Quelle est la température de refusion pour la soudure sans plomb ?
Si vous avez déjà travaillé dans la fabrication de produits électroniques, qu'il s'agisse de la construction de smartphones, de circuits imprimés automobiles ou d'appareils portables grand public, vous avez probablement entendu le terme « brasage par refusion ». Et si vous utilisez une soudure sans plomb (qui est désormais obligatoire dans la plupart des régions, grâce aux réglementations environnementales comme RoHS), la grande question que tout le monde se pose est : quelle est la bonne température de soudure par refusion ? En tant que fournisseur de brasage par refusion qui travaille avec des équipes SMT depuis plus d'une décennie, j'ai vu beaucoup trop de projets échouer à cause d'un mauvais profil de température : soit trop chaud et vous brûlez des composants, soit trop froid et vos joints sont cassants. Décomposons cela simplement, sans surcharge de jargon, juste de vrais propos de quelqu'un qui a été dans le vif du sujet avec des machines de transfert et des fours de refusion chaque semaine.
Tout d'abord, mettons les bases au clair : la soudure sans plomb n'est pas comme les vieux produits au plomb qui fondaient à une température agréable de 183°C (361°F). L’alliage sans plomb le plus courant de nos jours est le SAC305 (étain, argent, cuivre), car il équilibre résistance, prix abordable et conformité. Son point de fusion est d'environ 217°C (423°F), votre profil de refusion doit donc atteindre ce niveau, mais ce n'est pas aussi simple que de simplement démarrer le four jusqu'à ce que la soudure coule. Vous devez créer un profil avec des étapes spécifiques pour éviter de tuer vos cartes ou composants.
Passons en revue les quatre étapes clés d'un profil de refusion sans plomb standard. La première étape consiste à préchauffer, généralement entre 150 °C et 200 °C (302 °F et 392 °F) pendant 60 à 120 secondes. Cela fait deux grandes choses : il assèche tout flux sur la pâte à souder (le flux est ce truc gluant qui nettoie les surfaces métalliques pour que la soudure colle) et chauffe la carte uniformément pour éviter tout choc thermique. Le choc thermique se produit lorsqu'un PCB froid est explosé de chaleur d'un seul coup. Vous seriez choqué de voir combien de petites fissures dans les PCB ou de microfissures dans les résistances des puces proviennent du saut de cette étape. Si vous utilisez une configuration plus petite, comme les fours de refusion à 3 zones pour le prototypage, vous devrez peut-être modifier le temps de préchauffage car les cartes plus petites chauffent plus rapidement.
La deuxième étape est l’étape de trempage, que beaucoup de nouveaux gars sautent ou précipitent. C'est ici que vous maintenez cette température de préchauffage (généralement entre 180 °C et 200 °C (356 °F et 392 °F)) pendant encore 60 à 90 secondes. Le but ici est d'amener tous les composants (grands et petits) à la même température et de s'assurer que le flux est suffisamment actif pour éliminer l'oxydation de la pastille et de la bille de soudure. Si vous ne trempez pas suffisamment, vous obtiendrez des joints froids, ces connexions ternes et granuleuses qui se brisent avec le temps, ce qui est un cauchemar pour les pannes sur le terrain. Je me souviens d'un client qui utilisait un four à 3 zones bon marché et sautait le trempage ; ils ont dû retravailler 30% de leurs planches. C'est à ce moment-là que nous avons recommandé une mise à niveau vers une unité plus précise, comme leFour à souder par refusion à dix zones HW-R10 pour assemblage SMT, qui dispose de zones dédiées aux températures de trempage parfaites des ongles.
Vient ensuite l’étape de refusion, la partie qui intéresse tout le monde. C'est ici que vous culminez à 245°C (473°F) maximum, n'est-ce pas ? Attendez, attendez, n'atteignez pas exactement ce sommet à fond. Vous souhaitez une légère montée en puissance jusqu'au pic, avec seulement 10 à 15 secondes au-dessus du point de fusion du SAC305 de 217°C. Pourquoi? Parce que les composants tels que les circuits intégrés ne peuvent pas supporter longtemps une chaleur très élevée. La plupart des pièces SMT standard ont une température maximale de 260°C, vous ne voudrez donc jamais dépasser cette température. Je vois trop de nouveaux ingénieurs fixer leur température maximale à 250 °C parce que « cela fait le travail rapidement » – mais c'est ainsi que l'on tue les BGA ou les connecteurs délicats. La clé ici est de surveiller la température sur l’ensemble du tableau, et pas seulement sur un seul endroit. Si un gros composant de puissance se trouve à côté d’une petite puce 0201, leurs besoins en chaleur seront différents, donc un four multizone n’est pas négociable pour des raisons de cohérence. LeÉquipement de fabrication de circuits imprimés électroniquesLa page présente une analyse détaillée de l'impact du nombre de zones sur la précision du profil, alors vérifiez-le si vous débutez.
