Un four de refusion dédié reste l'option la plus contrôlable pour assembler un PCB complet avec de la pâte à souder. Toutefois, les constructeurs de prototypes et les techniciens de réparation peuvent avoir besoin de traiter une petite carte ou de remplacer un composant sans accès à un four de production.
Une plaque chauffante-à température contrôlée ou un préchauffeur de PCB peut prendre en charge certains travaux de prototype de carte-spécifique. Une station d'air chaud électronique-à température et débit d'air contrôlés-est normalement utilisée pour les retouches localisées. Ce sont des tâches différentes et ne doivent pas être traitées comme des processus de production interchangeables.
Décision fondamentale :Utilisez un large chauffage côté inférieur-pour un petit prototype sélectionné, de l'air chaud localisé pour une zone de retouche définie et un four de refusion profilé lorsque la répétabilité, les joints cachés ou la haute fiabilité sont importants.
Les lecteurs qui ont besoin d'abord du flux de travail complet du matériel peuvent consultercomment utiliser la pâte à souder, du conditionnement et du dépôt en passant par le chauffage et l'inspection.
Guide de décision rapide
| Tâche | Méthode de démarrage préférée | Raison principale |
|---|---|---|
| Assemblez un petit prototype simple face-complet | Plaque chauffante-à température contrôlée ou préchauffeur de PCB | Large chauffage côté inférieur-sans flux d'air |
| Remplacez un composant CMS en plomb-visible. | Station à air chaud-électronique contrôlée | Chauffage localisé autour du colis cible |
| Retravailler une zone locale à forte densité thermique | Préchauffage par le bas et air chaud contrôlé | Réduit la différence de température entre la cible et le reste du PCB |
| Assemblez un panneau multicouche dense ou un ensemble de joints-cachés | Four de refusion profilé ou système de retouche professionnel | Nécessite une distribution de température reproductible et une inspection efficace |
| Répétez le processus sur toutes les quantités de production | Processus de refusion validé | Le chauffage manuel dépend fortement de l'opérateur- |
Ni une plaque de cuisson domestique ni un pistolet thermique de construction-à usage général ne doivent être traités comme un outil de processus SMT contrôlé.
Quel équipement est adapté ?
| Équipement | Utilisation appropriée | Principale limite |
|---|---|---|
| Préchauffeur de circuits imprimés | Préchauffage contrôlé-de la face inférieure et prise en charge des retouches localisées | Il est possible que la refusion-du côté supérieur ne soit pas complète sans une source de chaleur supplémentaire. |
| Plaque chauffante de laboratoire avec contrôle stable | Sélection de petites cartes prototypes plates-à une face | La température de surface n'est pas égale à la température des joints |
| Station de retouche à air chaud-électronique | Retrait, remplacement ou refusion de composants localisés | Le flux d'air et la position de la buse peuvent déplacer des pièces ou créer des points chauds |
| Pistolet thermique de construction | Généralement inadapté au travail CMS contrôlé | Large débit d'air et contrôle de processus limité |
| Plaque de cuisson domestique | Non recommandé en tant qu'outil de contrôle de processus- | Uniformité, comportement de surface et répétabilité inconnus |
Le choix de l'équipement de chauffage doit respecter les exigences en matière de cartes, de composants et de matériaux -et non la température maximale imprimée sur l'outil.
Sécurité et configuration du poste de travail
La refusion manuelle des PCB implique des surfaces chaudes, des alliages fondus, des fumées de flux et des composants électriquement sensibles. Avant de chauffer :
- utiliser une ventilation locale ou une extraction des fumées efficace ;
- travailler sur une surface-résistante à la chaleur et ininflammable ;
- garder les câbles, lingettes, solvants et emballages à l’écart des équipements chauds ;
- utiliser des contrôles ESD adaptés à l'assemblage ;
- soutenir ou fixer le PCB afin qu'il ne puisse pas glisser pendant le chauffage ;
- disposer d'outils adaptés à la manipulation de la carte après refroidissement ;
- suivre la fiche de données de sécurité de la pâte à souder et les instructions de l'équipement ;
- ne touchez pas et ne déplacez pas l’assemblage tant que la soudure reste fondue.
Le stockage et le conditionnement sont également importants. Suivez les instructions actuelles du produit et le guide pourdurée de conservation et manipulation de la pâte à souderavant d'appliquer de la chaleur.
