Come evitare l'effetto "tombstoning" nella saldatura a rifusione?

Andiamo al sodo: il tombstoneing nella saldatura a rifusione è uno dei grattacapi più fastidiosi e costosi che incontriamo come fornitori di saldature a rifusione. Sei a metà corsa, stai eseguendo un rapido controllo della scheda dopo il riflusso e, boom, il tuo minuscolo chip resistore si alza come una minuscola lapide, con un'estremità saldata piatta e l'altra sospesa a mezz'aria. Questo piccolo difetto non fa solo sprecare parti e tempo; può far deragliare un intero lotto di produzione, intaccare i tuoi margini e indurre i tuoi clienti a chiedersi se hai regolato il tuo processo. Nel corso degli anni abbiamo risolto centinaia di questi problemi sia per i piccoli negozi che per i grandi OEM, quindi oggi sto analizzando esattamente come evitare la rimozione definitiva, niente lanugine, solo cose reali e utilizzabili che abbiamo testato nella nostra struttura.

Per prima cosa, entriamo nella stessa pagina su ciò che effettivamente causa la rimozione definitiva, perché non puoi risolvere qualcosa se non ne conosci la radice. Tutto si riduce alla tensione superficiale irregolare della saldatura fusa. Quei minuscoli componenti del chip (come i resistori 0402 o 0201, molto popolari al giorno d'oggi) hanno cuscinetti di saldatura su ciascuna estremità. Quando la saldatura si scioglie, le due estremità tirano con forza diversa: un lato ha un po' più di saldatura, oppure la saldatura si scioglie un po' prima, quindi tira il componente in posizione verticale. Aggiungi un piccolo disallineamento dei componenti o temperature instabili del forno e avrai una lapide prima di poter dire "profilo di riflusso".

Ora parliamo delle soluzioni, iniziando da quelle facili da risolvere prima ancora di accendere il forno. La precisione del prelievo e del posizionamento non è negoziabile qui. Se il tuo componente è spostato di 0,1 mm o più su un pad, questa è metà della battaglia per la rimozione definitiva. Abbiamo visto negozi risparmiare con macchine pick-and-place manuali o vecchie macchine malconce, ed è qui che iniziano i problemi. Investire in solide apparecchiature automatizzate è fondamentale: dai un'occhiata a questi robot desktop automatizzati per il prelievo e il posizionamento che eliminano ogni dubbio dall'allineamento perfetto di piccole parti ogni volta. Niente più errori umani, niente più giunti di saldatura sbilenchi. Non è solo per le grandi corse; anche i lavori in lotti di piccole dimensioni traggono vantaggio dal posizionamento coerente delle parti, motivo per cui molti dei nostri clienti giurano su questo dispositivo di ridurre i difetti di rimozione quasi a zero.

Prossimo: la configurazione dello stencil e della pasta saldante. È qui che l'80% delle lapidi viene stroncato sul nascere, che ci crediate o no. Lo spessore dello stencil e la dimensione dell'apertura devono essere adatti ai componenti che stai utilizzando. Se metti troppa pasta saldante su una piazzola, quel lato tira più forte una volta fuso e crea una lapide. Per parti ultra-piccole come 0201, di solito consigliamo uno spessore dello stencil di 0,1 mm, non più spesso: gli stencil più spessi scaricano troppa pasta. Inoltre, le forme dell'apertura sono importanti: non utilizzare un'apertura quadrata per un pad componente rettangolare; utilizzare un'apertura leggermente sagomata che corrisponda perfettamente alle dimensioni del tampone, in modo da non sovrastampare su un lato. Diciamo sempre ai clienti di testare prima le stampe con stencil con un pannello di scarto, contare la quantità di pasta per tampone e regolare fino al raggiungimento del livello prima di passare alla produzione completa. Passaggio semplice, ma elimina tanti problemi evitabili.

Poi arriva il grosso: il tuo profilo di riflusso. È qui che molti negozi sbagliano, aumentando le temperature troppo velocemente o riscaldando in modo non uniforme su tutta la linea. La rimozione definitiva avviene più spesso quando un'estremità del componente raggiunge la temperatura del liquidus (il punto di saldatura si scioglie) molto prima dell'altra. Quella saldatura a fusione precoce solleva la parte prima che il secondo lato sia pronto per essere attaccato. Allora qual è la soluzione qui? Un aumento lento e controllato nella zona di preriscaldamento, seguito da un periodo di ammollo delicato e da una temperatura di picco uniforme in ogni parte della tavola. Se il tuo forno attuale presenta punti caldi su un bordo o angoli freddi, è ora di aggiornarlo. Per tirature di volumi medio-alti, il nostro forno di riflusso a doppio trasportatore a otto zone HW-R816Z per SMT è un punto di svolta. Le doppie zone ti consentono di regolare la temperatura in modo indipendente sull'intero trasportatore, in modo da poter eliminare i punti caldi e garantire che ogni pad di saldatura si riscaldi in modo uniforme, indipendentemente da dove si trova sulla scheda. Abbiamo utilizzato questo forno per ridurre i tassi di rimozione dal 2,5% a meno dello 0,1% per un cliente che lottava con difetti costanti. Se hai un budget più limitato, la saldatura a riflusso a quattro zone HW-R406 è ancora solida: assicurati solo di calibrarla ogni mese per mantenere le zone bilanciate, senza scorciatoie.

