Comment créer un profil de four de refusion ?

Salut, si vous êtes passionné par l'assemblage SMT, vous savez qu'un profil de four de refusion n'est pas seulement un ensemble de chiffres sur un écran : c'est ce qui fait ou défait vos cartes soudées. En tant que personne travaillant avec du matériel de soudage par refusion depuis des années, j'ai vu trop d'équipes ignorer la configuration du profil et se retrouver avec des joints froids, des chutes ou même des composants endommagés. Aujourd'hui, je vous explique exactement comment créer un profil de four à refusion solide qui fonctionne, sans jargon sophistiqué. Allons-y.

Tout d’abord, soyons réalistes : un mauvais profil n’est pas seulement un problème : il peut nuire aux rendements de production et vous coûter beaucoup de temps. J'ai vu des clients utiliser le « réglage du four par défaut » et se demander pourquoi leurs cartes sans plomb échouent toujours aux inspections. La vérité est que chaque carte est différente et votre profil doit correspondre à votre pâte à souder, vos composants et votre four. Si vous recherchez un équipement fiable pour faire fonctionner vos profils, consultez des options telles que notre four de refusion à 3 zones ou notre système de brasage par refusion multifonction à huit zones, parfait pour les assemblages mixtes.

Attendez, avant de passer aux étapes, couvrons dès le départ les bases dont vous avez besoin. Vous ne pouvez pas créer un profil aveugle : vous avez besoin de trois éléments clés : les spécifications de votre pâte à souder, votre mélange de composants et les capacités de votre four. Pour la pâte à souder, le sans plomb (comme le SAC305) est désormais standard, vous devrez donc respecter le temps recommandé au-dessus du liquidus (TAL) – généralement 60 à 90 secondes – et la température maximale d'environ 245 °C. Si vous travaillez avec de la pâte au plomb, c'est plus bas, autour de 217°C maximum. Ensuite, les composants : les minuscules résistances 0201 nécessitent un chauffage différent de celui des gros BGA ou des pièces sensibles à la chaleur comme les LED. Et ton four ? Tous les fours à refusion ne sont pas identiques. Notre four de soudage par refusion à dix zones HW-R10 pour l'assemblage SMT vous offre bien plus de contrôle de zone que les modèles plus petits à 2 zones, ce qui change la donne pour un chauffage uniforme sur des cartes complexes. Si vous avez affaire à des volumes élevés, notre four de refusion à huit zones à double convoyeur HW-R816Z pour SMT vous permet d'exécuter deux tailles de panneaux à la fois sans contamination croisée, tandis que notre four de refusion à huit zones à bande maillée HW-R816E pour ligne SMT fonctionne parfaitement pour les panneaux délicats qui n'aiment pas les convoyeurs rigides.

Maintenant, première étape : préparez votre carte et vos thermocouples. C’est la partie que la plupart des gens gâchent. Vous ne pouvez pas simplement coller un thermocouple n'importe où : il doit représenter les points les plus chauds et les plus froids de votre carte. Par exemple, si vous avez un BGA au milieu et de minuscules SMD sur les bords, vous devez placer des thermocouples sur les deux. Je fais habituellement 5 à 6 points : un sur un gros composant (comme un connecteur ou un BGA), un sur un petit 0402 ou 0201, un sur le bord de la carte, un sur un tampon thermique (si vous en utilisez un) et deux extras pour détecter les anomalies. Conseil de pro : utilisez de la soudure à haute température ou du ruban Kapton pour fixer les thermocouples : le scotch fondra à mi-refusion et vous donnera de mauvaises données. Si vous débutez et avez besoin d'équipement pour réussir ce processus, notre gamme d'équipements de fabrication de circuits imprimés électroniques dispose de tous les outils dont vous avez besoin pour des profils cohérents à chaque fois.