Air chaud vs plaque chauffante
| Facteur | Plaque chauffante à température contrôlée- | Air chaud contrôlé |
|---|---|---|
| Direction de chaleur principale | Du dessous du PCB | Du côté des composants |
| Meilleure utilisation de départ | Petits prototypes de-cartes entières | Refonte localisée des composants |
| Espace chauffé | La plupart ou la totalité du conseil | Zone sélectionnée |
| Risque de flux d'air | Aucun | Peut déplacer de la pâte ou des composants légers |
| Répartition de la température | Dépend du contact, de la planéité de la carte et de la distribution du cuivre | Dépend du débit d'air, de la buse, de la distance, du mouvement et du préchauffage du fond |
| Tableau double-face | Les parties inférieures peuvent entrer en contact avec la surface ou refluer à nouveau | Les pièces à proximité peuvent recevoir un autre cycle de chaleur |
| Répétabilité | Limité sans luminaires ni mesure | Fortement dépendant de la technique de l'opérateur et du contrôle de l'équipement |
| Aptitude à la production | Faible | Faible pour l'assemblage de-cartes entières |
La comparaison ne porte pas simplement sur l'outil qui devient le plus chaud. Il s'agit de savoir comment la chaleur atteint le joint le plus froid requis sans surchauffer l'endroit le plus sensible.
Méthode 1 : refusion d'un prototype de carte- entière avec une plaque chauffante
Une plaque chauffante-à température contrôlée ou un préchauffeur de PCB peut être pratique pour certains petits prototypes plats-unilatéraux avec des composants visibles et une distribution modérée de cuivre.
Cette méthode devient moins adaptée lorsque la carte contient des connecteurs lourds, de grands plans de masse, des composants inférieurs-sensibles à la chaleur ou des joints cachés qui ne peuvent pas être inspectés de manière adéquate.
Flux de travail contrôlé des plaques chauffantes-
- Examinez les documents.Vérifiez le TDS de la pâte, l'alliage, l'historique de stockage, les limites des composants et les exigences de manipulation-sensibles à l'humidité.
- Inspectez et soutenez le PCB.Vérifiez que la planche est propre, plate et adaptée au chauffage par le bas-.
- Contrôlez le dépôt.Utilisez un pochoir ou une autre méthode reproductible lorsque le volume de dépôt est important. Le guide deméthodes d'application de pâte à souderexplique les principales options.
- Placez les composants avec précision.La soudure fondue peut faciliter un auto--alignement limité, mais elle ne peut pas corriger chaque décalage.
- Installez des thermocouples.Mesurez un joint froid représentatif et un emplacement-sensible à la chaleur lorsque cela est possible.
- Réchauffez la planche progressivement.Évitez d'utiliser le réglage le plus élevé comme substitut à un processus mesuré.
- Refusion et refroidissement complets.Confirmez la coalescence et le mouillage, puis maintenez le PCB stable jusqu'à ce que la soudure se solidifie.
- Inspectez avant la-mise sous tension.Vérifiez les joints visibles, la position des composants et l’état de la carte.
Déplacer ou soutenir inégalement le PCB alors que la soudure reste fondue peut perturber les composants ou les joints. La réponse mesurée de la carte est plus importante que le cadran de la plaque chauffante-.
Méthode 2 : retouche localisée à l’air chaud
Une station de retouche électronique à température- et débit d'air-contrôlée est plus adaptée au remplacement d'un composant ou au chauffage d'une zone de tampon limitée sur un assemblage existant.
Le flux d’air introduit une force mécanique. En fonction du débit d'air, de la conception de la buse, de la distance et du mouvement, une petite buse peut produire une zone chaude concentrée plutôt qu'un processus plus sûr.
Flux de travail d'air chaud-contrôlé
- Confirmez qu’une retouche localisée est appropriée.Les colis cachés-joints ou à haut-risque peuvent nécessiter un équipement et une inspection spécialisés.
- Protéger les pièces adjacentes.Examinez les connecteurs en plastique, les câbles, les microphones, les caméras, les appareils optiques et les petits composants à proximité.
- Appliquez une source de soudure contrôlée.Utilisez uniquement le volume de pâte ou de flux requis par le processus de reprise défini.
- Préchauffez le PCB lorsque cela est possible.Le préchauffage par le bas peut réduire l'énergie qui doit être appliquée par le haut.
- Contrôlez la position de la buse et le débit d’air.Chauffez uniformément la zone de l'emballage plutôt que de maintenir le flux sur un fil ou un coin.
- Mesurez la réponse thermique réelle.N'utilisez pas le point de consigne de la station comme preuve de la température du composant.
