Compreender os perfis de solda por refluxo para obter resultados consistentes

Se gere uma linha SMT, já sabe uma coisa: o forno de refluxo pode fazer o seu dia ou matar totalmente o seu rendimento.

Pode comprar um pick-and-place rápido. Pode utilizar uma pasta de qualidade superior. Mas se o perfil de soldadura por refluxo estiver errado, as placas para o controlador do seu congelador ou a placa de circuito impresso da máquina de lavar loiça continuam a apresentar aberturas, vazios e falhas de campo aleatórias. A QIAO vê este problema repetidamente quando fala com parceiros OEM e EMS.

Neste artigo, explicamos o que é realmente um perfil de soldadura por refluxo, como funcionam as quatro zonas e como as afinar para obter um resultado estável.

O que é um perfil de solda por refluxo?

A perfil de solda por refluxo é apenas uma curva de temperatura versus tempo que a placa de circuito impresso segue enquanto viaja pelo forno.

Esta curva é controlada com:

• Temperaturas das zonas
• Velocidade do transportador
• Fluxo de ar ou azoto

O objetivo é simples:

Aqueça toda a placa de forma controlada para que cada junta derreta, molhe e depois arrefeça num padrão seguro e repetível.

Para uma placa de circuito impresso de controlo de uma máquina de lavar louça comercial ou um controlador de congelador dentro de um armário com prateleiras de arame para máquinas de lavar loiça, Não queremos que passe apenas uma vez nas TIC. Quer-se que sobreviva a anos de vapor, vibração e ciclos de energia. Essa fiabilidade começa no forno de refusão.

Zonas de perfil de solda de refluxo chave para resultados consistentes

A maioria das linhas SMT sem chumbo utiliza um perfil de quatro zonas:

1. Pré-aquecer
2. Imersão (equalização térmica)
3. Refluxo / pico
4. Arrefecimento

Zona de pré-aquecimento no perfil de solda de refluxo

No zona de pré-aquecimento, A temperatura ambiente é aumentada para cerca de 150-180 °C.

• Rampa típica: cerca de 1-3 °C por segundo
• Principais tarefas:
  • Aquecer suavemente os componentes
  • Deixar que os solventes comecem a evaporar-se
  • Evitar o choque térmico para MLCCs e embalagens de plástico

Se a rampa for demasiado rápida, os condensadores 0402 podem rachar e a pasta pode “pipocar” ou cuspir bolas. Se a rampa for demasiado lenta, o tempo de ciclo fica louco e o comportamento da pasta altera-se de forma estranha.

Zona de imersão para soldadura por refluxo sem chumbo

No zona de imersão, Para obter o resultado final, o utilizador deve manter a placa entre 150 e 200 °C (algumas receitas sem chumbo vão um pouco mais longe) durante um determinado período de tempo.

• Tempo de imersão típico: cerca de 60-120 s
• Principais tarefas:
  • Equalizar a temperatura em toda a placa de circuito impresso (reduzir o ΔT)
  • Ativar o fluxo e limpar os óxidos
  • Preparar as almofadas e os eléctrodos para a humidificação

Em placas de tecnologia mista - por exemplo, uma placa de controlo que controla ventoinhas, aquecedores e iluminação dentro de um armário refrigerado com prateleiras de arame para máquinas de lavar loiça - a massa térmica varia muito. A imersão ajuda a que a pequena almofada do sensor e a grande perna do MOSFET atinjam temperaturas semelhantes antes de atingir o pico.

Refluxo / Zona de pico e tempo acima do nível de líquido (TAL)

No refluxo / zona de pico, a pasta derrete de facto.

Para ligas comuns sem chumbo (como o tipo SAC):

• A liga funde-se em torno de 217 °C
• Temperatura de pico normalmente definida para cerca de 20-40 °C acima do ponto de fusão
• TAL (tempo acima do nível de liquidez) frequentemente direcionados para 30-60 s

Se o TAL for demasiado curto, está a ver:

• Juntas de soldadura a frio
• Humedecimento deficiente
• Aberturas aleatórias que só aparecem após a vibração

Se o TAL for demasiado longo, ou se o pico for demasiado quente, está a ver:

• Crescimento de grão e camada intermetálica espessa
• Danos nos componentes
• Tábuas castanhas e demasiado cozinhadas

Este tipo de perfil parece simples no papel, mas na prática é complicado. Uma placa pesada para uma unidade de congelação com relés e transformadores não aquecerá da mesma forma que um controlador fino para tiras de luz LED no seu produtos personalizados.

Zona de arrefecimento e microestrutura da junta de soldadura

No zona de arrefecimento, A temperatura de manuseamento da placa é segura.

