Penyolderan Gelombang vs. Reflow:Perbandingan Komprehensif untuk Perakitan PCB

Karena elektronik kontemporer menganut bobot yang ringan, peningkatan efisiensi, dan kecepatan tinggi, setiap bagian dari proses manufaktur juga sesuai dengan filosofi ini, termasuk perakitan papan sirkuit cetak (PCB). Penyolderan telah memainkan peran penting dalam menentukan keberhasilan produk elektronik, karena sambungan listrik berasal dari penyolderan yang presisi. Dibandingkan dengan penyolderan tangan, penyolderan otomatis telah banyak dipilih karena keunggulan akurasi dan kecepatannya yang tinggi, serta tuntutan volume besar dan efektivitas biaya yang tinggi. Sebagai teknologi penyolderan terkemuka untuk perakitan, penyolderan gelombang dan penyolderan reflow paling banyak diterapkan pada perakitan berkualitas tinggi; namun, perbedaan antara kedua teknologi tersebut masih membingungkan banyak orang, dan kapan masing-masing teknologi tersebut harus digunakan juga tidak jelas.

Gambar 1. Perbedaan menyolder, mengelas, dan mematri.

Sebelum melakukan perbandingan formal antara penyolderan gelombang dan penyolderan reflow, penting untuk memahami perbedaan antara penyolderan, pengelasan, dan penyolderan (Gambar 1). Secara singkat, pengelasan mengacu pada proses di mana dua logam serupa dilebur untuk disatukan. Mematri mengacu pada proses di mana dua potong logam diikat menjadi satu dengan memanaskan dan melelehkan bahan pengisi, atau paduan, pada suhu tinggi. Penyolderan sebenarnya adalah pematrian suhu rendah, dan pengisinya disebut solder.

Untuk perakitan PCB, penyolderan dilakukan melalui pasta solder. Penyolderan dengan pasta solder yang mengandung zat berbahaya seperti timbal, merkuri, dll disebut penyolderan timbal, sedangkan penyolderan dengan pasta solder tanpa zat berbahaya disebut penyolderan bebas timbal. Penyolderan timbal atau bebas timbal harus dipilih sesuai dengan kebutuhan spesifik produk yang dirancang agar PCB rakitan dapat digunakan.

Penyolderan Gelombang

Sesuai dengan namanya, penyolderan gelombang digunakan untuk menggabungkan PCB dan bagian-bagiannya melalui “gelombang” cair yang terbentuk sebagai hasil agitasi motor. Cairan tersebut sebenarnya adalah timah terlarut. Hal ini dilakukan dalam mesin solder gelombang (Gambar 2).

Proses penyolderan gelombang terdiri dari empat langkah:penyemprotan fluks, pemanasan awal, penyolderan gelombang, dan pendinginan.

1. Penyemprotan Fluks. Kebersihan permukaan logam adalah elemen dasar yang memastikan kinerja penyolderan, tergantung pada fungsi fluks solder. Fluks solder memainkan peran penting dalam kelancaran pelaksanaan penyolderan. Fungsi utama fluks solder termasuk menghilangkan oksida dari permukaan logam papan dan pin komponen; melindungi papan sirkuit dari oksidasi sekunder selama proses termal; mengurangi tegangan permukaan pasta solder; dan mentransmisikan panas.

2. Pra-Pemanasan. Dalam palet sepanjang rantai yang mirip dengan ban berjalan, papan sirkuit bergerak melalui terowongan panas untuk melakukan pemanasan awal dan mengaktifkan fluks.

3. Penyolderan Gelombang. Ketika suhu terus meningkat, pasta solder menjadi cair dengan gelombang yang terbentuk dari papan tepi yang bergerak ke atas. Komponen dapat direkatkan dengan kuat pada papan.

4. Pendinginan. Profil penyolderan gelombang sesuai dengan kurva suhu. Saat suhu mencapai puncak pada tahap penyolderan gelombang, suhu berkurang, yang disebut zona pendinginan. Setelah didinginkan hingga suhu kamar, papan akan berhasil dirakit.

Gambar 2. Contoh mesin solder gelombang.

Saat papan sirkuit ditempatkan pada palet yang siap untuk menjalani penyolderan gelombang, waktu dan suhu berkaitan erat dengan kinerja penyolderan. Dalam hal waktu dan suhu, mesin solder gelombang profesional diperlukan, sedangkan keahlian dan pengalaman perakit PCB jarang diperoleh dengan mudah karena bergantung pada penerapan teknologi terkini dan fokus bisnis.

Jika suhu diatur terlalu rendah, fluks tidak akan meleleh dengan baik, sehingga mengurangi kemampuan bereaksi dan melarutkan oksida dan kotoran pada permukaan logam. Selain itu, paduan tidak akan dihasilkan oleh fluks dan logam jika suhunya tidak cukup tinggi. Faktor lain seperti kecepatan pembawa pita, waktu kontak gelombang, dll. harus dipertimbangkan.

Secara umum, meskipun peralatan penyolderan gelombang yang sama digunakan, perakit yang berbeda menawarkan efisiensi produksi yang berbeda karena metode pengoperasian dan luasnya pengetahuan tentang cara mengoperasikan mesin.

Penyolderan Aliran Ulang

Penyolderan reflow secara permanen merekatkan komponen yang pertama kali menempel sementara pada bantalannya di papan sirkuit menggunakan pasta solder yang akan dicairkan melalui udara panas atau konduksi radiasi termal lainnya. Penyolderan reflow diimplementasikan dalam mesin yang disebut oven solder reflow (Gambar 3). Sesuai dengan definisinya, komponen listrik dipasang sementara pada bantalan kontak sebelum disolder menggunakan pasta solder.

