Guía de problemas de soldadura por ola para PCB

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¿Qué es la soldadura por ola?

La soldadura por ola es un tipo de proceso de soldadura utilizado durante la fabricación a granel de placas de circuito impreso o PCB. El proceso de soldadura por ola permite a los fabricantes soldar placas de circuito impreso de gran tamaño de forma rápida y fiable. El proceso recibe su nombre de la ola de soldadura por la que pasa cada placa. El uso de una ola de soldadura en lugar de puntos de soldadura individuales produce uniones de soldadura que son mecánica y eléctricamente confiables.

El proceso de soldadura por ola es eficaz tanto para el método de ensamblaje de PCB de orificio pasante convencional como para el método de montaje en superficie más nuevo.

Entonces, ¿qué hay en una máquina de soldadura por ola y cómo funciona el proceso?

En esencia, una máquina de soldadura por ola estándar comienza con un componente:un tanque de soldadura calentado que se mantiene a la temperatura requerida para el proceso de soldadura específico que se lleva a cabo. Dentro del tanque, el técnico configura una ola de soldadura, luego pasa cada PCB a través del tanque, de modo que la parte superior de la ola de soldadura haga contacto con la parte inferior de la PCB.

Los diseñadores deben ser conscientes de dos cuestiones importantes cuando se trata de diseñar placas de circuito impreso que se van a soldar por ola.

• Espaciado entre almohadillas: Si las almohadillas que deben soldarse están demasiado juntas, la soldadura líquida puede fluir entre ellas. El resultado es un cortocircuito no solo de las dos almohadillas conectadas, sino posiblemente de toda la PCB.

• Resistencia de soldadura: Tener una capa de resistencia de soldadura en la placa de circuito impreso no es un problema tan grande como lo era en el pasado, ya que una capa de resistencia de soldadura está en el modelo como práctica estándar. Aún así, siempre es bueno verificar que una máscara de soldadura o una capa resistente a la soldadura sean parte del diseño de su PCB y ayuda a prevenir accidentes desafortunados.

Una vez que se ha verificado el espacio entre las almohadillas y una capa de resistencia de soldadura en la placa que se va a soldar, es hora de aplicar el fundente. Flux ayuda a garantizar que las áreas de la placa que deben soldarse estén limpias y libres de oxidación. Hay dos formas diferentes de aplicar fundente, según las circunstancias.

• Flujo en aerosol, que se puede aplicar como un rocío fino seguido de un chorro de aire comprimido para eliminar cualquier exceso.
• Flujo de espuma, que se aplica al tablero desde un tanque de fundente regular. Un cilindro de plástico con pequeños agujeros se sumerge en el tanque de fundente. Una vez que el cilindro se ha sumergido bien y verdaderamente, se puede colocar una chimenea de metal sobre él. Luego se puede forzar el aire a través del cilindro para que la espuma salga por la chimenea. La parte inferior de la placa de circuito impreso se puede recubrir con este fundente de espuma.

Una vez que haya tratado la parte inferior de la tabla con fundente, es hora de precalentar la tabla. Debido a la forma en que se aplica la soldadura como parte del proceso de soldadura por ola, las placas de circuito impreso que han sido soldadas por ola están sujetas a grandes cantidades de calor, mucho más que si hubieran sido soldadas manualmente. Sin precalentamiento, las placas de circuito pueden terminar con todo tipo de defectos de soldadura, todo debido al choque térmico.

Para ayudar a minimizar las posibilidades de un choque térmico, las placas que deben soldarse por ola deben calentarse lentamente a la temperatura requerida.

¿Cuáles son algunos de los defectos que pueden ocurrir en las placas soldadas por ola si no se precalientan?

Defectos y soluciones de la soldadura por ola

El hecho de que haya maquinaria involucrada en el proceso de soldadura por ola no significa que sea menos propenso a errores que soldar cada unión a mano. Ya sea que esté usando un tanque de soldadura o una plancha de mano, debe tratar la soldadura como la ciencia precisa que es, controlando cuidadosamente dónde y qué suelda.

De lo contrario, tendrá cualquiera de los varios defectos de soldadura como los que se enumeran a continuación:

1. Relleno de orificio insuficiente

El relleno insuficiente de los orificios es un problema que ocurre en las placas de circuito impreso con orificios perforados previamente para que los componentes se monten en la placa. Esencialmente, el llenado de orificios insuficiente ocurre cuando una cantidad inadecuada de soldadura ha llenado los orificios perforados para los componentes, lo que significa que la soldadura no se adherirá a la placa de circuito una vez que se enfríe. Hay varias razones por las que el relleno del agujero es insuficiente:

• El fundente se aplicó incorrectamente y no penetró a través de la placa, lo que significa que la soldadura no se activó y no pudo unir los componentes correctamente.

