Qual è la temperatura di rifusione per la saldatura senza piombo?
Se hai mai lavorato nella produzione di componenti elettronici, sia che si tratti di costruire smartphone, PCB automobilistici o dispositivi indossabili di consumo, probabilmente hai sentito il termine "saldatura a rifusione". E se si utilizza saldatura senza piombo (che ora è obbligatoria nella maggior parte delle regioni, grazie alle normative ambientali come RoHS), la grande domanda che tutti si pongono è: qual è la giusta temperatura di saldatura a riflusso? Come fornitore di saldature a riflusso che lavora con i team SMT da oltre un decennio, ho visto troppi progetti andare di traverso a causa di un cattivo profilo di temperatura: o troppo caldo e stai bruciando i componenti, o troppo freddo e le tue giunture sono fragili. Analizziamolo in modo semplice, senza eccessi di gergo, solo chiacchiere vere da parte di qualcuno che è stato nel bel mezzo di questo con macchine pick-and-place e forni di rifusione ogni settimana.
Per prima cosa, chiariamo le nozioni di base: la saldatura senza piombo non è come il vecchio materiale al piombo che si scioglieva a una temperatura accogliente di 183°C (361°F). La lega senza piombo più comune al giorno d'oggi è la SAC305 (stagno, argento, rame) perché bilancia resistenza, convenienza e conformità. Il suo punto di fusione è di circa 217°C (423°F), quindi il tuo profilo di rifusione deve raggiungerlo, ma non è così facile come accendere il forno finché la saldatura non scorre. È necessario creare un profilo con fasi specifiche per evitare di uccidere le schede o i componenti.
Esaminiamo le quattro fasi chiave di un profilo di rifusione standard senza piombo. La prima fase è il preriscaldamento, solitamente da 150°C a 200°C (da 302°F a 392°F) per 60-120 secondi. Questo fa due grandi cose: asciuga qualsiasi flusso sulla pasta saldante (il flusso è quella roba appiccicosa che pulisce le superfici metalliche in modo che la saldatura si attacchi) e riscalda la scheda in modo uniforme in modo che non subisca shock termico. Lo shock termico si verifica quando un PCB freddo viene investito dal calore tutto in una volta: rimarrai scioccato da quante piccole crepe nei PCB o microfessure nei resistori dei chip derivano dal saltare questa fase. Se utilizzi una configurazione più piccola, come i forni di rifusione a 3 zone per la prototipazione, potrebbe essere necessario modificare il tempo di preriscaldamento perché le schede più piccole si riscaldano più velocemente.
La seconda fase è la fase di immersione, che molti nuovi ragazzi saltano o si affrettano. Qui è dove mantieni la temperatura di preriscaldamento, solitamente da 180 ° C a 200 ° C (da 356 ° F a 392 ° F), per altri 60-90 secondi. L'obiettivo qui è portare tutti i componenti (grandi e piccoli) alla stessa temperatura e assicurarsi che il flusso sia sufficientemente attivo da rimuovere l'ossidazione dal pad e dalla sfera di saldatura. Se non ti immergi abbastanza, otterrai articolazioni fredde, quelle connessioni opache e granulose che si rompono nel tempo, il che è un incubo per i fallimenti sul campo. Ricordo un cliente che utilizzava un forno economico a 3 zone e saltava l'ammollo; hanno dovuto rielaborare il 30% delle loro tavole. È stato allora che abbiamo consigliato l'aggiornamento a un'unità più precisa, come laForno per saldatura a riflusso a dieci zone HW-R10 per assemblaggio SMT, che ha zone dedicate per far assorbire perfettamente la temperatura delle unghie.
La prossima è la fase di riflusso, la parte che interessa a tutti. Qui è dove si raggiunge il picco massimo di 245°C (473°F), giusto? Aspetta, aspetta, non raggiungere quel picco esatto a tutto volume. Desideri una leggera ascesa fino al picco, con solo 10-15 secondi sopra il punto di fusione SAC305 di 217°C. Perché? Perché componenti come i circuiti integrati non possono sopportare a lungo il calore estremamente elevato. La maggior parte dei componenti SMT standard ha una temperatura massima di 260°C, quindi non vorrai mai oltrepassare tale temperatura. Vedo troppi nuovi ingegneri che fissano il loro picco a 250°C perché "porta a termine il lavoro velocemente", ma è così che si uccidono i BGA o i connettori delicati. La chiave qui è monitorare la temperatura su tutta la linea, non solo su un punto. Se un grande componente di potenza si trova accanto a un minuscolo chip 0201, il suo fabbisogno di calore sarà diverso, quindi un forno multizona non è negoziabile in termini di coerenza. ILApparecchiature per la produzione di circuiti stampati elettroniciLa pagina contiene un'analisi dettagliata di come il conteggio delle zone influisce sulla precisione del profilo, quindi controllalo se hai appena iniziato.
