Como criar um perfil para forno de refluxo?

Olá, se você está envolvido com montagem SMT, sabe que um perfil de forno de refluxo não é apenas um monte de números em uma tela - é o que faz ou quebra suas placas soldadas. Como alguém que trabalha com equipamentos de solda por refluxo há anos, já vi muitas equipes pularem a configuração do perfil e acabarem com juntas frias, marcas de exclusão ou até mesmo componentes danificados. Hoje, estou explicando exatamente como construir um perfil sólido de forno de refluxo que funcione, sem a necessidade de jargões sofisticados. Vamos mergulhar.

Primeiro, sejamos realistas: um perfil ruim não é apenas um incômodo – ele pode prejudicar o rendimento da produção e custar muito caro. Já vi clientes executarem a “configuração padrão do forno” e se perguntarem por que suas placas sem chumbo continuam falhando nas inspeções. A verdade é que cada placa é diferente e seu perfil precisa corresponder à pasta de solda, aos componentes e ao forno. Se você está procurando equipamento confiável para fazer seus perfis funcionarem, confira opções como nosso forno de refluxo de 3 zonas ou nosso sistema multifuncional de solda por refluxo de oito zonas, perfeito para montagens mistas.

Espere, antes de entrarmos nas etapas, vamos abordar antecipadamente o básico de que você precisa. Você não pode construir um perfil cego - você precisa de três coisas principais: as especificações da pasta de solda, a mistura de componentes e as capacidades do seu forno. Para pasta de solda, sem chumbo (como SAC305) é padrão agora, então você precisará seguir o tempo recomendado acima do liquidus (TAL) - geralmente 60-90 segundos - e temperatura de pico em torno de 245°C. Se você estiver trabalhando com pasta com chumbo, o valor é mais baixo, em torno de 217°C de pico. Então, os componentes: minúsculos resistores 0201 precisam de aquecimento diferente dos grandes BGAs ou peças sensíveis ao calor, como LEDs. E o seu forno? Nem todos os fornos de refluxo são iguais. Nosso forno de solda por refluxo de dez zonas HW-R10 para montagem SMT oferece muito mais controle de zona do que modelos menores de 2 zonas, o que é uma virada de jogo para aquecimento uniforme em placas complexas. Se você estiver lidando com execuções de alto volume, nosso forno de refluxo de transportador duplo de oito zonas HW-R816Z para SMT permite operar dois tamanhos de placa ao mesmo tempo sem contaminação cruzada, enquanto nosso forno de refluxo de correia de malha de oito zonas HW-R816E para linha SMT funciona muito bem para placas delicadas que não gostam de transportadores rígidos.

Agora, primeiro passo: prepare sua placa e termopares. Esta é a parte que a maioria das pessoas erra. Você não pode simplesmente colocar um termopar em qualquer lugar – ele precisa representar os pontos mais quentes e mais frios da sua placa. Por exemplo, se você tiver um BGA no meio e pequenos SMDs nas bordas, será necessário colocar termopares em ambos. Normalmente faço de 5 a 6 pontos: um em um componente grande (como um conector ou BGA), um em um 0402 ou 0201 pequeno, um na borda da placa, um em uma almofada térmica (se você estiver usando um) e dois extras para capturar anomalias. Dica profissional: use solda de alta temperatura ou fita Kapton para fixar termopares – a fita adesiva derreterá no meio do refluxo e fornecerá dados incorretos. Se você está apenas começando e precisa de equipamentos para realizar esse processo, nossa linha de equipamentos de fabricação de circuitos eletrônicos de PCB tem todas as ferramentas que você precisa para obter perfis consistentes sempre.

Passo dois: divida seu perfil em quatro fases principais e não as apresse. O forno aumenta em etapas por um motivo – muito rápido e sua prancha deforma; muito lento e a pasta de solda começa a oxidar. Vamos dividir cada fase de forma simples:

1. Fase de pré-aquecimento: É aqui que você passa da temperatura ambiente para cerca de 150 ° C e deve levar de 60 a 120 segundos no total. O objetivo aqui é evaporar todo o solvente da pasta de solda sem queimá-la. Se o seu aumento for mais rápido que 1-2°C por segundo (°C/s) aqui, você obterá respingos ou pasta que não é uniforme. Eu sempre busco 0,8-1,2°C/s para pré-aquecimento – lento o suficiente para evitar que os componentes quebrem, rápido o suficiente para manter os tempos de ciclo razoáveis. Não há necessidade de aumentar o aquecimento aqui; trata-se de secar, não de soldar.

2. Fase de imersão: Em seguida, mantenha a 150-180°C por 60-90 segundos. Esta é a parte subestimada do perfil – é aqui que o fluxo é ativado e remove a oxidação dos terminais do bloco e dos componentes. Se você pular ou economizar na imersão, acabará com juntas frias que parecem boas, mas falham mais tarde. A temperatura de imersão não precisa ser exata, mas precisa ser consistente em todos os aspectos. Mais uma vez, observe sua rampa desde o pré-aquecimento até a imersão – mantenha-a abaixo de 1,5°C/s para evitar choques nos componentes. Para placas com uma mistura de peças grandes e pequenas, mais tempo de imersão pode ajudar a manter a temperatura de todos os componentes uniformemente.