• La temperatura de la parte superior de la placa no es lo suficientemente alta como para que la soldadura se derrita y pueda subir por los orificios.

• No había suficiente placa en la onda de la soldadura. Si no hay suficiente placa en contacto con la ola, se empuja muy poca soldadura hacia los orificios pasantes.

La mejor manera de solucionar estos problemas es realizar otra serie de comprobaciones previas a la soldadura. Verifique el tipo de fundente que está utilizando y asegúrese de que haya un volumen suficiente para cubrir toda la PCB. Este paso también ayudará con el segundo problema:precalentamiento insuficiente.

Dado que la soldadura fluye para calentarse, la soldadura no fluirá tan bien si los orificios pasantes de su PCB no están a la temperatura correcta. Si bien la temperatura "correcta" depende de los estándares operativos de su empresa, la regla general es entre 300 y 340 grados Fahrenheit, o aproximadamente entre 150 y 170 grados Celsius.

Todo el conjunto debe alcanzar esta temperatura antes la tabla hace contacto con la ola. Si no está seguro de si sus orificios pasantes están alcanzando la temperatura correcta, tome un perfil del proceso de soldadura por ola:debe verse exactamente igual o muy similar a los procesos de reflujo de su placa.

Mientras toma un perfil del proceso de soldadura por ola, también puede verificar la altura de la placa, es decir, qué parte de la placa está expuesta a la ola en un momento dado. Trate de tener al menos la mitad del grosor de la placa en la ola de soldadura en cualquier momento, lo que permitirá que la presión hidrostática de la ola empuje la soldadura hacia el orificio pasante.

1. Componentes elevados

Los componentes elevados, también conocidos como lápidas, son componentes que se han elevado de la placa durante el proceso de soldadura. Hay varias causas comunes de lápidas, que incluyen:

• Longitudes de cable incorrectas, que pueden hacer que los componentes se levanten de la placa cuando ingresan al baño de soldadura.
• Intentar realizar una soldadura por ola en una PCB flexible, que se doblará mientras el resto de los componentes permanecen planos, lo que hará que se levanten de la placa.
• Utilizar componentes con diferentes requisitos de tipo de soldadura y temperatura.

Para corregir las longitudes incorrectas de los cables, mira qué cables estás usando. Si sus cables son demasiado largos, golpear el baño de soldadura puede empujarlos fuera del orificio pasante. Para solucionar esto, puede aumentar el tiempo de inmersión en la onda, lo que debería disminuir la demanda térmica en los cables y permitir que se asienten.

Para corregir la flexión de la PCB u otros problemas relacionados con la flexión, vuelva a verificar qué tipo de PCB está utilizando y cuáles son sus tolerancias térmicas. La flexión de la placa es común en conectores grandes y en paquetes o zócalos de IC grandes. Las PCB que se flexionan desde el principio, como el plástico, no deben soldarse por ola, ya que la ola de soldadura puede hacer que el plástico se doble y levante los componentes de la placa.

Finalmente, una vez que haya verificado las tolerancias térmicas de su placa, verifique las tolerancias térmicas de todos sus componentes. Los componentes que tienen diferentes demandas de temperatura o temperaturas de soldabilidad del plomo también pueden levantarse al contacto con la ola, ya que algunos componentes se sueldan, mientras que el exceso de calor empuja a otros. Asegúrese de que todos los componentes que está utilizando tengan los mismos requisitos, lo que debería ayudar a evitar ese tipo de problemas.

1. Soldadura excesiva

El exceso de soldadura es el resultado de que la placa se acumule cuando pasa por un tanque de soldadura por ola. Si bien esto aún termina haciendo una conexión eléctrica entre la placa y el componente en cuestión, será difícil para usted o cualquier otra persona que esté mirando la placa saber exactamente qué sucede dentro de la soldadura.

Puede haber varias razones por las que podría tener demasiada soldadura en sus conexiones:

• Tener los mismos tipos de componentes orientados en diferentes direcciones
• Usar longitudes de cable incorrectas cuando se trata de sus procesos de diseño
• Hacer funcionar la cinta transportadora demasiado rápido

La primera causa es una solución bastante fácil. Asegúrese de que todos sus componentes de un solo tipo, por ejemplo, todas sus baterías, estén orientados de la misma manera cuando entren en el tanque de olas. Por lo tanto, si un componente está orientado hacia el lado opuesto del tanque cuando entra, todos los demás componentes de ese tipo también deberían estar orientados hacia esa dirección.

