Comparación entre soldadura por ola y soldadura por reflujo

A medida que la electrónica contemporánea adopta un peso ligero, una mayor eficiencia y una alta velocidad, cada eslabón del proceso de fabricación también se ajusta a esta filosofía, incluido el ensamblaje de la placa de circuito impreso (PCB). La soldadura ha desempeñado un papel fundamental a la hora de determinar el éxito de los productos electrónicos, ya que las conexiones eléctricas se derivan de una soldadura precisa. En comparación con la soldadura manual, la soldadura automática ha sido ampliamente seleccionada debido a sus ventajas de alta precisión y velocidad, y a las demandas de gran volumen y alta rentabilidad. Como tecnologías de soldadura líderes para el ensamblaje, la soldadura por ola y la soldadura por reflujo se han aplicado más ampliamente al ensamblaje de alta calidad; sin embargo, las diferencias entre las dos tecnologías continúan confundiendo a muchos, y también es vago cuándo se debe utilizar cada una.

Antes de realizar una comparación formal entre la soldadura por ola y la soldadura por reflujo, es muy necesario comprender las diferencias entre soldadura fuerte, soldadura fuerte y soldadura fuerte (Figura 1). En pocas palabras, la soldadura se refiere al proceso en el que dos metales similares se funden para unirse. La soldadura fuerte se refiere al proceso en el que dos piezas de metal se unen calentando y fundiendo relleno o aleación a alta temperatura. La soldadura es en realidad una soldadura fuerte a baja temperatura y su relleno se llama soldadura.

Cuando se trata de ensamblaje de PCB, la soldadura se aplica mediante pasta de soldadura. Soldar con pasta de soldar que contiene sustancias peligrosas como plomo, mercurio, etc. se llama soldadura con plomo, mientras que soldar con pasta de soldar sin sustancias peligrosas se llama soldadura sin plomo. La soldadura con plomo o sin plomo debe elegirse de acuerdo con las demandas específicas de los productos para los cuales se diseñarán las PCB ensambladas.

Como su nombre lo indica, la soldadura por ola se utiliza para combinar PCB y piezas a través de una "ola" líquida formada como resultado de la agitación del motor. En realidad, el líquido es estaño disuelto. Se realiza en una máquina de soldadura por ola (Figura 2).

El proceso de soldadura por ola se compone de cuatro pasos: pulverización de fundente, precalentamiento, soldadura por ola y enfriamiento.

Pulverización de fundente. La limpieza de las superficies metálicas es el elemento básico que garantiza el rendimiento de la soldadura, dependiendo de las funciones del fundente de soldadura. El fundente de soldadura juega un papel crucial en la implementación fluida de la soldadura. Las funciones principales del fundente de soldadura incluyen eliminar el óxido de la superficie metálica de las placas y los pines de los componentes; proteger las placas de circuito de la oxidación secundaria durante el proceso térmico; reducir la tensión superficial de la pasta de soldadura; y transmitir calor.

Precalentamiento. En una plataforma a lo largo de una cadena similar a una cinta transportadora, las placas de circuito viajan a través de un túnel de calor para realizar el precalentamiento y activar el flujo.

Soldadura por ola. A medida que la temperatura aumenta constantemente, la pasta de soldadura se vuelve líquida con una onda formada por las placas de borde que viajan hacia arriba. Los componentes se pueden unir sólidamente a los tableros.

Enfriamiento. El perfil de soldadura por ola se ajusta a una curva de temperatura. A medida que la temperatura alcanza el pico en la etapa de soldadura por ola, se reduce, lo que se denomina zona de enfriamiento. Después de enfriarlo a temperatura ambiente, el tablero se ensamblará con éxito.

A medida que las placas de circuito se colocan en una plataforma lista para pasar por la soldadura por ola, el tiempo y la temperatura están estrechamente asociados con el rendimiento de la soldadura. En lo que respecta al tiempo y la temperatura, es necesaria una máquina de soldadura por ola profesional, mientras que los conocimientos y la experiencia del ensamblador de PCB rara vez son fáciles de obtener, ya que dependen de la aplicación de tecnologías actualizadas y del enfoque empresarial.

Si la temperatura se establece demasiado baja, el fundente no se fundirá adecuadamente, lo que reducirá la capacidad de reaccionar y disolver el óxido y la suciedad en la superficie del metal. Además, la aleación no se generará con fundente y metal si la temperatura no es lo suficientemente alta. Se deben tener en cuenta otros factores como la velocidad de la banda portadora, el tiempo de contacto de la onda, etc.

En términos generales, aunque se utilice el mismo equipo de soldadura por ola, diferentes ensambladores ofrecen diferentes eficiencias de fabricación debido a los métodos de operación y al grado de conocimiento sobre cómo operar la máquina.

La soldadura por reflujo pega permanentemente los componentes que primero se pegan temporalmente a sus almohadillas en las placas de circuito utilizando pasta de soldadura que se derretirá mediante aire caliente u otra conducción de radiación térmica. La soldadura por reflujo se implementa en una máquina llamada horno de soldadura por reflujo (Figura 3). Como lo implica su definición, los componentes eléctricos se conectan temporalmente a las almohadillas de contacto antes de soldarlos usando pasta de soldadura.