Deuxième étape : divisez votre profil en quatre phases clés et ne les précipitez pas. Le four monte en puissance par étapes pour une raison : trop vite et votre planche se déforme ; trop lent et la pâte à souder commence à s'oxyder. Décomposons simplement chaque phase :

1. Phase de préchauffage : C'est là que vous passez de la température ambiante à environ 150°C, et cela devrait prendre 60 à 120 secondes au total. Le but ici est d’évaporer tout le solvant présent dans la pâte à braser sans la brûler. Si votre montée en puissance est ici plus rapide que 1 à 2°C par seconde (°C/s), vous obtiendrez des éclaboussures ou une pâte qui ne sera pas uniforme. Je vise toujours une température de préchauffage de 0,8 à 1,2 °C/s, suffisamment lente pour empêcher les composants de se fissurer, suffisamment rapide pour maintenir des temps de cycle raisonnables. Pas besoin d’augmenter le chauffage ici ; il s'agit avant tout de sécher, pas de souder.

2. Phase de trempage : Ensuite, vous maintenez à 150-180°C pendant 60-90 secondes. Il s'agit de la partie sous-estimée du profil : c'est là que le flux s'active et élimine l'oxydation des câbles des plaquettes et des composants. Si vous sautez ou lésinez sur le trempage, vous vous retrouverez avec des joints froids qui semblent corrects mais qui échouent plus tard. La température de trempage n'a pas besoin d'être exacte, mais elle doit être cohérente dans l'ensemble du tableau. Encore une fois, surveillez votre rampe du préchauffage au trempage : maintenez-la en dessous de 1,5 °C/s pour éviter de choquer les composants. Pour les cartes comportant un mélange de grandes et petites pièces, un temps de trempage plus long peut aider à amener tous les composants à une température uniforme.

3. Phase de refusion : C'est la partie chaude. Tout d’abord, vous passez du trempage à la température maximale de 0,5 à 1 °C/s – pas plus vite, je le pense. Si vous dépassez 1°C/s ici, vous subirez un choc thermique sur les BGA ou les QFP, ce qui peut provoquer des fissures internes que vous ne pouvez pas voir. La température maximale dépend de votre pâte à souder : sans plomb est de 240-250°C, avec plomb est de 210-220°C. La clé ici est le temps au-dessus du liquidus (TAL) – pour le sans plomb, cela représente 60 à 90 secondes. Il ne faut pas trop peu de TAL (le flux ne fait pas son travail) ni trop (les composants surchauffent). Je règle généralement la température de ma zone de refusion pour que la carte atteigne le liquidus à l'extrémité de la rampe, puis se tienne juste au-dessus du liquidus pour cette fenêtre TAL avant d'atteindre son apogée.

4. Phase de refroidissement : Enfin, vous baissez rapidement la température, par exemple de 2 à 3 °C/s, jusqu'à environ 50 °C avant le déchargement. Un refroidissement rapide forme une bonne couche intermétallique étain-plomb, qui rend les joints solides. Si vous refroidissez trop lentement, vous obtenez des joints cassants, surtout avec le sans plomb. Évitez cependant de déverser de l'air froid sur la carte trop rapidement : des baisses soudaines de température peuvent provoquer une déformation sur les gros PCB. Nos fours à refusion disposent de zones de refroidissement intégrées qui vous permettent d'ajuster les taux de rampe, afin que vous puissiez les ajuster en fonction de votre carte sans deviner.

Attendez, parlons de tester votre profil, car la première version n'est jamais parfaite. Une fois que vous avez défini la température de votre zone, exécutez une carte de test et vérifiez les données du thermocouple. Recherchez l'endroit le plus froid : si votre bord est 10 °C plus froid que votre milieu, vous devez augmenter un peu la température de cette zone pour la prochaine course. Si un BGA chauffe plus que les autres, vous devrez peut-être réduire cette zone ou ajuster le taux de rampe. Je fais toujours au moins trois tests avant de verrouiller un profil : la production n’est pas le lieu de deviner. Et si vous améliorez votre four pour obtenir un meilleur contrôle de zone pour des profils plus précis, notre gamme propose des options telles que le four de refusion à bande maillée à huit zones HW-R816E pour la ligne SMT, qui dispose d'un chauffage de zone indépendant pour corriger les points chauds/froids sur n'importe quelle carte.