- Arrêtez-vous lorsque les joints prévus ont refondu.Continuer parce qu'une minuterie n'a pas expiré peut surchauffer la zone.
- Maintenir l'ensemble immobile pendant la solidification.Inspectez une fois que la zone a refroidi en toute sécurité.
Responsable d'Infineonrecommandations d'assemblage de cartes pour les packages sans fil intégrésindiquer que les profils de température de reprise doivent être enregistrés et que les composants adjacents peuvent subir une autre exposition par refusion.
Pouvez-vous combiner préchauffage par le bas et air chaud ?
Oui. Sur les assemblages thermiquement lourds, un préchauffeur de PCB peut augmenter la température générale de la carte avant que l'air chaud contrôlé -côté supérieur ne fournisse l'énergie supplémentaire requise au boîtier cible.
Les avantages potentiels comprennent :
- chauffage côté supérieur-moins concentré ;
- réduction des différences de température dans la zone cible ;
- exposition plus courte à l'air chaud intense;
- chauffage plus efficace des plots reliés à de grands plans de cuivre.
Cette combinaison nécessite encore des mesures. Le chauffage par le bas peut affecter les composants du dessous tandis que l'opérateur ne surveille que le côté supérieur, et l'air chaud peut déplacer un emballage une fois que la pâte a ramolli.
Comprendre les étapes du profil de redistribution
Cet article ne fournit pas de valeurs de température universelles. Les limites réelles doivent provenir du TDS actuel de la pâte à souder, de la documentation des composants et du profil de carte validé.
Un profil de refusion contrôlé considère normalement quatre étapes :
- Préchauffer :Augmentez la température du PCB sans choc thermique inutile.
- Égalisation thermique ou trempage :Réduisez les différences de température entre les composants et les zones de cuivre pendant le développement du système de flux.
- Temps au-dessus du liquidus :Maintenir les joints requis au-dessus du liquidus de l'alliage suffisamment longtemps pour la coalescence et le mouillage, sans exposition excessive.
- Refroidissement contrôlé :Laissez la soudure se solidifier sans mouvement des composants ni contrainte thermique évitable.
La liste officielle des publications de l'IPC identifieIPC-7530B, Lignes directrices pour le profilage de température pour les processus de brasage en masse, comme ligne directrice actuelle en matière de-profilage de température. Un processus de prototypage manuel n’équivaut pas à une refusion massique, mais le principe de mesure de la température dans le temps reste pertinent.
Placement du thermocouple : mesurez le PCB, pas l'outil
Un thermocouple doit mesurer l'emplacement cible plutôt que l'air chaud qui l'entoure.
- maintenir un contact fiable avec l'emplacement du tampon, du joint ou de l'emballage sélectionné ;
- empêcher le fil de bouger lorsque le flux d'air ou l'activité du flux commence ;
- évitez de laisser la jonction de détection suspendue au-dessus du PCB ;
- éviter les méthodes de fixation qui modifient de manière significative la réponse thermique locale ;
- inclure un point froid probable, tel qu'un plot connecté à un grand plan de cuivre ;
- inclure un emplacement-sensible à la chaleur lorsque les limites des composants sont critiques ;
- enregistrer la méthode de fixation et la position du thermocouple pour la répétabilité.
L'épaisseur du PCB, la distribution du cuivre, la position du boîtier et les composants voisins peuvent tous modifier la température des joints. Le même réglage d'équipement peut donc produire des résultats différents sur une autre carte.
La rhéologie de la pâte et la réponse au chauffage sont également liées. Voir le guide pourpropriétés physiques de la pâte à souderpour des considérations de viscosité, de collant et d’écoulement.
La pâte à souder à basse température-sécurise-t-elle la refusion manuelle ?
Un alliage à point de fusion inférieur-peut réduire la demande thermique d'un processus, mais il ne corrige pas une mauvaise uniformité de la température, un flux d'air incontrôlé, un volume de dépôt excessif ou une conception de joint inadaptée.
Les formulations à basse-température comportent également des considérations-spécifiques au produit en matière d'alliage, de flux, de mécanique et de fiabilité. Consultez la documentation actuelle du produit sélectionné.pâte à souder-sans plomb à basse-températureplutôt que de transférer les réglages d'un autre alliage.
Scénarios illustratifs
Les exemples suivants montrent le processus de décision et ne représentent pas les résultats de production mesurés.
Scénario 1 : petit prototype de capteur-à un seul côté
Un petit prototype plat contient des résistances visibles, des condensateurs et un circuit intégré à bornes sur un côté. La face inférieure ne contient aucun composant et la répartition du cuivre est modérée.
