¿Cómo crear un perfil para un horno de reflujo?

Hola, si estás metido en el ensamblaje SMT, sabrás que el perfil de un horno de reflujo no es solo un montón de números en una pantalla, es lo que hace o deshace tus placas soldadas. Como alguien que ha trabajado con equipos de soldadura por reflujo durante años, he visto a muchos equipos saltarse la configuración del perfil y terminar con juntas frías, desintegraciones o incluso componentes dañados. Hoy, explicaré exactamente cómo construir un perfil de horno de reflujo sólido que funcione, sin necesidad de jerga sofisticada. Vamos a sumergirnos.

Primero, seamos realistas: un mal perfil no es sólo una molestia: puede acabar con el rendimiento de la producción y costarle mucho dinero. He visto a clientes ejecutar la “configuración predeterminada del horno” y se preguntan por qué sus placas sin plomo siguen fallando las inspecciones. La verdad es que cada placa es diferente y su perfil debe coincidir con su pasta de soldadura, sus componentes y su horno. Si está buscando equipo confiable para que sus perfiles funcionen, consulte opciones como nuestro horno de reflujo de 3 zonas o nuestro sistema de soldadura por reflujo multifunción de ocho zonas que es perfecto para ensamblajes mixtos.

Espere, antes de continuar con los pasos, cubramos los conceptos básicos que necesita por adelantado. No puede crear un perfil ciego; necesita tres cosas clave: sus especificaciones de soldadura en pasta, su mezcla de componentes y las capacidades de su horno. Para la soldadura en pasta, el estándar sin plomo (como SAC305) ahora es estándar, por lo que deberá cumplir con el tiempo recomendado por encima del líquido (TAL), generalmente de 60 a 90 segundos, y la temperatura máxima de alrededor de 245 °C. Si está trabajando con pasta con plomo, la temperatura es más baja, alrededor de 217 °C como máximo. Luego, los componentes: las pequeñas resistencias 0201 necesitan un calentamiento diferente al de los BGA grandes o las piezas sensibles al calor como los LED. ¿Y tu horno? No todos los hornos de reflujo son iguales. Nuestro horno de soldadura por reflujo de diez zonas HW-R10 para ensamblaje SMT le brinda mucho más control de zona que los modelos más pequeños de 2 zonas, lo que cambia las reglas del juego para un calentamiento uniforme en placas complejas. Si se trata de tiradas de gran volumen, nuestro horno de reflujo de doble transportador de ocho zonas HW-R816Z para SMT le permite procesar dos tamaños de tableros a la vez sin contaminación cruzada, mientras que nuestro horno de reflujo de cinta de malla de ocho zonas HW-R816E para la línea SMT funciona muy bien para tableros delicados a los que no les gustan los transportadores rígidos.

Ahora, paso uno: prepare su placa y sus termopares. Esta es la parte que la mayoría de la gente arruina. No puedes simplemente colocar un termopar en cualquier lugar; debe representar los puntos más calientes y más fríos de tu tablero. Por ejemplo, si tiene un BGA en el medio y pequeños SMD en los bordes, deberá colocar termopares en ambos. Normalmente hago de 5 a 6 puntos: uno en un componente grande (como un conector o BGA), uno en un 0402 o 0201 pequeño, uno en el borde de la placa, uno en una almohadilla térmica (si estás usando uno) y dos extras para detectar anomalías. Consejo profesional: use soldadura de alta temperatura o cinta Kapton para conectar termopares; la cinta adhesiva se derretirá a mitad del reflujo y le dará datos incorrectos. Si recién está comenzando y necesita equipo para concretar este proceso, nuestra gama de equipos de fabricación de PCB para circuitos electrónicos tiene todas las herramientas que necesita para lograr perfiles consistentes en todo momento.

