Saldatura a onda vs. saldatura a riflusso

Saldatura a onda saldatura a onda e saldatura in riflusso è una delle più critiche che un ingegnere manifatturiero dovrà affrontare. La saldatura a onda rappresenta da decenni un pilastro dell’assemblaggio di componenti a foro passante, offrendo un’elevata produttività e una formazione affidabile dei giunti per le applicazioni appropriate. Comprendere come la saldatura a onda si confronta con la saldatura in riflusso aiuta i produttori ad allineare il proprio processo ai tipi di componenti utilizzati, alle caratteristiche della scheda e ai requisiti di volume produttivo.

La saldatura a onda e la saldatura in riflusso non sono tecnologie concorrenti in senso zero-sum. Ciascun metodo svolge uno scopo distinto all’interno dell’ecosistema della produzione elettronica. La saldatura a onda eccelle nel trattamento di componenti a inserimento passante, di schede miste e di linee di produzione ad alto volume, dove viene data priorità all’efficienza della saldatura per contatto. La saldatura in riflusso, al contrario, domina l’assemblaggio basato sulla tecnologia SMT (Surface-Mount Technology). Una scelta errata tra questi due processi può causare giunzioni difettose, costi maggiori di ritorno in lavorazione e ridotta affidabilità delle schede. Questo articolo illustra chiaramente le differenze tra i due metodi, consentendovi di effettuare la scelta corretta del processo.

Come funziona la saldatura a onda

Flusso del processo di saldatura a onda

La saldatura ad onda è un processo di saldatura di massa in cui una scheda a circuito stampato (PCB) passa sopra una vasca di saldatura fusa. Durante la saldatura ad onda, la scheda viene innanzitutto trattata con flussante per preparare i terminali dei componenti e le superfici delle piste, quindi preriscaldata per attivare il flussante e ridurre lo shock termico, e infine fatta passare su un’onda continua di saldatura fusa. L’onda di saldatura entra in contatto con il lato inferiore della scheda, bagnando i terminali e formando contemporaneamente i giunti su più componenti. La saldatura ad onda realizza ciò in un singolo passaggio controllato, rendendola estremamente efficiente per schede popolate con componenti a montaggio attraverso foro.

Le moderne macchine per saldatura a onda spesso incorporano sistemi a doppia onda, che combinano un'onda turbolenta chiamata 'onda per componenti' con un'onda laminare chiamata 'onda principale'. L'onda per componenti nella saldatura a onda rimuove i residui di flusso e le sacche d'aria dagli stretti spazi tra i componenti, mentre l'onda principale forma il giunto saldato finale. Questo approccio a doppia onda nella saldatura a onda ha ridotto in modo significativo difetti comuni quali cortocircuiti (bridging) e riempimento insufficiente, che erano più diffusi nei vecchi sistemi di saldatura a singola onda. L'intero ciclo di saldatura a onda, dall'applicazione del flusso al raffreddamento finale, è controllato con precisione tramite parametri quali la velocità del nastro trasportatore, la temperatura di preriscaldo, la temperatura del bagno di saldatura e l'altezza dell'onda.

Materiali e configurazione nella saldatura a onda

La saldatura a onda richiede un'apposita vasca per saldatura accuratamente mantenuta, solitamente riempita con leghe stagno-piombo o prive di piombo, come la SAC305. La chimica del flussante utilizzata nella saldatura a onda viene scelta in base ai requisiti di pulizia del circuito stampato e alla preferenza per un processo "no-clean" o a base acquosa. Nella saldatura a onda vengono spesso impiegati supporti o dispositivi di fissaggio (pallet o fixture) per mascherare i componenti montati in superficie sul lato inferiore di assemblaggi misti, proteggendoli dall'onda di saldatura fusa. Una progettazione adeguata dei dispositivi di fissaggio è essenziale nella saldatura a onda per prevenire difetti di ombreggiatura e garantire la completa formazione del giunto su ogni terminale passante.