• Taxa de arrefecimento típica: cerca de 2-4 °C por segundo
• Principais tarefas:
  • Controlo da estrutura do grão na solda
  • Evitar fissuras e deformações
  • Bloqueio de articulações estáveis e fortes

Se o arrefecimento for demasiado rápido, corre-se o risco de fissuras de tensão e de levantamento da almofada. Se o arrefecimento for demasiado lento, os grãos de solda tornam-se grosseiros e a resistência mecânica diminui. Não quer que o seu controlador de máquina de lavar loiça morra só porque o suporte de fios foi batido alguns milhares de vezes.

Parâmetros típicos do perfil de solda de refluxo sem chumbo

Pode utilizar esta tabela como ponto de partida quando falar com o seu engenheiro de processos ou fornecedor de fornos. Os valores reais devem corresponder à folha de dados da pasta e aos limites dos componentes, mas os intervalos ajudam a enquadrar a discussão.

Não é necessário atingir todos os números na perfeição. Mas se correr muito para além desta janela e continuar a esperar um rendimento estável, isso é mais uma ilusão.

Defeitos comuns de SMT ligados a perfis de soldadura de refluxo

Quando o perfil está errado, o quadro diz-lhe. Aqui está uma tabela rápida que pode partilhar com a sua equipa.

Quando a QIAO visita parceiros EMS que constroem placas de controlo para componentes do congelador e componentes de unidades de refrigeração, Estes padrões surgem a toda a hora. Normalmente a história é: “Mudámos a pasta, mas ninguém refez o perfil do forno.” Depois, o RMA começa a subir lentamente.

Otimização prática do perfil de soldadura por refluxo em linhas reais

Iniciar a partir de limites de pasta e componente

Não comece com o “perfil dourado antigo” ou com o que o vendedor de fornos lhe deu em 2018.

Em vez disso:

• Ler o ficha técnica da pasta de solda (pico recomendado, TAL, taxa de rampa).
• Verificar temperatura máxima do componente (frequentemente 245-260 °C para os isentos de chumbo, mas depende).
• Utilize estes dois como calhas rígidas para a sua janela de perfil.

Por exemplo, se o controlador da máquina de lavar louça tiver relés grandes, MCU de passo fino e conectores para produtos personalizados sensores, o componente mais fraco define o seu teto.

Medir o perfil de solda de refluxo, não adivinhar

As placas reais nunca aquecem como na simulação.

Então, tu:

1. Fixar os termopares em:
   • Área mais pesada (transformador, indutor grande)
   • Zona mais leve (pequenos passivos)
   • Meio do quadro
2. Passar várias placas com um perfilador pelo forno.
3. Verifique cada curva em relação à especificação da pasta de solda e às suas regras internas.

O seu objetivo é manter todos os pontos de medição dentro da “janela de processo” permitida, e não apenas um ponto de sorte. É um trabalho aborrecido, mas que se traduz num rendimento estável.

Ver ΔT e o tempo acima de Liquidus (TAL)

Dois números-chave que muitas equipas ignoram:

• ΔT em toda a linha (diferença máxima de temperatura entre o ponto quente e o ponto frio)
• TAL em cada termopar

Se o ΔT for demasiado grande, obtém-se facilmente um tombstoning e resultados mistos em peças altas e curtas. Se TAL variar muito entre os cantos, algumas juntas mal derretem e outras ficam demasiado cozinhadas.

Uma regra simples para o trabalho quotidiano:

• Manter ΔT tão baixo quanto possível.
• Manter o TAL na banda recomendada para cada sonda, não apenas para o centro.

Trata-se de um verdadeiro discurso do sector, não de palavras de marketing. Os operadores e os profissionais de educação podem consultá-la todas as semanas.

Porque é que a consistência de refluxo é importante para projectos de estantes metálicas OEM / ODM

Poderá perguntar: “Nós só fabricamos hardware. Porque é que nos havemos de preocupar tanto com as curvas de refluxo?”

Veja um típico expositor comercial ou um sistema de lavagem de loiça:

• No interior da unidade existe uma placa de controlo, uma placa de alimentação e uma placa de sensores.
• Dentro da mesma unidade também há hardware como grelhas de arame, rede traseira, componentes para câmaras frigoríficas, e talvez prateleiras de arame para máquinas de lavar loiça.
• Se o controlador morrer num ano devido a uma má soldadura, todo o armário parece de baixa qualidade, independentemente da qualidade do aço e do revestimento.

A QIAO centra-se em Serviços de fabrico de estantes metálicas personalizadas, Mas participamos em muitas reuniões em que a verdadeira discussão não é apenas sobre o tamanho do fio ou o revestimento. Os compradores e os engenheiros também falam sobre:

• Tempo de funcionamento do armário nos supermercados
• Custo do serviço em hotéis e restaurantes
• Danos à marca quando o equipamento falha durante a hora de ponta

Os perfis de solda por refluxo estáveis são uma parte silenciosa da sua pilha de qualidade. Mantêm os controladores vivos, para que as suas prateleiras de arame, portas de congeladores e cestos de máquinas de lavar loiça possam fazer o seu trabalho sem dramas.