Erreurs courantes que je vois tout le temps : premièrement, ignorer la masse thermique des composants. Un gros dissipateur thermique sur un circuit intégré de puissance aura besoin de plus de chaleur qu'une petite résistance 0201. Votre profil ne peut donc pas être unique. Deuxièmement, accélérer la montée en puissance. Un jour, un de mes clients a exécuté un profil à un préchauffage de 3 °C/s, et la moitié de ses BGA présentaient des fissures internes qui sont apparues 100 cartes plus tard : un véritable cauchemar. Troisièmement, ne pas calibrer les zones de votre four. Les fours dérivent avec le temps, vous devez donc vérifier les températures de zone tous les 3 mois ou si vous remarquez des problèmes de profil. Notre équipe peut vous aider à calibrer votre four, ou si vous recherchez une nouvelle unité fiable, consultez notre ligne de brasage par refusion multifonction à huit zones pré-calibrée pour des profils cohérents dès le premier jour.

Autre chose : profils sans plomb ou avec plomb. Ils ne sont pas interchangeables. La soudure au plomb fond à 183°C, donc TAL dure 30 à 60 secondes, température maximale d'environ 217°C. Le sans plomb fond également à ~217°C, mais nécessite une température de pointe plus élevée et un TAL plus long car les alliages SAC sont moins fluides. Si vous passez d'un fonctionnement au plomb à un fonctionnement sans plomb, vous devez ajuster l'ensemble de votre profil : le simple fait de changer la température d'une zone ne suffira pas. C'est pourquoi un four de refusion avec plus de zones est utile : notre four de soudage par refusion à dix zones HW-R10 pour assemblage SMT vous permet d'affiner chaque section pour l'adapter à différents types de soudure sans gâcher l'ensemble du profil.

Maintenant, je rassemble tout cela pour les séries de production. Une fois votre profil verrouillé, documentez-le ! Notez la température de chaque zone, les taux de rampe, le temps par phase et le TAL. Si la conception d'une carte change, testez d'abord un nouveau profil, ne vous contentez pas de modifier l'ancien. Je tiens toujours un journal de profil pour chaque type de carte que nous exécutons : si un client a un mauvais lot, nous pouvons revenir en arrière et vérifier si le profil était erroné, pas la conception de la carte. Et si vous effectuez une production en grand volume, des fours comme notre four de refusion à double convoyeur à huit zones HW-R816Z pour SMT vous permettent d'exécuter plusieurs cartes à la fois, afin que vous puissiez conserver des profils cohérents tout en produisant des pièces sans sacrifier la qualité.

En fin de compte, un bon profil de four à refusion consiste à équilibrer les besoins en matière de temps, de température et de composants. Ce n’est pas sorcier, mais cela demande une attention particulière aux détails. Si vous êtes aux prises avec de mauvais rendements, des joints incohérents ou si vous avez besoin de mettre à niveau votre équipement de soudage par refusion pour obtenir de meilleurs profils, notre équipe est là pour vous aider. Nous travaillons avec tous types d'équipes SMT, des petits ateliers aux grands équipementiers, alors n'hésitez pas à contacter notre équipe commerciale pour discuter de vos besoins, que vous recherchiez une unité compacte comme notre four de refusion 3 zones ou un système performant pour des cartes complexes.

Références

1. J. Liu, Conception de processus SMT pour le soudage par refusion, Elsevier, 2018.
2. IPC-7530, Lignes directrices pour la reprise, la réparation et l'assemblage d'assemblages électroniques, Association Connecting Electronics Industries, 2020.
3. K. Gilleo, Technologie de montage en surface : principes et pratiques, McGraw-Hill, 2019.