¿Cuál es el perfil de reflujo para la soldadura Sn63Pb37 en un horno de reflujo de aire caliente?

Si trabaja en la fabricación de productos electrónicos, definitivamente ha oído hablar de la soldadura Sn63Pb37, también conocida como estaño-plomo eutéctico, la antigua y confiable que sigue siendo la opción para muchos trabajos de hornos de reflujo de aire caliente, incluso con todas las alternativas sin plomo que existen. Como alguien que vende hornos de reflujo de aire caliente todos los días, me hacen esta pregunta sin parar: ¿Cuál es elbien¿Perfil de reflujo para Sn63Pb37 en un horno de reflujo de aire caliente? Muchas personas con las que hablo usan un perfil genérico de un diseño de PCB antiguo o lo modifican tanto que terminan con juntas frías, desintegraciones o incluso componentes quemados. Analicemos esto como si estuviéramos disfrutando de un horno caliente después de un largo día en la línea SMT: sin jerga sofisticada, solo cosas reales y prácticas que han funcionado para cientos de nuestros clientes.

Primero, dejemos una cosa clara: Sn63Pb37 es eutéctico, lo que significa que se funde a unatemperatura exacta única—356°F (180°C). Aquí no hay una fase semifundida fangosa, razón por la cual ha sido el caballo de batalla durante décadas. Ese único punto de fusión no es negociable para el perfil, porque si no calienta la placa lo suficiente para alcanzar esa temperatura, la soldadura no se mojará adecuadamente y si la calienta demasiado rápido, dañará las pequeñas piezas de montaje en superficie (como resistencias 0201 o chips QFP) que no pueden soportar picos repentinos de temperatura.

Ahora, el horno de reflujo de aire caliente es la estrella aquí: diferentes tipos de hornos (como nuestro horno de reflujo de aire caliente de seis zonas de la gama en /reflow-soldering/6-zone-reflow-soldering/hw-r612-six-zone-reflow-soldering.html) cambiarán el funcionamiento de su perfil. Por ejemplo, un horno de convección con control de zona preciso (ese es el nuestro) es mucho más fácil de lograr este perfil que una configuración de reflujo antigua y obsoleta con calentamiento desigual. Siempre les digo a los nuevos clientes que la uniformidad del aire caliente del horno es la mitad de la batalla: si una zona está 20°F más caliente que otra, su perfil será basura sin importar cuán perfectos sean los números.

Repasemos el perfil paso a paso, tal como se lo explico a nuestros técnicos de servicio cuando capacitan a un nuevo operador de línea de fabricación. Cada perfil tiene cuatro fases principales, y Sn63Pb37 no es complicado con estas como lo son algunas soldaduras sin plomo.

1. Fase de precalentamiento (de 2 a 3 minutos en total)
   Esta es la parte que mucha gente se salta o se apresura, y ahí es donde comienzan los errores. El objetivo aquí es calentar toda la PCB y los componentes gradualmente desde temperatura ambiente hasta alrededor de 150 °C (302 °F) a 170 °C (338 °F) durante 2 a 3 minutos. ¿Por qué? Primero, activa el fundente de soldadura: si vierte calor sobre piezas frías, el fundente se quemará antes de que pueda limpiar la almohadilla y la bola de soldadura, lo que provocará una humectación deficiente. En segundo lugar, evita el choque térmico a los componentes. Una vez, un cliente probó un horno nuevo poniendo el precalentamiento al máximo en 30 segundos, y tenía una línea de tapas 0402 rompiéndose por la mitad. No hagas eso.

La velocidad de rampa aquí es clave: manténgala por debajo de 2 °C por segundo y nunca exceda los 3 °C por segundo. Los controles de zona de nuestro horno hacen que esto sea muy fácil porque puedes marcar cada zona de precalentamiento de forma independiente. Si está utilizando otro tipo de maquinaria de fabricación SMT, simplemente asegúrese de probar la velocidad de rampa con un termopar colocado en la parte más difícil de calentar de su placa (generalmente un IC grande o un conector pesado); ese es un truco que aprendí de un viejo ingeniero de SMT y ha salvado muchas líneas del tiempo de inactividad.

2. Fase de remojo (1 a 2 minutos en total)
   Espera, ¿no es lo mismo precalentar y remojar? No, el precalentamiento te acerca, el remojo te mantiene ahí. Esta fase es cuando mantienes la tabla a 150–170 °C (302–338 °F) durante 60 a 120 segundos. ¿Por qué? Deja salir toda la humedad de los componentes (importante para elementos como los circuitos integrados de plástico que pueden explotar si la humedad se calienta demasiado rápido) y garantiza que todas las partes de la placa estén a la misma temperatura. Si algunas almohadillas están a 160 °C y otras a 140 °C cuando alcanza el pico de reflujo, obtendrá uniones de soldadura desiguales.

Muchos operadores nuevos piensan que pueden omitir el remojo para acelerar la producción, pero he visto que eso cuesta más en retrabajo de lo que ahorra. Un cliente mío intentó reducir el tiempo de remojo de 90 segundos a 30 segundos para lograr un ciclo un 10 % más rápido y terminó con un 15 % de las tablas que necesitaban volver a trabajar porque el fundente no se activó correctamente. Limítese a 1 o 2 minutos aquí: los hornos de reflujo de aire caliente funcionan de manera eficiente, por lo que vale la pena agregar ese tiempo.