Paso dos: divide tu perfil en las cuatro fases clave y no las apresures. El horno aumenta en etapas por una razón: demasiado rápido y la tabla se deforma; demasiado lento y la pasta de soldadura comienza a oxidarse. Analicemos cada fase simplemente:

1. Fase de precalentamiento: aquí es donde se pasa de la temperatura ambiente a aproximadamente 150 °C, y debería tomar entre 60 y 120 segundos en total. El objetivo aquí es evaporar todo el solvente de la soldadura en pasta sin quemarlo. Si su aceleración es más rápida que 1-2 °C por segundo (°C/s) aquí, obtendrá salpicaduras o una pasta que no será uniforme. Siempre apunto a 0,8-1,2°C/s para el precalentamiento: lo suficientemente lento para evitar que los componentes se agrieten, lo suficientemente rápido para mantener los tiempos de ciclo razonables. No hay necesidad de subir la temperatura aquí; Se trata de secar, no de soldar.

2. Fase de remojo: A continuación, se mantiene a 150-180°C durante 60-90 segundos. Esta es la parte subestimada del perfil: aquí es donde el fundente activa y elimina la oxidación de las pastillas y los cables de los componentes. Si omites o escatimas en el remojo, terminarás con porros fríos que se ven bien pero fallan más tarde. No es necesario que la temperatura de remojo sea exacta, pero debe ser constante en todos los ámbitos. Nuevamente, observe la rampa desde el precalentamiento hasta el remojo; manténgala por debajo de 1,5 °C/s para evitar impactos en los componentes. Para tableros con una mezcla de piezas grandes y pequeñas, un mayor tiempo de remojo puede ayudar a que todos los componentes alcancen la temperatura de manera uniforme.

3. Fase de reflujo: esta es la parte caliente. En primer lugar, se pasa de la temperatura de remojo a la temperatura máxima de 0,5 a 1 °C/s; no más rápido, lo digo en serio. Si superas 1°C/s aquí, obtendrás un choque térmico en los BGA o QFP, lo que puede causar grietas internas que no puedes ver. La temperatura máxima depende de su soldadura en pasta: sin plomo es de 240-250°C, con plomo es de 210-220°C. La clave aquí es el tiempo por encima del líquido (TAL); para productos sin plomo, es de 60 a 90 segundos. No querrás tener muy poco TAL (el fundente no hace su trabajo) o demasiado (los componentes se sobrecalientan). Por lo general, configuro las temperaturas de mi zona de reflujo para que la placa alcance el líquido al final de la rampa y luego se mantenga justo por encima del líquido durante esa ventana TAL antes de alcanzar su punto máximo.

4. Fase de enfriamiento: por último, baja la temperatura rápidamente (como 2-3 °C/s) hasta alrededor de 50 °C antes de descargar. El enfriamiento rápido forma una buena capa intermetálica de estaño y plomo, que fortalece las uniones. Si se enfría demasiado lento, se obtienen uniones quebradizas, especialmente si no contienen plomo. Sin embargo, evite arrojar aire frío a la placa demasiado rápido; las caídas repentinas de temperatura pueden causar deformaciones en las placas de circuito impreso grandes. Nuestros hornos de reflujo tienen zonas frías integradas que le permiten ajustar las velocidades de rampa, por lo que puede modificarlas para que coincidan con su tabla sin tener que adivinar.

Espera, hablemos de probar tu perfil, porque la primera versión nunca es perfecta. Una vez que haya configurado las temperaturas de su zona, ejecute una placa de prueba y verifique los datos del termopar. Busca el punto más frío: si tu borde está 10°C más frío que tu centro, necesitas aumentar un poco la temperatura de esa zona para la siguiente carrera. Si un BGA se calienta más que el resto, es posible que deba reducir esa zona o ajustar la velocidad de rampa. Siempre hago al menos tres pruebas antes de bloquear un perfil; la producción no es lugar para conjeturas. Y si está actualizando su horno para obtener un mejor control de zona para perfiles más precisos, nuestra gama tiene opciones como el horno de reflujo con correa de malla de ocho zonas HW-R816E para la línea SMT, que tiene calefacción de zona independiente para fijar puntos fríos/calientes en cualquier placa.

