Quel est le profil de refusion de la soudure Sn63Pb37 dans un four de refusion à air chaud ?

Si vous travaillez dans la fabrication de produits électroniques, vous avez certainement entendu parler de la soudure Sn63Pb37, également connue sous le nom d'étain-plomb eutectique, l'ancienne solution fiable qui reste la référence pour de nombreux travaux de four à refusion à air chaud, même avec toutes les alternatives sans plomb disponibles. En tant que personne qui vend des fours à refusion à air chaud tous les jours, on me pose sans arrêt cette question : quel est ledroiteprofil de refusion pour Sn63Pb37 dans un four de refusion à air chaud ? Beaucoup de gars à qui je parle utilisent un profil générique à partir d'une ancienne conception de PCB ou le modifient tellement qu'ils se retrouvent avec des joints froids, des chutes ou même des composants brûlés. Décomposons cela comme si nous étions en train de nous amuser devant un four chaud après une longue journée sur la ligne SMT : pas de jargon sophistiqué, juste des éléments réels et exploitables qui ont fonctionné pour des centaines de nos clients.

Tout d’abord, soyons clairs : le Sn63Pb37 est eutectique, ce qui signifie qu’il fond à une vitessetempérature exacte unique—356°F (180°C). Pas de phase semi-fondue boueuse ici, c'est pourquoi c'est le cheval de bataille depuis des décennies. Ce point de fusion unique n'est pas négociable pour le profil, car si vous ne chauffez pas la carte juste assez pour atteindre cette température, votre soudure ne sera pas mouillée correctement, et si vous la chauffez trop rapidement, vous endommagerez de minuscules pièces montées en surface (comme les résistances 0201 ou les puces QFP) qui ne peuvent pas gérer les pics de température soudains.

Désormais, le four à refusion à air chaud est la star ici : différents types de fours (comme notre four à refusion à air chaud à six zones de la gamme /reflow-soldering/6-zone-reflow-soldering/hw-r612-six-zone-reflow-soldering.html) changeront le fonctionnement de votre profil. Par exemple, un four à convection avec contrôle de zone précis (c'est le nôtre) est bien plus facile à définir ce profil qu'une ancienne configuration de refusion obsolète avec un chauffage inégal. Je dis toujours aux nouveaux clients que l'uniformité de l'air chaud du four représente la moitié de la bataille : si une zone est 20 °F plus chaude qu'une autre, votre profil sera nul, quelle que soit la perfection des chiffres.

Parcourons le profil étape par étape, comme je l'explique à nos techniciens de service lorsqu'ils forment un nouvel opérateur de ligne de fabrication. Chaque profil comporte quatre phases principales, et le Sn63Pb37 n'est pas compliqué à ce sujet comme le sont certaines soudures sans plomb.

1. Phase de préchauffage (2 à 3 minutes au total)
   C'est la partie que beaucoup de gens sautent ou se précipitent, et c'est là que commencent les erreurs. L'objectif ici est de chauffer progressivement l'ensemble du PCB et des composants de la température ambiante jusqu'à environ 150°C (302°F) à 170°C (338°F) en 2 à 3 minutes. Pourquoi? Tout d'abord, vous activez le flux de soudure : si vous rejetez de la chaleur sur des pièces froides, le flux brûlera avant de pouvoir nettoyer la pastille et la bille de soudure, ce qui entraînera un mauvais mouillage. Deuxièmement, vous évitez les chocs thermiques sur les composants. Une fois, j'ai demandé à un client de tester un nouveau four en augmentant le préchauffage au maximum en 30 secondes, et il avait une ligne de 0402 bouchons fissurés en plein milieu. Ne fais pas ça.

