Processos de produção

2.3.1.

Soldadura por onda

A soldadura por onda [7, 8, 9, 10] é o método normalmente mais utilizado para a soldadura em massa de componentes through-hole [1]. Na soldadura por onda uma bomba cria uma onda de solda fundida sobre a qual passa a placa de circuito impresso. A solda fundida vai entrar em contacto com as superfícies da placa e com os pinos dos componentes levando à união mecânica entre o componente e o pad de cobre que se encontra na placa.

No processo de soldadura por onda uma placa com os componentes montados entra no forno de soldadura, onde lhe é aplicado o fluxo sendo depois pré-aquecida e movida pela cadeia transportadora em direção à onda de soldadura [1].

Neste método de soldadura, devido aos diferentes coeficientes de expansão térmica dos vários materiais, as PCI vão sofrer diferentes variações volumétricas em diferentes zonas das placas [11, 12], o que pode levar a problemas de fadiga térmica, falha mecânica das juntas de soldadura ou ainda a um empeno da placa.

A utilização deste método exige que seja realizada uma pré-fixação/montagem dos componentes na placa para que estes se encontrem nas devidas posições e suportem as forças exercidas pela onda de soldadura. Esta fixação/montagem dos componentes na placa no caso dos componentes do tipo SMD consegue-se através da deposição de um ou mais pontos de cola sobre a superfície da placa, de acordo com a dimensão do componente.

Figura 2.12 – Deposição de 1 ponto de cola a) e deposição de 2 pontos de cola b).

Depois do processo de colagem, os componentes são inseridos de forma automática nas suas posições quer no caso dos componentes do tipo through-hole quer nos componentes do tipo SMD. Após o processo de montagem estar concluído a placa está pronta para iniciar o processo de soldadura por onda.

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Figura 2.13- Componente SMD montado a) e componente THD montado b).

As placas com os componentes montados entram numa cadeia de transporte (conveyor) que as conduzem ao longo do forno de soldadura até estas serem soldadas pela onda de solda líquida. O forno tem a particularidade de possuir uma atmosfera controlada de azoto para garantir a não oxidação da solda (evitando a formação de escória e a oxidação da junta soldada).

O processo de soldadura por onda engloba três etapas distintas: fluxo, preaquecimento e soldadura como refere a Figura 2.14. De seguida são explicadas as três etapas principais de forma mais pormenorizada [1, 13].

Figura 2.14- Esquema do processo de soldadura. (Retirado de: http://www.vitronics-soltec.com em 28-08-2014.)

Na primeira etapa, a superfície da placa de circuito impresso é pulverizada com um revestimento que permite uma melhor aderência da solda e cuja principal finalidade é a de possibilitar a não oxidação do metal [14]. Assim, quando a placa entra na onda de soldadura o fluxo tem a função de limpar o componente e a área da placa (os pads) que vai ser molhada pela solda, pois quer o metal presente na placa quer o metal da onda estão normalmente cobertos com uma camada de óxidos, e se não existir uma remoção eficaz é difícil criar uma boa junta de soldadura.

Desta forma, tal como explicado acima, uma boa e eficaz aplicação do fluxo é fundamental para a obtenção de uma boa junta de soldadura, o que também significa um maior tempo de vida da placa.

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A segunda etapa, o preaquecimento da PCI, permite a ativação do revestimento através da evaporação do solvente do fluxo, garantindo uma temperatura uniforme na placa e reduzindo o choque térmico experienciado pelos componentes devido ao rápido aumento de temperatura produzido pelo contacto com a solda líquida (que se encontra a 250ºC ± 5ºC). Por outro lado, possibilita também a eliminação de resíduos que se encontrem sobre a superfície da placa [15, 16, 17]. O pré-aquecimento é normalmente realizado através de lâmpadas de infravermelhos, como mostra a Figura 2.15, ou então através de correntes de convecção de ar quente. Para garantir a evaporação do fluxo, a temperatura de preaquecimento deve estar compreendida entre os 95°C e os 130ºC (Anexo A).

Figura 2.15- Lâmpadas de infravermelho utilizadas no preaquecimento.

Por fim, os componentes são soldados à placa através da onda de soldadura, conhecida por ship ou turbulance wave, que é produzida com recurso a uma bomba que impele o metal líquido através de um bocal contra a placa. Ao molhar o componente e o pad no qual este se encontra montado dá-se a formação da junta de soldadura.

Pode ainda ser utilizada uma segunda onda, laminar ou whörtmann wave, que permite uma velocidade vertical maior e por isso expele melhor o fluxo, possibilitando a remoção de possíveis curtos-circuitos, garantindo assim bons pontos de soldadura [14].

Figura 2.16 - Curto-circuito entre dois pinos (solder bridge).

A utilização de duas ondas no processo de soldadura por onda é mais adequado para soldar placas que possuam simultaneamente componentes do tipo THD e SMD. O bocal da

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primeira onda está posicionado na direção do transporte e cria um fluxo turbulento ao longo da superfície da placa, o que permite uma melhor molhabilidade de todos os componentes. A segunda onda, como possui um bocal mais largo e uma componente de velocidade vertical maior comparativamente com a primeira, permite uma melhor penetração da solda líquida nos furos dos componentes THD garantindo uma melhor qualidade da soldadura.

Figura 2.17 - Primeira e segunda onda da máquina de soldadura por onda.

Assim, de uma forma muito genérica pode caracterizar-se o processo de soldadura da seguinte forma: a primeira onda aquece os pontos de contacto e faz uma pré-estanhagem e a segunda onda finaliza a soldadura, garantindo uma quantidade de solda suficiente em todos os pontos de soldadura, um bom acabamento e a remoção de curtos-circuitos.

2.3.2.

Soldadura por reflow

A soldadura por reflow [18, 1] é o método de soldadura mais utilizado atualmente na tecnologia de componentes do tipo surface mounted, cuja junta de soldadura é realizada pela fusão de uma pasta de solda que é previamente depositada na zona onde vão ser colocados os componentes. Assim, anteriormente ao processo de reflow, faz-se a deposição da solda em pasta nos pads dos componentes, normalmente com recurso a um processo de impressão por rolo, em que se utiliza uma placa metálica (stencil) que possui aberturas com as dimensões e a espessura requerida para se obter um determinado volume de solda nas posições onde se pretende soldar o componente.

O rolo é utilizado para fazer o varrimento da pasta de solda por todo o stencil e assim distribuir a pasta sobre a matriz depositando-se apenas pasta nos furos existentes, que correspondem à localização dos pads dos componentes [19]. Posto isto, os componentes são

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montados sobre a pasta de solda depositada e depois sofrem o processo de reflow, em que as placas, através de um conveyor, entram num forno que aquece toda a PCI até uma temperatura superior à temperatura de fusão da liga metálica, formando desta forma a ligação mecânica e elétrica do componente à placa.

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