Come funziona la saldatura in rifusione

Flusso del processo di saldatura in rifusione

La saldatura in rifusione utilizza una pasta saldante, che è una miscela di flussante e particelle di saldatura, applicata sulla scheda tramite serigrafia prima del posizionamento dei componenti. Una volta posizionati i componenti a montaggio superficiale, la scheda transita in un forno per saldatura in rifusione, dove viene riscaldata secondo una curva di temperatura accuratamente profilata. Questa curva comprende una zona di preriscaldamento, una zona di mantenimento (soak), una zona di picco di rifusione e una zona di raffreddamento. A differenza della saldatura ad onda, la saldatura in rifusione non prevede il contatto della scheda con un bagno di saldatura fuso. Invece, la pasta saldante si fonde sul posto e si rifonde intorno a ciascun pad del componente, formando il giunto durante il raffreddamento.

La saldatura in forno a ricircolo è ideale per dispositivi a montaggio superficiale con passo fine, array a griglia di sfere (BGA) e altri componenti che richiedono una deposizione precisa della pasta saldante e profili termici controllati. Il processo di saldatura in forno a ricircolo consente un’altissima densità di componenti, motivo per cui domina la produzione moderna di elettronica di consumo e di schede a circuito stampato industriali compatte. Tuttavia, la saldatura in forno a ricircolo non è progettata per gestire i componenti a foro passante con refe, che invece vengono trattati in modo particolarmente efficace mediante saldatura ad onda. In molti assemblaggi avanzati, sia la saldatura ad onda che quella in forno a ricircolo vengono utilizzate in sequenza sulla stessa linea di produzione.

Controllo del profilo termico nella saldatura in forno a ricircolo

Una delle principali differenze tra la saldatura a riflusso e la saldatura ad onda è il grado di personalizzazione del profilo termico. I forni per la saldatura a riflusso consentono agli ingegneri di impostare zone di temperatura indipendenti e velocità del nastro trasportatore, generando un profilo termico unico per ciascun tipo di scheda. Anche la saldatura ad onda richiede una gestione termica, ma i terminali dei componenti nella saldatura ad onda sono esposti al contatto con la saldatura per una durata molto più breve rispetto all’esposizione termica completa prevista nel ciclo di un forno a riflusso. Entrambi i processi richiedono una taratura accurata del profilo termico, ma i modi di guasto e i tipi di difetto differiscono notevolmente tra saldatura ad onda e saldatura a riflusso.

Scelta tra saldatura ad onda e saldatura a riflusso

Tipo di componente come fattore decisionale primario

Il fattore principale che determina la scelta tra saldatura ad onda e saldatura a riflusso è il tipo di componenti presenti sulla scheda. La saldatura ad onda è il metodo standard del settore per i componenti a montaggio attraverso foro, come connettori, condensatori di grandi dimensioni e gruppi trasformatore. Questi componenti presentano terminali che passano attraverso fori praticati nella scheda a circuito stampato (PCB), e la saldatura ad onda riempie tali fori con saldatura in modo efficiente e affidabile. La saldatura a riflusso è la soluzione preferita per i componenti a montaggio superficiale, inclusi resistori, condensatori, circuiti integrati (IC) e pacchetti a passo fine che non possono resistere all’immersione in un’onda di saldatura fusa. Quando una scheda contiene sia componenti a montaggio attraverso foro che componenti a montaggio superficiale, la saldatura ad onda viene spesso eseguita come operazione secondaria dopo che la saldatura a riflusso ha completato l’assemblaggio dei componenti a montaggio superficiale.