Le taux de rampe ici est essentiel : maintenez-le en dessous de 2°C par seconde et ne dépassez jamais 3°C par seconde. Les commandes de zone de notre four rendent cela très facile car vous pouvez composer chaque zone de préchauffage indépendamment. Si vous utilisez un autre type de machines de fabrication CMS, assurez-vous simplement de tester la vitesse de rampe avec un thermocouple placé sur la partie la plus difficile à chauffer de votre carte (généralement un gros circuit intégré ou un connecteur lourd). C'est une astuce que j'ai apprise d'un ancien ingénieur SMT, et cela a permis d'économiser de nombreuses lignes des temps d'arrêt.

2. Phase de trempage (1 à 2 minutes au total)
   Attendez, le préchauffage et le trempage ne sont-ils pas la même chose ? Non, le préchauffage vous rapproche, le trempage vous y maintient. Cette phase consiste à maintenir la planche à 150-170°C (302-338°F) pendant 60 à 120 secondes. Pourquoi? Il laisse toute l'humidité s'échapper des composants (important pour des choses comme les circuits intégrés en plastique qui peuvent éclater si l'humidité chauffe trop rapidement) et garantit que chaque partie de la carte est à la même température. Si certains plots sont à 160°C et d'autres à 140°C lorsque vous atteignez le pic de refusion, vous obtiendrez des joints de soudure inégaux.

De nombreux nouveaux opérateurs pensent qu'ils peuvent éviter le trempage pour accélérer la production, mais j'ai constaté que cela coûtait plus cher en retouche qu'il n'en économisait. Un de mes clients a essayé de réduire le temps de trempage de 90 secondes à 30 secondes pour atteindre un cycle 10 % plus rapide, et s'est retrouvé avec 15 % des planches à retravailler parce que le flux ne s'activait pas correctement. Tenez-vous-en à 1 à 2 minutes ici : les fours à refusion à air chaud fonctionnent efficacement, donc ajouter ce temps en vaut la peine.

3. Phase de refusion maximale (juste assez, pas trop)
   Il s’agit de la pièce maîtresse du Sn63Pb37. N'oubliez pas que c'est eutectique, donc la température maximale doit êtrejusteau-dessus du point de fusion de 180°C (356°F). Le point idéal est de 183 à 188°C (361 à 370°F). Ce n'est pas une faute de frappe : seulement 5 à 10 degrés au-dessus du point de fusion. Si vous dépassez 190°C (374°F), vous commencez à surchauffer le flux, ce qui laisse des résidus conducteurs ou corrodés avec le temps, et vous risquez d'endommager des composants comme les LED ou les petits condensateurs.

Maintenez le pic pendant seulement 10 à 30 secondes. Plus longtemps que cela, vous rencontrerez des problèmes : les joints de soudure pourraient devenir cassants et les composants (en particulier ceux dotés d'un boîtier en plastique) pourraient se dégrader. La zone de pointe de notre four à refusion d'air chaud à six zones est calibrée pour atteindre cette plage exacte de manière constante, sans points chauds, c'est pourquoi tant de clients nous choisissent d'anciens fours qui ne peuvent pas résoudre ce problème. Si vous utilisez un four d'entrée de gamme plus petit, assurez-vous simplement de surveiller le pic avec un thermocouple. Ne vous fiez pas à l'écran intégré du four, car il peut être décalé de 10 à 15 degrés.

4. Phase de refroidissement (lent est mieux)
   La plupart des gens oublient cette phase, mais elle est tout aussi importante. Vous devez refroidir progressivement la planche jusqu'à température ambiante, ou au moins en dessous de 100°C (212°F), pendant 1 à 2 minutes. Un refroidissement lent évite les contraintes thermiques sur la carte et les composants et permet à la soudure de former un joint uniforme et solide. Si vous soufflez de l'air froid sur la carte juste après la refusion, vous obtiendrez une soudure refroidie rapidement, plus fragile et susceptible de se casser. De nombreux fours à refusion à air chaud (y compris notre gamme /reflow-soldering/6-zone-reflow-soldering/hot-air-reflow-oven.html) ont des zones de refroidissement dédiées pour cette raison précise : aucun travail supplémentaire n'est nécessaire, il suffit de le régler et de l'oublier.