3. Fase de pico de reflujo (lo suficiente, no demasiado)
   Esta es la pieza decisiva del Sn63Pb37. Recuerde, es eutéctico, por lo que la temperatura máxima debe serjustopor encima del punto de fusión de 180°C (356°F). El punto óptimo es 183–188°C (361–370°F). No es un error tipográfico: sólo entre 5 y 10 grados por encima del punto de fusión. Si supera los 190 °C (374 °F), comienza a sobrecalentar el fundente, lo que deja residuos conductores o se corroen con el tiempo, y corre el riesgo de dañar componentes como LED o pequeños condensadores.

Mantenga el pico durante sólo 10 a 30 segundos. Si pasa más tiempo, tendrá problemas: las uniones de soldadura pueden volverse quebradizas y los componentes (especialmente aquellos con carcasas de plástico) pueden degradarse. La zona máxima de nuestro horno de reflujo de aire caliente de seis zonas está calibrada para alcanzar ese rango exacto de manera consistente, sin puntos calientes, razón por la cual tantos clientes nos cambian desde hornos más antiguos que no pueden lograr esto. Si está utilizando un horno básico más pequeño, solo asegúrese de monitorear el pico con un termopar; no confíe en la pantalla incorporada del horno, porque puede estar desviada entre 10 y 15 grados.

4. Fase de enfriamiento (lento es mejor)
   La mayoría de la gente olvida esta fase, pero es igualmente importante. Debes enfriar la placa gradualmente hasta que alcance la temperatura ambiente, o al menos por debajo de 100 °C (212 °F), durante 1 a 2 minutos. El enfriamiento lento evita el estrés térmico en la placa y los componentes, y permite que la soldadura forme una unión fuerte y uniforme. Si aplica aire frío a la placa inmediatamente después del reflujo, obtendrá una soldadura de enfriamiento rápido que es más frágil y propensa a romperse. Muchos hornos de reflujo de aire caliente (incluida nuestra línea en /reflow-soldering/6-zone-reflow-soldering/hot-air-reflow-oven.html) tienen zonas frías dedicadas por esta misma razón: no se necesita trabajo adicional, simplemente configúrelo y olvídese.

Espera, hablemos de variables que cambian este perfil, porque no hay dos placas exactamente iguales. Si tiene una placa con muchos planos de tierra o cobre pesado, deberá ajustar la fase de precalentamiento para que esas áreas gruesas tengan más tiempo para calentarse. Si está trabajando con piezas pequeñas como 0201 o 01005, es posible que desee reducir un poco la temperatura máxima y acortar el tiempo de retención máximo para evitar el desecho. El desecho ocurre cuando un extremo de una resistencia se calienta más rápido que el otro, por lo que se levanta como una lápida; el calentamiento lento y uniforme es su mejor defensa contra eso, razón por la cual es importante el buen rendimiento del horno de reflujo de aire caliente.

También me preguntan todo el tiempo sobre vsn (velocidad de ventilación) o la configuración del flujo de aire. Para Sn63Pb37, no necesita un flujo de aire increíblemente alto: nuestros clientes generalmente ejecutan un flujo de aire de zona del 50 al 70 % para precalentar y remojar, y hasta el 80 % para la zona máxima para asegurarse de que el calor se distribuya uniformemente. Un flujo de aire demasiado alto puede expulsar componentes pequeños de la placa, y un flujo de aire demasiado bajo significa un calentamiento desigual. Es un equilibrio, y ahí es donde un horno bien construido marca la diferencia.

También rompamos un mito común: algunos piensan que debido a que Sn63Pb37 es una soldadura más antigua, se puede usar cualquier perfil. No, probamos esto con un cliente hace unos meses que usó un perfil sin plomo (que alcanza un máximo de 217 °C, mucho más alto) para Sn63Pb37. Quemaron el 20% de los circuitos integrados de su línea en un día. No mezcle perfiles sin plomo y eutécticos: son para soldaduras diferentes y causarán dolores de cabeza.

Otro consejo profesional: verifique siempre su perfil con un termopar. Pégalo en la parte inferior del tablero (debajo de un componente grande, el más difícil de calentar) y sigue la temperatura en cada fase. Mantengo un termopar de repuesto en mi camión para cuando los clientes prueban nuestros hornos, porque muchos operadores principiantes no se dan cuenta de que la lectura de temperatura interna del horno no es la misma que la temperatura real de la placa. La uniformidad del horno de reflujo de aire caliente no es negociable aquí: si su horno tiene puntos calientes, su perfil es inútil sin importar los números que use.

Al final del día, el objetivo del perfil de reflujo Sn63Pb37 es simple: activar el fundente, calentar la placa de manera uniforme hasta justo por encima del punto de fusión de la soldadura, mantenerla el tiempo suficiente para que se humedezca bien y luego enfriarla lentamente. No es ciencia espacial, pero es lo suficientemente específico como para que tomar atajos le cueste tiempo y dinero.

Si está trabajando para actualizar su horno de reflujo de aire caliente para obtener perfiles consistentes como este, o si necesita ayuda para marcar un perfil para una placa específica, nuestro equipo está aquí para ayudarlo. Construimos maquinaria de fabricación para micro selección y colocación y soldadura de reflujo que está calibrada para un calentamiento uniforme y ajustes de perfil sencillos, para que pueda dejar de lidiar con retrabajos y comenzar a enviar buenas placas a tiempo. No dude en comunicarse si tiene preguntas: no solo vendemos hornos, también lo ayudamos a fabricar mejores productos.

Referencias
IPC-A-610H: Aceptabilidad de conjuntos electrónicos
IPC J-STD-001H: Requisitos para conjuntos eléctricos y electrónicos soldados
Procesamiento térmico en la fabricación de productos electrónicos: una guía práctica, segunda edición, Elsevier