por las tecnologías de soldadura y los requisitos de los componentes. [10] Productos como Solderstar WaveShuttle y Optiminer han desarrollado accesorios especiales que pasan a través del proceso y pueden medir el perfil de temperatura, junto con los tiempos de contacto, el paralelismo de las olas y la altura de las olas. Estos accesorios, combinados con un software de análisis, permiten al ingeniero de producción establecer y luego controlar el proceso de soldadura por ola. [11]
La altura de la ola de soldadura es un parámetro clave que debe evaluarse al configurar el proceso de soldadura por ola. [12] El tiempo de contacto entre la onda de soldadura y el conjunto que se está soldando normalmente se establece entre 2 y 4 segundos. Este tiempo de contacto está controlado por dos parámetros en la máquina, la velocidad del transportador y la altura de la ola; los cambios en cualquiera de estos parámetros darán como resultado un cambio en el tiempo de contacto. La altura de las olas normalmente se controla aumentando o disminuyendo la velocidad de la bomba en la máquina. Los cambios se pueden evaluar y comprobar utilizando una placa de vidrio templado; si se requiere un registro más detallado, hay dispositivos disponibles que registran digitalmente los tiempos de contacto, la altura y la velocidad. Además, algunas máquinas de soldadura por ola pueden ofrecer al operador la posibilidad de elegir entre una onda laminar suave o una onda "bailarín" de presión ligeramente más alta.
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