La soldadura por ola es un proceso de soldadura en masa 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 flujo ascendente de soldadura que parece una onda estacionaria . A medida que la placa de circuito entra en contacto con esta onda, los componentes se sueldan a la placa. La soldadura por ola se utiliza tanto para conjuntos de circuitos impresos de orificio pasante como para montaje superficial . En este último caso, los componentes se pegan a la superficie de una placa de circuito impreso (PCB) mediante un equipo de colocación , antes de pasarlos por la ola de soldadura fundida. La soldadura por ola se utiliza principalmente en la soldadura de componentes de orificio pasante.
Como los componentes de orificio pasante han sido reemplazados en gran medida por componentes de montaje superficial , la soldadura por ola ha sido suplantada por métodos de soldadura por reflujo en muchas aplicaciones electrónicas a gran escala. Sin embargo, todavía hay una cantidad significativa de soldadura por ola donde la tecnología de montaje superficial (SMT) no es adecuada (por ejemplo, dispositivos de gran potencia y conectores con un alto número de pines), o donde prevalece la tecnología de orificio pasante simple (ciertos electrodomésticos importantes ).
Existen muchos tipos de máquinas de soldadura por ola; sin embargo, los componentes básicos y los principios 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 ola real, el rociador para el fundente y la almohadilla de precalentamiento. La soldadura suele ser una mezcla de metales. Una soldadura con plomo típica está compuesta por un 50 % de estaño, un 49,5 % de plomo y un 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 de estaño-cobre-níquel, con una aleación común (SN100C) que tiene un 99,25 % de estaño, un 0,7 % de cobre, un 0,05 % de níquel y <0,01 % de germanio. [2]
El fundente en el proceso de soldadura por ola tiene un objetivo principal y uno secundario. El objetivo principal es limpiar los componentes que se van 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 una baja acidez. El fundente corrosivo es rápido y requiere poca limpieza previa, pero tiene una acidez más alta. [4]
El precalentamiento ayuda a acelerar el proceso de soldadura y a evitar el choque térmico . [5]
Algunos tipos de fundentes, denominados fundentes "sin limpieza", no requieren limpieza; sus residuos son benignos después del proceso de soldadura. [6] Normalmente, los fundentes sin limpieza son especialmente sensibles a las condiciones del proceso, lo que puede hacerlos indeseables en algunas aplicaciones. [6] Sin embargo, otros tipos de fundentes requieren una etapa de limpieza, en la que la PCB se lava con solventes y/o agua desionizada para eliminar los residuos de fundente.
La calidad depende de temperaturas adecuadas al calentar y de superficies correctamente tratadas.
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 un 63% de estaño y un 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 aleación más antigua de 60% de estaño / 40% de plomo). Las composiciones más altas de estaño le dan a la soldadura una mayor resistencia a la corrosión, pero aumentan el punto de fusión. Otra composición común es 11% de estaño, 37% de plomo, 42% de bismuto y 10% de cadmio. Esta combinación tiene un punto de fusión bajo y es útil para soldar componentes que son sensibles al calor. Los requisitos ambientales 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 dejar que las PCB se enfríen a una velocidad 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, puede volverse quebradiza y algunos componentes pueden resultar dañados por el calor. La PCB debe enfriarse con un rociador de agua fina o con aire para disminuir la cantidad de daños a la placa. [9]
El perfil térmico es el acto de medir varios puntos en una placa de circuito para determinar la excursión térmica que se produce a través del proceso de soldadura. En la industria de fabricación de productos electrónicos, el 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 sido desarrollados como dispositivos 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 las alturas de las olas. Estos dispositivos combinados con el 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 ola de soldadura y el conjunto que se está soldando generalmente 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 la ola generalmente se controla aumentando o disminuyendo la velocidad de la bomba en la máquina. Los cambios se pueden evaluar y verificar utilizando una placa de vidrio templado; si se requiere un registro más detallado, existen dispositivos disponibles que registran digitalmente los tiempos de contacto, la altura y la velocidad. Además, algunas máquinas de soldadura por ola pueden brindarle al operador la opción de elegir entre una ola laminar suave o una ola "bailadora" de presión ligeramente más alta.
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