Ensuite, il y a la phase de récupération, souvent négligée mais super importante. Vous devez refroidir la planche à température ambiante (ou au moins 75°C/167°F) en 30 à 60 secondes, et ce doit être un refroidissement régulier et lent, et non un souffle d'air froid soudain. Un refroidissement rapide réduit la taille des grains de soudure, ce qui crée des joints plus solides et plus fiables. Si vous refroidissez trop lentement, vous obtenez des grains plus gros et plus cassants, parfaits pour rien, en particulier dans les pièces automobiles ou médicales qui subissent des vibrations. J'ai déjà travaillé avec un client de l'aérospatiale qui a opté pour notreFour de refusion à double convoyeur à huit zones HW-R816Z pour SMTparce que leur ancien four avait un faible refroidissement ; ils ont réduit leur taux d’échec commun de 40 % du jour au lendemain. Les convoyeurs doubles sont également un avantage si vous utilisez un volume élevé, car vous pouvez fabriquer deux planches à la fois sans contamination croisée.
Maintenant, voici le problème : il n’existe pas de profil unique. Cela dépend de la taille de votre carte, de la combinaison de composants et même des spécifications du fabricant de pâte à souder. Certaines pâtes à braser nécessitent des temps de trempage plus courts, d'autres nécessitent un pic plus élevé. C'est pourquoi les tests ne sont pas négociables. Je dis toujours aux clients d'exécuter une carte de test avec des thermocouples attachés à différents points (gros composants, petites puces, bords du PCB) pour m'assurer que chaque point se situe dans la plage recommandée. Si vous réalisez du prototypage à faible volume, vous n'avez pas besoin d'un four géant à dix zones ; un compactMachine de fabrication de puces CNC pick and placeassocié à un four à refusion à 3 zones, cela fonctionne bien. Pour un volume moyen, une unité 6 zones duMachines de fabrication pour le micro picking et le placementLa ligne est parfaite, car elle équilibre précision et vitesse sans se ruiner.
Attendez, parlons des erreurs courantes. Premièrement, ne pas tenir compte de la sensibilité à la température des composants. Quelque chose comme une LED peut avoir une température maximale inférieure à celle d'un microcontrôleur, vous devez donc ajuster le profil au maillon le plus faible. Deuxièmement, ignorer l’activité des flux. Si votre température de refusion est trop basse, le flux ne s'activera pas correctement, entraînant des vides. Les vides sont de petites bulles d'air dans les joints de soudure : ils affaiblissent la connexion et, dans les applications à fortes contraintes, c'est une bombe à retardement. Troisièmement, surcharger le four. Si vous posez des planches trop rapprochées, l'air chaud circule mal et votre profil sera donc incohérent. Laissez toujours un espace entre les planches dans le four et vérifiez la vitesse de votre convoyeur par rapport à la température de votre zone.
Autre point important : la conformité. La plupart des régions exigent désormais une soudure sans plomb, donc couper les coins ronds avec un profil de température trop bas fera que vos produits seront bloqués à la douane ou bannis des marchés. Des clients sont venus me voir après un mauvais lot parce qu'ils utilisaient un profil pour soudure au plomb sur des cartes au plomb – un désastre total. Tenez-vous-en au SAC305 (ou au SAC-Q si vous avez besoin d’une meilleure résistance aux températures élevées) et respectez les plages de température dont nous avons parlé.
Si vous venez d'installer votre première ligne de refusion, ne lésinez pas sur le matériel. Un four sans nom bon marché peut vous faire économiser de l'argent au départ, mais les coûts de reprise dus à de mauvais joints et à des prototypes défectueux ruineront votre budget. Investir dans un four à refusion fiable qui vous permet de personnaliser les profils vaut chaque centime. Nous avons aidé des dizaines de petits ateliers à passer du prototypage à la production complète avec nos fours, nous connaissons donc les tenants et les aboutissants pour adapter la bonne machine à vos besoins.
En fin de compte, la température de soudure par refusion pour la soudure sans plomb n'est pas un nombre aléatoire : c'est un équilibre entre chaleur, temps et contrôle. Obtenez le bon profil, utilisez le four adapté à votre volume et à votre mélange de composants, et vous obtiendrez des joints de soudure solides et fiables à chaque fois. Si vous ne savez toujours pas quel profil fonctionne pour votre projet spécifique ou si vous souhaitez mettre à niveau votre configuration de redistribution pour ne plus gérer les échecs conjoints, contactez-nous pour discuter de vos besoins. Nous ne sommes pas seulement un fournisseur : nous sommes l'équipe qui est réellement sur le terrain avec vous, dépannant les profils et vous aidant à choisir le bon équipement pour assurer le bon fonctionnement de vos lignes SMT.
Références
IPC-J-STD-020, « Classification de la sensibilité à l'humidité/au reflux pour les dispositifs non hermétiques à montage en surface à semi-conducteurs »
IPC-SM-817, « Exigences relatives aux assemblages électriques et électroniques soudés »
Fiche technique de la pâte à souder SAC305, Indium Corporation, 2022
Directive ROHS 2.0 2011/65/UE, Parlement européen, 2011