Tudo sobre o processo de soldadura por refluxo da montagem SMT

A soldadura é um método geralmente de natureza térmica (o que significa que utiliza calor a temperaturas muito superiores às do ambiente), através do qual dois ou mais componentes podem ser ligados mecanicamente e, no caso de áreas relacionadas com a electrónica, a ligação eléctrica dos componentes electrónicos. Esta soldadura deve então proporcionar uma união de condução eléctrica, que é uma união de características electromecânicas que permitirá que os componentes sejam fixados juntos a uma estrutura de chassis ou a uma placa de circuito impresso e, ao mesmo tempo, podem ser ligados electricamente aos terminais desta ou das pastilhas, conforme o caso, numa forno de reflow a união é normalmente terminais ou fios e no caso de placas de circuito impresso são almofadas.

Existem numerosos métodos de soldadura (soldadura por ondasSoldadura por refluxo, soldadura manual e mais)Algumas são utilizadas no campo industrial, outras no ambiente amador e hobbyista e algumas técnicas são utilizadas em ambos os campos. Neste artigo, referir-nos-emos a soldadura por reflow, um tipo de soldadura que é principalmente utilizada no campo industrial, embora hoje em dia existam alguns pequenos dispositivos de soldadura por refluxo que podem ser adquiridos pelo amador e utilizados na pequena oficina do hobbyista da electrónica.

Abaixo está o vídeo detalhado do PCBA no forno de refluxo!

Como Reflow Soldagem

Sistema de soldadura por refluxo é um processo que envolve a aplicação de uma camada de pasta de solda nas almofadas de uma placa de circuito impresso (PCB) e, em seguida, a colocação de dispositivos de montagem em superfície (SMD) nas suas posições designadas. A placa de circuito impresso é então submetida a um aquecimento controlado num forno, o que faz com que a solda derreta e solidifique, criando ligações eléctricas e mecânicas entre os componentes e a placa de circuito impresso.

Vamos aprofundar o processo com mais pormenor para compreender melhor como funciona a soldadura por refluxo.

Montagem SMT no fabrico de PCBA requer a presença de placas expostas onde os componentes electrónicos serão soldados. Estas almofadas são deixadas a descoberto pela camada StopMask para permitir a aplicação de solda.

A pasta de solda utilizada na soldadura por refluxo é uma mistura de metal de solda (normalmente ligas como a prata, o estanho, o chumbo, etc.) sob a forma de pequenas esferas. É combinada com pastas solventes e agentes de fluxo, que ajudam na adesão dos componentes e mantêm as esferas de solda suspensas na pasta. A pasta de solda assemelha-se normalmente à pasta de dentes em textura e tem a cor caraterística da solda eletrónica.

Para aplicar a pasta de solda nas almofadas, um Estêncil para PCB é utilizado como modelo. O estêncil, normalmente feito de metal fino, apresenta perfurações que se alinham com as almofadas da placa de circuito impresso. O padrão destas perfurações é derivado da camada StopMask dos ficheiros Gerber gerados durante a fase de conceção da placa de circuito impresso.

Cada almofada da placa de circuito impresso é então revestida com uma pequena quantidade de pasta de solda, onde cada Componente SMD será colocado.

O passo seguinte consiste em colocar com precisão os componentes electrónicos na placa de circuito impresso, assegurando que cada terminal do componente está alinhado com o bloco correspondente na placa de circuito impresso. Esta tarefa é normalmente efectuada utilizando uma máquina de recolha e colocação - um dispositivo automatizado que posiciona com precisão cada componente.

Para os mais pequenos Prototipagem de PCBA ou com um número limitado de componentes SMD, este processo também pode ser feito manualmente. Nestes casos, utiliza-se uma pinça para colocar cada componente nas respectivas almofadas. A textura cremosa da pasta de solda facilita a retenção dos componentes devido à tensão superficial.

Uma vez colocados os componentes, a placa de circuito impresso é transferida para uma máquina de refluxo, onde tem lugar o processo de soldadura.

O processo de aquecimento no forno de refluxo consiste em várias fases. A aplicação de calor e o controlo preciso da temperatura ao longo do tempo são factores críticos para garantir a adesão adequada dos componentes, obter juntas de soldadura de alta qualidade e evitar danos nos circuitos internos dos componentes.