Attendez, parlons des variables qui modifient ce profil, car il n'y a pas deux cartes exactement identiques. Si vous avez une carte avec beaucoup de plans de masse ou du cuivre lourd, vous devrez ajuster la phase de préchauffage pour donner à ces zones épaisses plus de temps pour chauffer. Si vous travaillez avec des pièces minuscules comme les 0201 ou les 01005, vous souhaiterez peut-être baisser un peu la température de pointe et raccourcir le temps de maintien de la pointe pour éviter les chutes. Le tombstone se produit lorsqu'une extrémité d'une résistance chauffe plus rapidement que l'autre, elle se soulève donc comme une pierre tombale : un chauffage lent et uniforme est votre meilleure défense contre cela, c'est pourquoi de bonnes performances du four à refusion d'air chaud sont importantes.

On me pose également tout le temps des questions sur le vsn (vitesse de ventilation) ou les réglages du débit d'air. Pour le Sn63Pb37, vous n'avez pas besoin d'un débit d'air extrêmement élevé : nos clients font généralement fonctionner un débit d'air de zone entre 50 et 70 % pour le préchauffage et le trempage, et jusqu'à 80 % pour la zone de pointe afin de garantir une répartition uniforme de la chaleur. Un débit d'air trop élevé peut faire sortir de petits composants de la carte, et un débit d'air trop faible peut entraîner un chauffage inégal. C'est une question d'équilibre, et c'est là qu'un four bien construit fait toute la différence.

Brisons également un mythe courant : certains pensent que, comme le Sn63Pb37 est une soudure plus ancienne, vous pouvez utiliser n'importe quel profil pour cela. Non, nous avons testé cela il y a quelques mois avec un client qui utilisait un profil sans plomb (qui culmine à 217°C, bien plus élevé) pour le Sn63Pb37. Ils ont grillé 20 % des circuits intégrés de leur ligne en une journée. Ne mélangez pas les profils sans plomb et eutectiques : ils sont destinés à des soudures différentes et ils causeront des maux de tête.

Autre conseil de pro : vérifiez toujours votre profil avec un thermocouple. Collez-le au bas de la planche (sous un gros composant, le plus difficile à chauffer) et suivez la température à chaque phase. Je garde un thermocouple de rechange dans mon camion lorsque les clients testent nos fours, car de nombreux opérateurs débutants ne réalisent pas que la température interne du four n'est pas la même que la température réelle de la carte. L'uniformité du four à refusion d'air chaud n'est ici pas négociable : si votre four présente des points chauds, votre profil est inutile, quels que soient les numéros que vous utilisez.

En fin de compte, l'objectif du profil de refusion Sn63Pb37 est simple : activer le flux, chauffer la carte uniformément juste au-dessus du point de fusion de la soudure, la maintenir suffisamment longtemps pour obtenir un bon mouillage, puis la refroidir lentement. Ce n’est pas sorcier, mais c’est suffisamment précis pour que les raccourcis vous coûteront du temps et de l’argent.

Si vous travaillez à mettre à niveau votre four à refusion à air chaud pour obtenir des profils cohérents comme celui-ci, ou si vous avez besoin d'aide pour créer un profil pour une carte spécifique, notre équipe est là pour vous aider. Nous construisons des machines de fabrication pour le micro-prélèvement, le placement et le soudage par refusion, calibrées pour un chauffage uniforme et des ajustements faciles des profils, afin que vous puissiez arrêter de vous soucier des retouches et commencer à expédier de bonnes cartes à temps. N'hésitez pas à nous contacter si vous avez des questions : nous ne vendons pas seulement des fours, nous vous aidons à fabriquer de meilleurs produits.

Références
IPC-A-610H : Acceptabilité des assemblages électroniques
IPC J-STD-001H : Exigences relatives aux assemblages électriques et électroniques soudés
Traitement thermique dans la fabrication électronique : un guide pratique, 2e édition, Elsevier