Poi c'è la fase di defaticamento, spesso trascurata ma estremamente importante. È necessario raffreddare la tavola a temperatura ambiente (o almeno 75°C/167°F) in 30-60 secondi e deve essere un raffreddamento lento e costante, non un'improvvisa ventata di aria fredda. Un raffreddamento rapido rende i grani di saldatura più piccoli, creando giunti più forti e affidabili. Se si raffredda troppo lentamente, si ottengono grani più grandi e più fragili, ideali per nulla, soprattutto nelle parti automobilistiche o mediche che sopportano le vibrazioni. Una volta ho lavorato con un cliente del settore aerospaziale che è passato al nostroForno di riflusso a doppio trasportatore a otto zone HW-R816Z per SMTperché il loro vecchio forno aveva un debole raffreddamento; hanno ridotto il tasso di fallimento congiunto del 40% da un giorno all'altro. Anche i doppi trasportatori sono vantaggiosi se si eseguono volumi elevati, poiché è possibile realizzare due tavole contemporaneamente senza contaminazione incrociata.
Ora, il punto è questo: non esiste un profilo valido per tutti. Dipende dalle dimensioni della scheda, dal mix di componenti e persino dalle specifiche del produttore della pasta saldante. Alcune paste saldanti richiedono tempi di assorbimento più brevi, altre necessitano di un picco più elevato. Ecco perché il test non è negoziabile. Dico sempre ai clienti di eseguire una scheda di test con termocoppie collegate in punti diversi (componenti grandi, piccoli chip, bordi PCB) per assicurarsi che ogni punto rientri nell'intervallo consigliato. Se stai realizzando prototipi a basso volume, non hai bisogno di un forno gigante a dieci zone; una compattaMacchina per la produzione di trucioli Pick and place CNCabbinato a un forno a rifusione a 3 zone funziona bene. Per volumi medi, un'unità a 6 zone dellaProduzione macchine per micro picking e posizionamentola linea è perfetta, poiché bilancia precisione e velocità senza spendere una fortuna.
Aspetta, parliamo di errori comuni. Innanzitutto, senza tenere conto della sensibilità alla temperatura dei componenti. Qualcosa come un LED potrebbe avere una temperatura massima inferiore rispetto a un microcontrollore, quindi è necessario regolare il profilo sull'anello più debole. In secondo luogo, ignorando l’attività del flusso. Se la temperatura di riflusso è troppo bassa, il flusso non si attiverà correttamente, causando vuoti. I vuoti sono piccole bolle d'aria nei giunti di saldatura: indeboliscono la connessione e, nelle applicazioni ad alto stress, sono una bomba a orologeria. Terzo, sovraffollare il forno. Se metti le tavole troppo vicine tra loro, l'aria calda circola in modo sbagliato, quindi il tuo profilo sarà incoerente. Lascia sempre spazio tra i taglieri nel forno e controlla la velocità del trasportatore rispetto alle temperature della tua zona.
Un altro grande problema: la conformità. La maggior parte delle regioni ora richiede saldature senza piombo, quindi tagliare gli angoli con un profilo di temperatura troppo basso farà sì che i tuoi prodotti vengano bloccati alla dogana o banditi dai mercati. Alcuni clienti sono venuti da me dopo un lotto difettoso perché utilizzavano un profilo per saldature con piombo su schede contenenti piombo: un disastro totale. Attieniti a SAC305 (o SAC-Q se hai bisogno di una migliore resistenza alle alte temperature) e attieniti agli intervalli di temperatura di cui abbiamo parlato.
Se stai appena configurando la tua prima linea di riflusso, non lesinare sull'attrezzatura. Un forno economico e senza nome potrebbe farti risparmiare denaro in anticipo, ma i costi di rilavorazione dovuti a giunti difettosi e prototipi falliti uccideranno il tuo budget. Investire in un forno di rifusione affidabile che ti consenta di personalizzare i profili vale ogni centesimo. Abbiamo aiutato decine di piccole officine a passare dalla prototipazione alla produzione completa con i nostri forni, quindi conosciamo i dettagli per abbinare la macchina giusta alle vostre esigenze.
In fin dei conti, la temperatura di saldatura a rifusione per la saldatura senza piombo non è un numero casuale: è un equilibrio tra calore, tempo e controllo. Scegli il profilo giusto, usa il forno giusto per il tuo volume e il mix di componenti e otterrai sempre giunti di saldatura forti e affidabili. Se ti stai ancora chiedendo quale profilo funzioni per il tuo progetto specifico o desideri aggiornare la configurazione del riflusso per smettere di gestire i fallimenti congiunti, contattaci per parlare delle tue esigenze. Non siamo solo un fornitore: siamo il team che è effettivamente in trincea con te, risolvendo i problemi dei profili e aiutandoti a scegliere l'attrezzatura giusta per far funzionare senza intoppi le tue linee SMT.
Riferimenti
IPC-J-STD-020, "Classificazione della sensibilità all'umidità/riflusso per dispositivi a stato solido non ermetici a montaggio superficiale"
IPC-SM-817, "Requisiti per gruppi elettrici ed elettronici saldati"
Scheda tecnica della pasta saldante SAC305, Indium Corporation, 2022
Direttiva ROHS 2.0 2011/65/UE, Parlamento Europeo, 2011