Informações de fabrico: Princípios e cuidados da soldadura por reflow

A tecnologia de soldadura por reflow no processo de montagem eletrónica é uma etapa fundamental para garantir uma ligação sólida entre os componentes e a PCB. Este artigo irá explorar os princípios de funcionamento da soldadura por reflow, ajudando todos a compreender melhor a importância desta tecnologia na melhoria da qualidade do produto e da eficiência da produção.

O que é a Soldadura por Reflow?

A soldadura por reflow, também conhecida apenas como reflow, é uma técnica de soldadura utilizada na Tecnologia de Montagem à Superfície (SMT) para fixar componentes eletrónicos a placas de circuito impresso. Utiliza-se um fluxo de ar quente para derreter e refundir a pasta de solda a altas temperaturas, formando ligações de soldadura fiáveis.

(Forno de Reflow)

Equipamento comum de soldadura por reflow

Soldadura por reflow com ar quente: Utiliza principalmente resistências de aquecimento, com circulação de ar quente em camadas dentro do forno para transferir o calor necessário à soldadura. Esta tecnologia oferece a vantagem de uma temperatura uniforme e controlável, além de garantir elevada estabilidade nas juntas de solda.

(Soldadura por reflow com ar quente)

Soldadura por reflow com azoto: Com base na soldadura por reflow com ar quente, adiciona-se azoto durante o aquecimento para reduzir os níveis de oxigénio no forno. Isto evita a oxidação dos terminais dos componentes durante a soldadura, melhora a molhagem da solda, reduz a formação de bolhas nas juntas de solda e aumenta a fiabilidade do processo.

(Soldadura por reflow com azoto)

Princípios de funcionamento da soldadura por reflow

A pasta de solda expande-se e contrai-se com o calor. Aproveitando esta propriedade, a pasta de solda previamente aplicada nas almofadas (pads) da PCB é aquecida até atingir o estado líquido e, ao arrefecer, forma uma ligação permanente entre os terminais dos componentes e as almofadas da placa.

As quatro zonas de temperatura da soldadura por reflow

Um forno de reflow está dividido em quatro zonas: pré-aquecimento, equalização térmica, reflow e arrefecimento. Cada zona desempenha um papel distinto no processo de soldadura, sendo por isso ajustada a uma temperatura específica.

(Quatro zonas de temperatura de um forno de reflow)

Zona de pré-aquecimento: Normalmente ajustada entre 60 °C e 130 °C, esta zona aquece previamente a PCB e os componentes. Se a PCB for aquecida demasiado rapidamente a partir da temperatura ambiente, pode ocorrer choque térmico, danificando tanto a placa como os componentes. O pré-aquecimento permite evitar tensões térmicas causadas por variações rápidas de temperatura, facilita a evaporação da humidade e de elementos voláteis da pasta de solda, reduz a formação de bolhas nas juntas de soldadura e garante boa qualidade de soldadura nas etapas seguintes.

Zona de equalização térmica: Normalmente ajustada entre 120 °C e 160 °C, esta zona aquece ainda mais a PCB, assegurando que a humidade presente nas almofadas de solda e nos terminais dos componentes seja completamente eliminada. Esta fase garante que a placa e os componentes atinjam uma temperatura uniforme antes de entrarem na zona de reflow, prevenindo defeitos causados por choque térmico nessa fase crítica.

Zona de reflow: Esta é a etapa mais importante do processo de soldadura por reflow. Ao entrar na zona de reflow, a temperatura sobe rapidamente até cerca de 245 °C, o suficiente para fundir a pasta de solda aplicada nas almofadas da PCB (a temperatura exata depende do ponto de fusão da pasta utilizada).

A solda fundida dissolve-se e espalha-se entre as almofadas da PCB e os terminais dos componentes, alcançando uma boa molhagem das superfícies. A ação capilar puxa a solda para os espaços entre os terminais dos componentes e as almofadas, garantindo uma ligação sólida e fiável.

Zona de arrefecimento: Nesta fase, a temperatura das juntas de solda é rapidamente reduzida para que a solda solidifique e forme uma ligação metálica estável. Ao entrar na zona de arrefecimento, a temperatura desce rapidamente e, à medida que a solda esfria e endurece, estabelece-se uma ligação permanente entre os terminais dos componentes e as almofadas da PCB.

(A velocidade de arrefecimento deve ser controlada para evitar tensões térmicas causadas por uma descida de temperatura demasiado brusca.)

A temperatura do forno de reflow deve ser determinada com base no ponto de fusão da pasta de solda, o qual varia consoante o tipo de solda utilizada.

● Por exemplo: A pasta de solda de baixa temperatura funde a cerca de 138 °C, exigindo uma temperatura de forno de aproximadamente 180 °C ±5 °C

● A pasta de solda de temperatura média funde a cerca de 178 °C, exigindo uma temperatura de cerca de 215 °C ±5 °C

● A pasta de solda de alta temperatura funde a cerca de 217 °C, exigindo uma temperatura de aproximadamente 245 °C ±5 °C

Perfil de temperatura da soldadura por reflow

Normalmente, para garantir a fusão completa da pasta de solda e obter bons resultados de soldadura, a temperatura do forno é definida ligeiramente acima do ponto de fusão da pasta.

Precauções

Soldadura em dupla face: De forma geral, para as PCBs de dupla face, deve-se soldar primeiro o lado com menos componentes ou componentes mais pequenos. Após o arrefecimento, procede-se à soldadura do outro lado. Durante este processo, a temperatura pode amolecer as juntas de solda do lado oposto, fazendo com que componentes maiores se soltem. Por isso, recomenda-se que os componentes grandes fiquem todos do mesmo lado da placa e que se solde primeiro o lado com os componentes maiores.

(PCB com componentes grandes)

Tolerância térmica dos componentes: A pasta de solda selecionada deve ser compatível com a resistência térmica dos componentes, garantindo que o seu ponto de fusão esteja dentro da faixa de temperatura segura para os mesmos.

Espaçamento entre almofadas (pads): Devido à tensão superficial da solda nas almofadas, um espaçamento muito reduzido pode causar curto-circuitos por ponte de solda. Recomenda-se manter um espaçamento mínimo de 0,3 mm entre as almofadas.

(Pads com espaçamento reduzido)