Este processo de aquecimento requer um controlo meticuloso da temperatura para atingir as temperaturas necessárias para obter ligações de solda fortes e consistentes, evitando ao mesmo tempo o calor excessivo que poderia potencialmente danificar os materiais semicondutores dos componentes.

Como Empresa de PCBAA FS PCBA compreende a importância de empregar técnicas precisas de soldadura por refluxo para garantir conjuntos electrónicos fiáveis e de alta qualidade. A nossa equipa experiente utiliza equipamento de última geração e segue as melhores práticas da indústria para fornecer resultados excelentes para os seus projectos.

Quatro processos de soldadura por refluxo

Rampa para mergulhar

A primeira fase de aquecimento para a soldadura por refluxo chama-se "Ramp to soak" e consiste em aumentar gradualmente a temperatura da placa PCBA para que a temperatura suba com segurança, permite que todos os componentes e todo o conjunto atinjam uma temperatura segura, homogénea e constante, também durante esta fase os solventes voláteis da pasta de solda são dissolvidos evitando que haja restos dentro desta, a missão destes líquidos que suspendem a solda; ou seja, tornam-na pastosa, é facilitar a união desta com os componentes, no entanto se forem deixados resíduos no interior da solda com o tempo estes podem afetar a qualidade da adesão eletrónica por isso é importante que se evaporem durante o processo de soldadura e é iniciado durante a fase de zona de pré-aquecimento.

Zona de imersão térmica

A fase seguinte chama-se zona de absorção térmica e consiste em expor o conjunto a uma temperatura constante e durante 1 a 2 minutos, permitindo completar a eliminação dos voláteis da pasta de solda por evaporação, activando os fluxos tais como Fluxo PCBOs componentes começarão a aderir às almofadas da placa de circuito impresso e permitirão que a adesão livre de óxido seja realizada por estar envolvidos num ambiente de fluxos evaporados. Uma temperatura demasiado elevada neste processo pode fazer com que a solda salpique ou forme grumos, bem como oxidar a pasta de solda afectando a ligação e a terminação da solda. Os fluxos podem não ser totalmente activados se a temperatura for demasiado baixa.

Na zona de imersão, o equilíbrio térmico é desejado em toda a montagem; a temperatura da solda deve ser homogénea antes da montagem poder ser levada para a zona de refluxo seguinte. O perfil da zona de imersão pode diminuir quaisquer diferenças de temperatura entre diferentes componentes ou entre diferentes áreas do PCB, especialmente se a placa PCBA for muito grande, também se recomenda o perfil de imersão para diminuir problemas de soldadura em componentes com matrizes, tais como componentes com terminais BGA.

Zona de refluxo

A terceira zona é a zona de reflow, também conhecida como "tempo acima do reflow" ou temperatura TAL acima do nível do líquido. A esta temperatura é atingida a temperatura máxima, é importante que a temperatura máxima seja mantida sob controlo para que o processo seja bem sucedido. Normalmente está entre 20 e 40 graus acima da temperatura de fusão da solda (que é a temperatura a que a solda entra no seu estado líquido).

Como componentes semicondutores (transístores, circuitos integrados, mosfets) e componentes electrónicos discretos (resistências, condensadores, bobinas, indutores) têm temperaturas de tolerância de soldadura diferentes; que a temperatura máxima atingida na zona de refluxo deve ser inferior ao componente mais sensível a danos térmicos. Uma boa regra geral é subtrair 5 graus da temperatura máxima que o componente mais frágil pode suportar; ou à temperatura mais baixa especificada na folha de dados como a temperatura máxima durante o processo de refluxo, é importante acompanhar de perto todo o procedimento e nunca exceder este limite. As temperaturas elevadas para além de 260℃ podem danificar os elementos internos dos componentes de montagem superficial e gerar o crescimento de óxidos intermetálicos que afectam o desempenho dos semicondutores, por outro lado, se a temperatura não for suficientemente elevada pode impedir que a pasta derreta suavemente.

Durante esta zona, a temperatura está acima do ponto líquido, o fluxo reduz a tensão superficial e faz com que os componentes da solda se separem, permitindo a união das esferas metálicas em pó, evaporando completamente o resto do material do fluxo.