Aspetta, torniamo anche ai componenti e al design della scheda, perché questo è un altro pezzo del puzzle. Alcuni componenti sono molto più inclini alla rimozione definitiva rispetto ad altri: resistori piccoli e super sottili o condensatori con massa ridotta. Se il design della tua scheda mette più di queste minuscole parti vicine, il calore delle parti adiacenti può farle sciogliere in modo non uniforme. Il nostro consiglio è di lasciare un po' di spazio tra i componenti (almeno 0,5 mm per le parti 0201) in modo che ciascuno riceva un calore costante ed evitare di raggruppare troppe parti di massa ridotta in un'unica area. Inoltre, assicurati che i pad di saldatura siano dimensionati correttamente: né troppo grandi, né troppo piccoli. Se un pad è sovradimensionato, otterrai più saldatura che può tirare in modo non uniforme; troppo piccolo e potresti comunque avere articolazioni deboli.

Non dormire nemmeno sulla manutenzione. Le vecchie apparecchiature sono un colpevole nascosto della lapidazione. Se la tua macchina pick-and-place ha un ugello usurato che non afferra il componente dritto, ogni volta posizioni le parti in modo storto. Se gli elementi riscaldanti del tuo forno a rifusione stanno morendo o il trasportatore è disallineato, non otterrai un calore uniforme. Chiediamo a tutti i nostri clienti di programmare controlli mensili sui loro macchinari di produzione smt: pulire lo stencil, calibrare le zone del forno, sostituire gli ugelli pick-and-place quando mostrano segni di usura. Anche la manutenzione di base contribuisce notevolmente a eliminare i difetti. Ad esempio, l'unità di saldatura a riflusso a cassetto HW-R3036 è facile da pulire e manutenere, il che la rende un'ottima scelta per le officine più piccole che non dispongono di un tecnico di manutenzione a tempo pieno nel personale. Nessun complicato smontaggio, basta pulire le camere di riscaldamento e sei a posto ogni mese.

Parliamo di un esempio reale per renderlo concreto. Lo scorso trimestre, un cliente ci ha contattato dicendoci che stavano riscontrando difetti di rimozione dell'1,8% su un lotto di PCB di smartwatch. Stavano utilizzando un forno a 4 zone, eseguendo un ciclo di riflusso di 6 minuti e un prelievo e posizionamento manuale. Abbiamo esaminato la loro configurazione, notando per la prima volta che lo stencil aveva uno spessore di 0,15 mm (troppo per le parti 0201) e avevano una rampa di 10 secondi dalla temperatura ambiente al preriscaldamento: super veloce, che faceva riscaldare prima un lato di ciascuna parte. Abbiamo sostituito uno stencil da 0,1 mm, regolato il profilo di riflusso su un ciclo di 15 minuti con un'immersione di 2 minuti a 150°C prima di raggiungere il picco e abbiamo suggerito di passare a una configurazione pick-and-place automatizzata invece che manuale. Il risultato? Il loro tasso di rimozione è sceso quasi immediatamente allo 0,2%. Più tardi quel mese sono passati al nostro HW-R816Z per tirature ancora più grandi e da allora non hanno più avuto difetti di rimozione. Questo è esattamente il tipo di vittoria per cui viviamo.

Aspetta, un altro consiglio veloce: se ti ritrovi con una lapide a metà corsa, non limitarti a strattonare la tavola e lanciarla. Controlla il motivo per cui è successo: mancava la pasta su un tampone? Il componente si è spostato durante il posizionamento? In questo modo puoi risolvere il problema prima che diventi una valanga. Inoltre, usa la saldatura senza piombo se questo è il tuo standard, ma assicurati che il tuo profilo sia regolato per senza piombo (liquidus è più alto, quindi hai bisogno di un ammollo più lungo) perché la saldatura senza piombo ha una tensione superficiale più elevata, che può effettivamente rendere la lapide più probabile se non gestita correttamente. Non limitarti a copiare un profilo principale e basta.

Concludiamo con le cose che tengono insieme il tutto. La lapide non è un “difetto misterioso” che devi semplicemente accettare. Si tratta di una combinazione di piccoli problemi risolvibili: posizionamento errato, pasta per stencil errata, calore di riflusso irregolare e manutenzione mancata. La buona notizia è che ci sono strumenti solidi per aiutarti, sia che tu stia acquistando un robot desktop per piccole tirature, investendo in un forno a rifusione multizona per volumi elevati o semplicemente rispettando il programma di manutenzione. Se sei stanco di sprecare tempo e denaro per difetti di rimozione, siamo qui per aiutarti a completare il tuo processo. Possiamo esaminare la tua configurazione attuale, suggerirti l'attrezzatura giusta o modificare il tuo profilo per ridurre notevolmente i tassi di difetto. Contattaci per parlare delle tue esigenze, senza pressioni, senza confusione nel gergo delle vendite. Siamo al tuo fianco per rendere il tuo processo di riflusso più fluido, meno stressante e molto più redditizio.

Riferimenti
1.IPC-A-610, Accettabilità degli assemblaggi elettronici, Associazione IPC che collega le industrie elettroniche
2. Linee guida per il processo di saldatura a rifusione, Surface Mount Technology Association (SMTA)
3. Rimozione definitiva dei componenti: cause e mitigazione, Journal of Surface Mount Technology, vol. 28, n. 2, 2015
4. Migliori pratiche di progettazione di stampini SMT, North American Surface Mount Association (NASMA)