Este proceso contiene principalmente dos pasos. Primero, la soldadura en pasta se coloca con precisión en cada almohadilla a través de una plantilla de soldadura en pasta. Luego, los componentes se colocan sobre las almohadillas mediante una máquina de recogida y colocación. La soldadura por reflujo real no comenzará hasta que se hayan realizado esos preparativos.

Precalentamiento. Este paso tiene dos propósitos durante la soldadura por reflujo. En primer lugar, permite ensamblar los tableros para alcanzar consistentemente la temperatura requerida para cumplir plenamente con el perfilado térmico. En segundo lugar, es responsable de expulsar los disolventes volátiles contenidos en la pasta de soldadura. De lo contrario, la calidad de la soldadura se verá comprometida.

Remojo Térmico. Al igual que la soldadura por ola, la soldadura por reflujo también depende del fundente contenido en la soldadura en pasta. En consecuencia, la temperatura tiene que alcanzar un nivel en el que se pueda activar el fundente, o el fundente dejará de desempeñar su papel en el proceso de soldadura.

Soldadura por reflujo. Esta fase ocurre cuando se alcanza la temperatura máxima, lo que permite que la soldadura en pasta se derrita y haga refluir. El control de la temperatura juega un papel crucial en el proceso de soldadura por reflujo. Una temperatura demasiado baja impide que la soldadura en pasta refluya lo suficiente; una temperatura demasiado alta puede causar daños en los componentes o placas de tecnología de montaje superficial (SMT). Por ejemplo, un paquete de matriz de rejilla de bolas (BGA) contiene varias bolas de soldadura que se derretirán durante la soldadura por reflujo. Si la temperatura de soldadura no alcanza el nivel óptimo, esas bolas pueden derretirse de manera desigual y la soldadura BGA puede verse afectada debido al retrabajo.

Enfriamiento. La temperatura bajará poco después de alcanzar la temperatura máxima. Los cables de refrigeración soldan la pasta para solidificarse, fijando permanentemente las piezas en las almohadillas de contacto de las placas.

La soldadura por reflujo se puede aplicar tanto en ensamblajes SMT como en tecnología de orificio pasante (THT), pero se usa principalmente en el primero. Cuando se trata de la aplicación de soldadura por reflujo en ensamblajes THT, generalmente se confía en el pin-in-paste (PIP). Primero, la pasta de soldadura rellena los agujeros de las placas. Luego, las clavijas de los componentes se enchufan en los orificios y un poco de pasta de soldadura sale por el otro lado de la placa. Finalmente, se implementa la soldadura por reflujo para completar la soldadura.

Nunca se puede ignorar la diferencia entre la soldadura por ola y la soldadura por reflujo, ya que muchos usuarios no tienen idea de cuál seleccionar al comprar servicios de ensamblaje de PCB. Una modificación en cuanto a soldadura suele provocar cambios en todo el proceso de fabricación del conjunto. Estos cambios incluyen eficiencia de fabricación, costo, tiempo de comercialización, ganancias, etc.

La Figura 4 ilustra la diferencia entre los pasos del proceso de soldadura. La diferencia esencial entre la soldadura por ola y la soldadura por reflujo radica en la pulverización de fundente: la soldadura por ola contiene este paso, mientras que la soldadura por reflujo no. El fundente permite la eliminación del dióxido y la reducción de la tensión superficial del material a soldar. Flux funciona solo cuando está activado, lo que requiere un estricto cumplimiento del control de temperatura y tiempo. Dado que el fundente está contenido en la soldadura en pasta en la soldadura por reflujo, el contenido del fundente debe disponerse y lograrse de manera adecuada.

Los defectos de soldadura parecen inevitables. Es imposible determinar qué tecnología de soldadura crea más defectos que otra, ya que el proceso es diferente cada vez. A pesar de la inevitabilidad de que se produzcan defectos de soldadura, su frecuencia se puede reducir cuando los ensambladores cumplen con las normas de fabricación de conjuntos profesionales y son plenamente conscientes de las características y el rendimiento de todos los equipos a lo largo de la línea de fabricación. Además, el personal de ingeniería debe estar cualificado y recibir formación periódica para poder seguir el ritmo de los avances de las tecnologías modernas.

En términos generales, la soldadura por reflujo funciona mejor para el ensamblaje SMT, mientras que la soldadura por ola funciona mejor para el ensamblaje THT o DIP. Sin embargo, una placa de circuito casi nunca contiene SMD (dispositivos de montaje en superficie) puros o componentes de orificio pasante. En términos de ensamblaje mixto, normalmente se realiza primero SMT y luego THT o DIP, ya que la temperatura requerida para la soldadura por reflujo es mucho mayor que la requerida para la soldadura por ola. Si se invierte la secuencia de dos ensamblajes, es posible que la pasta de soldadura sólida se derrita nuevamente y que los componentes bien soldados sufran defectos o incluso se caigan de la placa.

Este artículo fue escrito por Dora Yang, ingeniera técnica de PCBCart, Hangzhou, China. Para obtener más información, haga clic aquí.

Este artículo apareció por primera vez en la edición de febrero de 2018 de la revista Tech Briefs.

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