3. Fase de refluxo: Esta é a parte quente. Primeiro, você aumenta da imersão até a temperatura máxima de 0,5-1°C/s – não mais rápido, estou falando sério. Se você ultrapassar 1°C/s aqui, sofrerá choque térmico em BGAs ou QFPs, o que pode causar rachaduras internas que você não consegue ver. A temperatura máxima depende da sua pasta de solda: sem chumbo é 240-250°C, com chumbo é 210-220°C. A chave aqui é o tempo acima do liquidus (TAL) – para produtos sem chumbo, são 60-90 segundos. Você não quer muito pouco TAL (o fluxo não faz seu trabalho) ou muito (os componentes superaquecem). Eu normalmente defino a temperatura da minha zona de refluxo para que a placa atinja o liquidus no final da rampa e, em seguida, mantenha-se logo acima do liquidus para a janela TAL antes de atingir o pico.

4. Fase de resfriamento: por último, você reduz a temperatura rapidamente – como 2-3°C/s – para cerca de 50°C antes de descarregar. O resfriamento rápido forma uma boa camada intermetálica de estanho-chumbo, que fortalece as juntas. Se você esfriar muito devagar, terá juntas quebradiças, especialmente sem chumbo. Evite despejar ar frio na placa muito rápido - quedas repentinas de temperatura podem causar empenamentos em PCBs grandes. Nossos fornos de refluxo possuem zonas frias integradas que permitem ajustar as taxas de rampa, para que você possa ajustá-las para combinar com sua prancha sem suposições.

Espere, vamos falar sobre como testar seu perfil – porque a primeira versão nunca é perfeita. Depois de definir a temperatura da zona, execute uma placa de teste e verifique os dados do termopar. Procure o ponto mais frio: se a sua borda for 10°C mais fria que o seu meio, você precisará aumentar um pouco a temperatura dessa zona para a próxima corrida. Se um BGA estiver mais quente que os demais, pode ser necessário diminuir essa zona ou ajustar a taxa de rampa. Sempre faço pelo menos três testes antes de definir um perfil – a produção não é lugar para suposições. E se você estiver atualizando seu forno para obter melhor controle de zona para perfis mais precisos, nossa linha tem opções como o forno de refluxo de correia de malha de oito zonas HW-R816E para linha SMT, que possui aquecimento de zona independente para corrigir pontos quentes/frios em qualquer placa.

Erros comuns que vejo o tempo todo: primeiro, ignorar a massa térmica do componente. Um grande dissipador de calor em um CI de potência precisará de mais calor do que um minúsculo resistor 0201 – portanto, seu perfil não pode ser único. Em segundo lugar, acelerar a aceleração. Certa vez, um cliente executou um perfil com pré-aquecimento de 3°C/s e metade de seus BGAs apresentava rachaduras internas que apareceram 100 placas depois – um pesadelo total. Terceiro, não calibrar as zonas do forno. Os fornos variam com o tempo, portanto, você deve verificar a temperatura da zona a cada 3 meses ou se notar problemas no perfil. Nossa equipe pode ajudá-lo a calibrar seu forno ou, se você estiver procurando por uma nova unidade confiável, confira nossa linha multifuncional de solda por refluxo de oito zonas que é pré-calibrada para perfis consistentes desde o primeiro dia.

Outra coisa: perfis sem chumbo versus perfis com chumbo. Eles não são intercambiáveis. A solda com chumbo derrete a 183°C, então o TAL é de 30 a 60 segundos, com temperatura de pico em torno de 217°C. Sem chumbo também derrete a ~217°C, mas precisa de temperatura de pico mais alta e TAL mais longo porque as ligas SAC são menos fluidas. Se você estiver alternando entre execuções com e sem chumbo, será necessário ajustar todo o seu perfil – apenas alternar a temperatura de uma zona não será suficiente. É por isso que um forno de refluxo com mais zonas ajuda - nosso forno de solda por refluxo HW-R10 de dez zonas para montagem SMT permite ajustar cada seção para combinar com diferentes tipos de solda sem bagunçar todo o perfil.

Agora, juntando tudo para a produção. Assim que seu perfil estiver bloqueado, documente-o! Anote a temperatura de cada zona, taxas de rampa, tempo por fase e TAL. Se o design de uma placa mudar, teste primeiro um novo perfil, não apenas ajuste o antigo. Sempre mantenho um registro de perfil para cada tipo de placa que executamos – se um cliente tiver um lote ruim, podemos voltar e verificar se o perfil estava errado, e não o design da placa. E se você estiver executando uma produção de alto volume, fornos como nosso forno de refluxo de transportador duplo de oito zonas HW-R816Z para SMT permitem que você execute várias placas ao mesmo tempo, para que você possa manter perfis consistentes enquanto produz peças sem sacrificar a qualidade.

No final das contas, um bom perfil de forno de refluxo envolve equilibrar tempo, temperatura e necessidades de componentes. Não é ciência de foguetes, mas é preciso atenção aos detalhes. Se você está lutando com rendimentos ruins, juntas inconsistentes ou precisa atualizar seu equipamento de solda por refluxo para obter perfis melhores, nossa equipe está aqui para ajudar. Trabalhamos com todos os tipos de equipes SMT, desde pequenas lojas até grandes OEMs, então não hesite em entrar em contato com nossa equipe de vendas para conversar sobre suas necessidades, quer você esteja procurando uma unidade compacta como nosso forno de refluxo de 3 zonas ou um sistema de alto desempenho para placas complexas.

Referências

1. J. Liu, Projeto de processo SMT para soldagem por refluxo, Elsevier, 2018.
2. IPC-7530, Diretrizes para Retrabalho, Reparo e Montagem de Conjuntos Eletrônicos, Association Connecting Electronics Industries, 2020.
3. K. Gilleo, Tecnologia de montagem em superfície: princípios e práticas, McGraw-Hill, 2019.