Volume di produzione, costo e complessità della scheda

La saldatura a onda offre generalmente un costo per giunzione inferiore in caso di produzioni su larga scala, poiché consente di saldare contemporaneamente molte giunzioni in un unico passaggio. Per schede con un elevato numero di componenti a foro passante, la saldatura a onda riduce i tempi di ciclo e il lavoro manuale rispetto ad alternative come la saldatura selettiva o la saldatura manuale. La saldatura a riflusso richiede un passaggio di stampa della pasta saldante e l’impiego di attrezzature per il posizionamento preciso, il che aumenta la complessità del setup, ma garantisce risultati eccezionali per schede SMT ad alta densità. Nei casi in cui un produttore realizza su larga scala schede con tecnologia mista, l’integrazione della saldatura a onda e della saldatura a riflusso in una linea completa è sia tecnicamente valida che economicamente giustificata. Il passaggio di saldatura a onda gestisce tutte le giunzioni a foro passante, mentre la saldatura a riflusso copre il lato SMT, creando così un processo di assemblaggio completo e affidabile.

Per la produzione a basso volume o per prototipi, la saldatura selettiva può offrire vantaggi rispetto alla saldatura a onda, poiché evita la necessità di utilizzare dispositivi di mascheratura per la saldatura. Tuttavia, per volumi di produzione in cui la saldatura a onda è fattibile, essa rimane uno dei metodi di saldatura più economici e collaudati disponibili per i produttori di componenti elettronici. La valutazione congiunta della progettazione della scheda, del mix di componenti e del volume annuale guiderà la decisione finale tra saldatura a onda, saldatura in riflusso o una combinazione di entrambi.

Domande frequenti

La saldatura a onda può essere utilizzata per componenti montati in superficie?

La saldatura a onda non è generalmente utilizzata come processo principale per i componenti a montaggio superficiale (SMT). Tuttavia, la saldatura a onda può essere impiegata per saldare i componenti SMT presenti sul lato inferiore della scheda, previa fissazione con adesivo prima del passaggio nella saldatrice a onda. Questo approccio richiede una selezione accurata dei componenti e una corretta polimerizzazione dell’adesivo, poiché non tutti i componenti SMT sono in grado di resistere al contatto diretto con l’onda fusa. I dispositivi a passo fine e i BGA non vengono mai sottoposti a saldatura a onda a causa del rischio di cortocircuiti (bridging) e danni termici.

Quali sono i difetti più comuni nella saldatura a onda?

I difetti più comuni nella saldatura ad onda includono ponticelli, quantità insufficiente di saldatura, salti di saldatura e stalattiti. I ponticelli nella saldatura ad onda si verificano quando la saldatura collega due piedini adiacenti che dovrebbero rimanere isolati. Una quantità insufficiente di saldatura nella saldatura ad onda è solitamente causata da un’attività insufficiente del flussante, da una velocità del nastro trasportatore errata o da un tempo di contatto con l’onda inadeguato. Le stalattiti nella saldatura ad onda si formano quando la saldatura aderisce a un piedino mentre la scheda esce dall’onda. L’ottimizzazione adeguata dei parametri di saldatura ad onda e la manutenzione regolare della vasca di saldatura e dell’ugello dell’onda sono fondamentali per ridurre al minimo questi difetti.

La saldatura ad onda è ancora rilevante nella moderna produzione di PCB?

La saldatura a onda rimane estremamente rilevante nella moderna produzione di PCB, in particolare per applicazioni industriali, automotive ed elettroniche di potenza, dove i componenti a montaggio attraverso foro sono ancora ampiamente utilizzati per la loro resistenza meccanica e capacità di trasporto di corrente. La saldatura a onda è inoltre fondamentale negli assemblaggi a tecnologia mista, in cui connettori a montaggio attraverso foro e componenti SMT coesistono sulla stessa scheda. Sebbene la saldatura in riflusso abbia ampliato la propria quota di mercato parallelamente alla diffusione della tecnologia a montaggio superficiale, la saldatura a onda continua a svolgere un ruolo vitale e insostituibile nei flussi di lavoro completi di assemblaggio dei PCB.