Istnieje wiele rodzajówmaszyny do lutowania na fali. Jednak podstawowe komponenty i zasady działania tych maszyn są takie same. Podstawowym wyposażeniem wykorzystywanym w procesie jest przenośnik taśmowy, który przesuwa płytkę drukowaną przez różne obszary, tacę lutowniczą używaną w procesie lutowania, pompę wytwarzającą rzeczywiste fale, rozpylacz topnika i podkładkę grzewczą. Lutem jest zwykle mieszanka metali.
Strumień
Topnik w procesie lutowania na fali ma cel główny i drugorzędny. Głównym celem jest oczyszczenie części przeznaczonych do lutowania, przede wszystkim wszelkiej warstwy tlenku, która mogła się uformować. Istnieją dwa rodzaje topników, korozyjne i niekorozyjne. Topniki niekorozyjne wymagają wstępnego czyszczenia i są stosowane, gdy wymagana jest niska kwasowość. Topniki korozyjne są szybkie i wymagają niewielkiego czyszczenia wstępnego, ale mają wyższy poziom kwasowości.
Podgrzewanie
Podgrzanie przyspiesza proces lutowania i zapobiega szokowi termicznemu.
Czyszczenie
Niektóre rodzaje topników, zwane topnikami „no-clean”, nie wymagają czyszczenia. Ich pozostałości po procesie lutowania są nieszkodliwe. Często topniki bez czyszczenia są szczególnie wrażliwe na warunki procesu, co może czynić je niepożądanymi w niektórych zastosowaniach. Jednak inne rodzaje topników wymagają etapu czyszczenia, w którym PCB jest myte rozpuszczalnikami i/lub wodą dejonizowaną w celu usunięcia pozostałości topników.
Wykończenie i jakość
Jakość zależy od odpowiedniej temperatury podczas podgrzewania i odpowiednio przygotowanej powierzchni.
Rodzaje lutu
Do wykonania lutu stosuje się różne kombinacje cyny, ołowiu i innych metali. Zastosowana kombinacja zależy od pożądanych właściwości. Najpopularniejsze kombinacje to stop SAC (cyna (Sn)/srebro (Ag)/miedź (Cu)) do procesów bezołowiowych oraz Sn63Pb37 (Sn63A), stop eutektyczny składający się z 63% cyny i 37% ołowiu. Ta ostatnia kombinacja ma wysoką wytrzymałość, mały zakres topnienia oraz szybkie topnienie i krzepnięcie (tj. nie ma zakresu „plastyczności” między stanem stałym i stopionym, jak w przypadku starszego stopu 60% Sn/40% Pb). Wyższe składy cyny dają lutowi wyższą odporność na korozję, ale podnoszą temperaturę topnienia. Innym powszechnym składem jest 11 procent cyny, 37 procent ołowiu, 42 procent bizmutu i 10 procent kadmu. Ta kombinacja ma niższą temperaturę topnienia i jest przydatna do lutowania części wrażliwych na ciepło. Przy wyborze stopu uwzględniane są również wymagania dotyczące środowiska i wydajności. Typowe ograniczenia obejmują ołów (Pb), gdy wymagana jest zgodność z dyrektywą RoHS, oraz czystą cynę (Sn), gdy istotna jest długoterminowa niezawodność.
Wpływ szybkości chłodzenia
Ważne jest, aby płytki PCB schładzały się w rozsądnym tempie. Jeśli ostygną zbyt szybko, płytka drukowana może zostać zniekształcona, co wpłynie na lutowanie. Z drugiej strony, jeśli płytki PCB ostygną zbyt wolno, staną się kruche, a niektóre elementy mogą ulec uszkodzeniu termicznemu. Płytki drukowane należy chłodzić drobnym strumieniem wody lub chłodzeniem powietrzem, aby zmniejszyć stopień uszkodzenia płytki.
Profilowanie termiczne
Profilowanie termiczne to pomiar kilku punktów na płytce drukowanej w celu określenia jej skoku termicznego podczas procesu lutowania. W produkcji elektroniki SPC (Statistical Process Control) pomaga określić, czy proces jest pod kontrolą, mierząc parametry rozpływu określone przez technikę lutowania i wymagania komponentów.
Wysokość fali lutowniczej
Wysokość fali lutowniczej jest kluczowym parametrem do oceny podczas konfigurowania procesu lutowania na fali. Czas kontaktu między falą a spawanym elementem jest zwykle ustawiony na 2 do 4 sekund. Ten czas kontaktu jest kontrolowany przez dwa parametry maszyny, prędkość przenośnika i wysokość fali, a zmiana któregokolwiek z tych dwóch parametrów spowoduje zmianę czasu kontaktu. Wysokość fali jest zwykle kontrolowana poprzez zwiększanie lub zmniejszanie prędkości pompy w maszynie. Jeśli wymagana jest bardziej szczegółowa dokumentacja, do oceny i sprawdzenia zmian można użyć uchwytu, który cyfrowo rejestruje czas kontaktu, wysokość i prędkość. Ponadto niektóre maszyny do lutowania na fali pozwalają operatorowi na wybór między gładką falą laminarną a falą „tańczącą” o nieco wyższym ciśnieniu.