Proses ini terutama berisi dua langkah. Pertama, pasta solder ditempatkan secara akurat pada setiap bantalan melalui stensil pasta solder. Kemudian, komponen ditempatkan pada bantalan dengan mesin pick-and-place. Penyolderan reflow yang sebenarnya tidak akan dimulai sampai persiapan tersebut dilakukan.

• Pra-Pemanasan. Langkah ini memiliki dua tujuan selama penyolderan reflow. Pertama, ini memungkinkan papan dirakit untuk secara konsisten mencapai suhu yang diperlukan agar sepenuhnya sesuai dengan profil termal. Kedua, ia bertanggung jawab untuk mengeluarkan pelarut mudah menguap yang terkandung dalam pasta solder. Jika tidak, kualitas penyolderan akan terganggu.

• Rendaman Termal. Sama halnya dengan wave soldering, reflow soldering juga bergantung pada flux yang telah terkandung pada pasta solder. Oleh karena itu, suhu harus mencapai tingkat di mana fluks dapat diaktifkan, atau fluks gagal menjalankan perannya dalam proses penyolderan.

• Penyolderan Aliran Ulang. Fase ini terjadi ketika suhu puncak tercapai, memungkinkan pasta solder dicairkan dan dialirkan kembali. Kontrol suhu memainkan peran penting dalam proses penyolderan reflow. Suhu yang terlalu rendah membuat pasta solder tidak dapat mengalir kembali secara memadai; suhu yang terlalu tinggi dapat menyebabkan kerusakan pada komponen atau papan teknologi pemasangan permukaan (SMT). Misalnya, paket ball grid array (BGA) berisi beberapa bola solder yang akan meleleh selama penyolderan reflow. Jika suhu penyolderan tidak mencapai tingkat optimal, bola-bola tersebut mungkin meleleh secara tidak merata, dan penyolderan BGA mungkin rusak karena pengerjaan ulang.

• Pendinginan. Suhu akan turun segera setelah suhu tertinggi tercapai. Pendinginan menyebabkan pasta solder mengeras, memperbaiki komponen secara permanen pada bantalan kontak di papan.

Gambar 3. Penyolderan reflow dilakukan dalam oven solder reflow.

Penyolderan reflow dapat diterapkan pada rakitan SMT dan teknologi lubang tembus (THT), tetapi terutama digunakan pada rakitan SMT. Dalam hal penerapan penyolderan reflow pada rakitan THT, pin-in-paste (PIP) biasanya diandalkan. Pertama, pasta solder mengisi lubang di papan. Kemudian, pin komponen dicolokkan ke dalam lubang, dengan pasta solder keluar di sisi lain papan. Terakhir, penyolderan reflow diterapkan untuk menyelesaikan penyolderan.

Penyolderan Gelombang vs. Penyolderan Reflow

Perbedaan antara penyolderan gelombang dan penyolderan reflow tidak dapat diabaikan karena banyak pengguna tidak tahu harus memilih yang mana saat membeli layanan perakitan PCB. Modifikasi dalam hal penyolderan cenderung menyebabkan perubahan pada keseluruhan proses pembuatan perakitan. Perubahan ini mencakup efisiensi produksi, biaya, waktu pemasaran, keuntungan, dll.

Gambar 4 mengilustrasikan perbedaan antara langkah-langkah proses penyolderan. Perbedaan mendasar antara penyolderan gelombang dan penyolderan reflow terletak pada penyemprotan fluks — penyolderan gelombang mencakup langkah ini, sedangkan penyolderan reflow tidak. Fluks memungkinkan penghapusan dioksida dan pengurangan tegangan permukaan pada material yang akan disolder. Fluks hanya berfungsi jika diaktifkan, sehingga memerlukan kepatuhan yang ketat terhadap kontrol suhu dan waktu. Karena fluks terkandung dalam pasta solder pada penyolderan reflow, kandungan fluks harus diatur dan dicapai dengan tepat.

Gambar 4. Perbedaan langkah proses penyolderan gelombang dan penyolderan reflow.

Cacat penyolderan tampaknya tidak dapat dihindari. Tidak mungkin untuk menentukan teknologi penyolderan mana yang menghasilkan lebih banyak cacat dibandingkan yang lain, karena prosesnya berbeda-beda setiap saat. Meskipun cacat penyolderan tidak dapat dihindari, frekuensinya dapat dikurangi ketika perakit mematuhi peraturan manufaktur perakitan profesional, dan sepenuhnya menyadari karakteristik dan kinerja semua peralatan di sepanjang jalur produksi. Selain itu, staf teknik harus berkualifikasi dan dilatih secara berkala agar dapat mengimbangi kemajuan teknologi modern.

Secara umum, penyolderan reflow bekerja paling baik untuk perakitan SMT, sedangkan penyolderan gelombang bekerja paling baik untuk perakitan THT atau DIP. Namun demikian, papan sirkuit hampir tidak pernah berisi SMD murni (perangkat pemasangan permukaan) atau komponen lubang tembus. Dalam hal perakitan campuran, SMT biasanya dilakukan terlebih dahulu dan kemudian dilakukan THT atau DIP, karena suhu yang diperlukan untuk penyolderan reflow jauh lebih tinggi daripada yang diperlukan untuk penyolderan gelombang. Jika urutan dua rakitan dibalik, pasta solder padat kemungkinan akan meleleh lagi, sehingga komponen yang disolder dengan baik akan mengalami cacat atau bahkan terjatuh dari papan.

Artikel ini ditulis oleh Dora Yang, Insinyur Teknis di PCBCart, Hangzhou, Tiongkok. Untuk informasi lebih lanjut, Klik Disini  .