A temperatura e o tempo não devem em caso algum exceder as especificações do fabricante da solda, se for demasiado elevado pode consumir prematuramente todo o fluxo gerando uma solda seca que dará uma má formação, aparecendo juntas de solda partidas no interior da soldadura e secagem da solda, bolhas no interior e ferrugem.

A relação temperatura/tempo mal calculada pode levar a uma redução na eficiência do fluxo cuja função é limpar a solda de impurezas e resultará numa humedecimento deficiente, solvente inadequado e a remoção do fluxo da solda leva a juntas de solda defeituosas.

Recomenda-se que o período da zona de refusão seja o mais curto possível, embora a maioria das pastas de solda especifique que este período deve ser de pelo menos 30 segundos, embora nenhuma razão para este tempo particular pareça ser explicada, uma possibilidade é que em alguns locais do PCBA a temperatura não seja atingida com o perfil tal como programado, então a definição de um tempo de 30 segundos reduz as hipóteses de que haja áreas que não derretem devido à falta de temperatura. Considerando que a obtenção de uma temperatura homogénea no PCBA é bastante difícil, um tempo mínimo de refusão reduzirá as mudanças de temperatura no interior do forno.

A temperatura de refluxo não deve ser mantida acima dos 60 segundos, uma vez que este tempo é excessivo para muitos componentes electrónicos.

Por outro lado, um tempo de refluxo demasiado curto ou uma temperatura demasiado baixa pode prender solventes e fluxos no interior criando juntas frias ou infundadas devido a pequenos vazios (bolhas) que podem aparecer no interior da solda. Qualquer ligeiro erro que ocorra no forno de refluxo SMT pode levar a Montagem de PCB erros, causando problemas comuns de PCB.

Zona de arrefecimento

A zona de arrefecimento permite reduzir gradualmente a temperatura da placa durante o processo de soldadura para permitir a sua solidificação adequada, o que reduz a formação intermetálica excessiva por choque térmico dos componentes, ou seja, por uma alteração demasiado rápida da temperatura, Trata-se de um dano que se observa no interior dos componentes.

As temperaturas na zona de arrefecimento variam de 30 a 100 graus, a taxa de arrefecimento rápido gera uma estrutura de grão fino mais mecanicamente sólida. Uma taxa de aceleração é muitas vezes ignorada ou não estritamente controlada, talvez que a taxa de rampa seja menos crítica. A inclinação máxima permitida para qualquer componente deve ser aplicada quer o componente seja de aquecimento ou de arrefecimento, sugere-se uma taxa de arrefecimento de 4℃ por segundo. Este parâmetro deve ser considerado durante Processo de montagem de PCBespecialmente em peças críticas para aplicações aeroespaciais e militares.

Soldadura por Refluxo FAQ

Tanto a soldadura por onda como a soldadura por refluxo são processos cruciais na montagem de placas de circuito impresso, servindo o objetivo de estabelecer ligações entre placas de circuito impresso e componentes.

A soldadura por refluxo é normalmente utilizada em cenários que envolvem SMD devido aos seus pinos densamente compactados e à sua elevada sensibilidade às variações de temperatura.

Por outro lado, a soldadura por onda é normalmente utilizada para Componentes DIP, que possuem pinos maiores. Neste processo, a placa de circuito é passada sobre uma onda de solda derretida, permitindo que a solda líquida cubra toda a área da almofada. Através do princípio da tensão superficial, a solda derretida forma juntas de solda com os pinos do componente, garantindo uma ligação robusta e fiável.

Um dos factores-chave na seleção de um parceiro para o fabrico de PCBA é prestar atenção ao equipamento de produção utilizado. Quando se trata de equipamento de soldadura por refluxo, a capacidade de controlo da temperatura de cada zona de temperatura desempenha um papel crucial na garantia de uma qualidade de soldadura superior. Os fabricantes, como a FS Technology, dão prioridade à utilização de equipamento avançado de soldadura por onda na zona de temperatura 10, que oferece maior comodidade e precisão.

Ao investir em equipamento com controlo de temperatura independente em cada zona, os fabricantes podem obter perfis térmicos ideais e regular com precisão a temperatura ao longo do processo de soldadura. Este nível de controlo contribui para melhorar a qualidade da soldadura, aumentando a fiabilidade e o desempenho da placa de circuito impresso montada.