Errores comunes que veo todo el tiempo: Primero, ignorar la masa térmica del componente. Un gran disipador de calor en un circuito integrado de potencia necesitará más calor que una pequeña resistencia 0201, por lo que su perfil no puede ser igual para todos. En segundo lugar, acelerar el proceso de aceleración. Una vez, un cliente ejecutó un perfil con precalentamiento de 3°C/s y la mitad de sus BGA tenían grietas internas que aparecieron 100 placas después: una pesadilla total. En tercer lugar, no calibrar las zonas de su horno. Los hornos varían con el tiempo, por lo que debes verificar las temperaturas de la zona cada 3 meses o si notas problemas en el perfil. Nuestro equipo puede ayudarlo a calibrar su horno, o si está buscando una nueva unidad confiable, consulte nuestra línea de soldadura por reflujo multifunción de ocho zonas que está precalibrada para perfiles consistentes desde el primer día.

Otra cosa: perfiles sin plomo versus perfiles con plomo. No son intercambiables. La soldadura con plomo se funde a 183°C, por lo que TAL dura entre 30 y 60 segundos, la temperatura máxima es de alrededor de 217°C. El plomo sin plomo también se funde a ~217 °C, pero necesita una temperatura máxima más alta y un TAL más largo porque las aleaciones SAC son menos fluidas. Si está cambiando entre ejecuciones con y sin plomo, debe ajustar todo su perfil; simplemente cambiar la temperatura de una zona no será suficiente. Es por eso que ayuda un horno de reflujo con más zonas: nuestro horno de soldadura por reflujo de diez zonas HW-R10 para ensamblaje SMT le permite ajustar cada sección para que coincida con diferentes tipos de soldadura sin estropear todo el perfil.

Ahora, juntándolo todo para las tiradas de producción. Una vez que su perfil esté bloqueado, ¡documentelo! Anote la temperatura de cada zona, las velocidades de rampa, el tiempo por fase y el TAL. Si el diseño de una placa cambia, pruebe primero un perfil nuevo, no se limite a modificar el anterior. Siempre mantengo un registro de perfil para cada tipo de tablero que ejecutamos; si un cliente tiene un lote defectuoso, podemos regresar y verificar si el perfil estaba incorrecto, no el diseño del tablero. Y si ejecuta una producción de gran volumen, los hornos como nuestro horno de reflujo de doble transportador y ocho zonas para SMT HW-R816Z le permiten procesar varias placas a la vez, para que pueda mantener perfiles consistentes mientras produce piezas sin sacrificar la calidad.

Al final del día, un buen perfil de horno de reflujo tiene que ver con equilibrar el tiempo, la temperatura y las necesidades de componentes. No es ciencia espacial, pero sí requiere atención al detalle. Si tiene problemas con malos rendimientos, uniones inconsistentes o necesita actualizar su equipo de soldadura por reflujo para lograr mejores perfiles, nuestro equipo está aquí para ayudarlo. Trabajamos con todo tipo de equipos SMT, desde pequeños talleres hasta grandes fabricantes de equipos originales, así que no dude en comunicarse con nuestro equipo de ventas para analizar sus necesidades, ya sea que esté buscando una unidad compacta como nuestro horno de reflujo de 3 zonas o un sistema de alto rendimiento para placas complejas.

Referencias

1. J. Liu, Diseño de procesos SMT para soldadura por reflujo, Elsevier, 2018.
2. IPC-7530, Directrices para el retrabajo, la reparación y el montaje de conjuntos electrónicos, Association Connecting Electronics Industries, 2020.
3. K. Gilleo, Tecnología de montaje en superficie: principios y práctica, McGraw-Hill, 2019.