Reparar las protuberancias de los cables, que son causadas por longitudes incorrectas de los cables en el proceso de diseño, también puede ayudar a prevenir el exceso de soldadura. Si el cable es demasiado largo, la soldadura puede acumularse contra él y volverse excesiva. Para resolver esto, elija una longitud de cable que no se extienda demasiado más allá de las superficies de la almohadilla. Por ejemplo, la NASA usa una longitud de cable de 2,29 mm, lo suficiente como para pasar la almohadilla para soldar.

Si todos sus componentes están orientados de la misma manera y las longitudes de soldadura son precisas, es posible que deba reducir la velocidad de su cinta transportadora. Una cinta transportadora que va demasiado rápido puede terminar descargando ola tras ola de soldadura en los componentes de su placa a medida que pasan por el tanque de soldadura. La solución más fácil para este problema es hablar con su gerente de proyecto sobre las velocidades aceptables de la cinta transportadora.

1. Bolas de soldadura

La formación de bolas de soldadura puede ocurrir cuando pequeños trozos de soldadura se vuelven a unir a la PCB, específicamente cerca de los cables, a medida que pasa por el proceso de soldadura por ola. Las causas comunes de formación de bolas de soldadura pueden incluir:

• La temperatura de la soldadura en el tanque es demasiado alta.
• La soldadura vuelve a caer en la ola a medida que se separa de la placa, lo que puede provocar que el exceso de soldadura vuelva a salpicar la placa.
• Los gases liberados por el fundente calentado pueden hacer que la soldadura líquida vuelva a escupir sobre la placa.

La mejor manera de solucionar los problemas generales de formación de bolas de soldadura es el diseño de la propia placa de circuito impreso. Cuando llegue el momento de elegir la máscara de soldadura que usa en su diseño de PCB, trate de encontrar una que tenga la menor posibilidad de permitir que la soldadura se adhiera a ella en primer lugar. Al elegir la mejor máscara de soldadura para su diseño, puede ayudar a que el diseño de su placa sea más sólido.

Las bolas de soldadura causadas por los gases del fundente calentado generalmente provienen de un reflujo excesivo en el aire alrededor de su tanque de soldadura por ola, o una caída en el nitrógeno presente en el medio ambiente. Verifique cuánto aire fluye hacia el tanque de soldadura, así como la cantidad de nitrógeno presente en el entorno de su tanque de soldadura. Vigilar cuidadosamente ambos ayudará a aliviar los problemas de la bola de soldadura causados ​​por el rebote del fundente calentado.

Hay varias razones por las que la soldadura puede volver a caer en la ola:si todavía hay material volátil en el flujo, qué tan alta es la ola de soldadura, etc. una tarjeta blanca sobre la parte superior de la ola, pero sin procesamiento de tableros. Ejecute la misma prueba con un par de placas de prueba pasando por la ola y compare los resultados.

1. Banderas de soldadura

Las banderas de soldadura son pequeñas protuberancias de soldadura que sobresalen de los extremos de los cables. Aunque aún le permitirán formar una conexión eléctrica adecuada con los otros componentes de la placa, indican tanto una aplicación de fundente incorrecta como problemas con la forma en que la soldadura se drena de su placa.

Las causas comunes de las banderas de soldadura incluyen:

• Drenaje lento de la soldadura de la máquina de soldadura por ola, lo que deja una cantidad excesiva de soldadura en el cable, que se "marcará" hacia un lado a medida que se drena.

• Rastros de soldadura que parecen bigotes, generalmente el resultado de fundente aplicado incorrectamente.

• Almacenamiento inadecuado de los cables de soldadura, lo que puede causar oxidación a la que la soldadura no podrá adherirse fácilmente.

El drenaje lento generalmente es causado por un control deficiente entre la separación de la ola de soldadura y la placa. En la mayoría de los casos, esto se debe a que el reflujo de la onda de soldadura no está configurado correctamente; asegúrese de que el suyo esté configurado para una onda de estilo "lambda". Si el reflujo de su ola de soldadura está configurado correctamente, la soldadura fluirá a la misma velocidad y en la misma dirección que la placa cuando se separe de la ola. Si lo necesita, puede ejecutarlo un poco más rápido. Sin embargo, ejecutarlo lentamente, o no ejecutarlo en absoluto, aumentará las banderas/picos de soldadura.

La oxidación puede ser el resultado de cables cortados o almacenados incorrectamente. Si sus clientes potenciales no se cortan internamente, consulte con su proveedor para ver cómo cortan sus clientes potenciales. Los extremos cortados al descubierto pueden hacer que los cables se oxiden, especialmente si se almacenan durante mucho tiempo. Si su taller corta los clientes potenciales internamente, tiene más control sobre cómo se cortan y almacenan, así como sobre cuánto tiempo permanecen almacenados. Estos tres factores dejan el plomo abierto a la oxidación, lo que hace que sea mucho más difícil humedecerlo con soldadura cuando llega el momento de pasarlo por la ola.

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