Une plaque chauffante à température contrôlée-peut constituer une méthode de démarrage raisonnable si l'opérateur peut contrôler le volume de pâte, fixer la carte, fixer les thermocouples et inspecter chaque joint. Le processus doit toujours être enregistré et ne doit pas être considéré comme adapté aux quantités de production.
Scénario 2 : Remplacement de QFP sur une carte contrôleur peuplée
Une carte contrôleur remplie nécessite le remplacement d'un QFP à fil-visible. Les connecteurs à proximité ne peuvent pas tolérer un chauffage étendu de la carte entière-, tandis qu'une grande surface au sol augmente la charge thermique locale.
Un préchauffage par le bas et de l'air chaud contrôlé sur le dessus- peuvent être plus appropriés qu'une plaque chauffante seule. L'opérateur doit protéger les pièces adjacentes, mesurer la cible et les emplacements sensibles à proximité et inspecter chaque fil accessible après refroidissement.
Quand s'arrêter et utiliser un four de refusion ou un système de retouche professionnel
Le traitement manuel à la-plaque chaude ou à l'air chaud-n'est pas la solution privilégiée lorsque l'assemblage contient :
- de grandes baies BGA ou des packages-terminés en bas nécessitant une acceptation conjointe-cachée ;
- Packages QFN ou SON avec un volume de soudure de plaquette central- critique ;
- construction multicouche dense et grands gradients thermiques ;
- composants lourds des deux côtés du PCB ;
- appareils optiques ou-pièces en plastique sensibles à la chaleur ;
- composants sensibles à l'humidité sans enregistrements de manipulation contrôlée ;
- exigences liées à la sécurité-ou à une-fiabilité élevée ;
- une quantité de production qui nécessite une répétabilité validée ;
- aucun moyen crédible de mesurer la température ou d’inspecter le résultat.
Les instructions spécifiques au package d'Infineon-recommandent la refusion forcée-dans un four à convection pour les assemblages QFN et SON intégrés et notent que l'inspection optique conventionnelle est limitée pour les joints formés principalement sous le boîtier.
Spécialisépâte à souder pour semi-conducteursdoivent être sélectionnés et validés avec le processus d'emballage, de pochoir, de chauffage et d'inspection.
Défauts courants et premières vérifications
| Défaut constaté | Cause possible | Premier chèque |
|---|---|---|
| Composant désactivé | Chauffage inégal ou mouillage inégal | Comparez les températures des tampons et les dépôts de pâte |
| Pont de soudure | Excès de pâte ou mouvement des composants | Volume de dépôt, placement et débit d'air |
| Boules de soudure | Excès de pâte, contamination ou échauffement agressif | État de la pâte, volume appliqué et vitesse de chauffage |
| Articulation ouverte | Pâte insuffisante ou tampon froid | Masse thermique du cuivre et température réelle des joints |
| Composant décalé | Flux d'air ou mouvement lorsque la soudure est liquide | Contrôle des buses et stabilité du refroidissement |
| Coalescence incomplète | Exposition thermique insuffisante ou matériau dégradé | Profil mesuré et historique de collage |
| Masque de soudure ou stratifié foncé | Chauffage local excessif | Temps d'exposition, distance et température mesurée |
| Coussinet surélevé | Chaleur excessive ou force mécanique | Retravailler la manipulation et le temps de séjour |
Un défaut visible ne doit pas automatiquement être imputé à la pâte à braser. Examinez ensemble le dépôt, la conception de la carte, la méthode de chauffage et le placement des composants. Le guide plus large deévaluation des performances de soudurefournit des catégories de tests supplémentaires.
Inspection après refusion manuelle
Pour les joints accessibles, utilisez un grossissement approprié pour inspecter :
- mouiller à la fois le tampon et la terminaison ;
- ponts et billes de soudure ;
- fils ouverts ou partiellement mouillés ;
- déplacement ou rotation des composants ;
- volume de soudure insuffisant ;
- résidus en dehors de la zone prévue ;
- masque de soudure, tampon ou dommage au stratifié.
La continuité électrique peut identifier les ouvertures et les courts-circuits sélectionnés, mais elle ne peut pas évaluer les vides, la zone de mouillage, la résistance mécanique ou chaque joint caché.
Les instructions officielles d'Infineon décrivent l'inspection aux rayons X -comme étant adaptée aux composants qui ne peuvent pas être inspectés de manière adéquate par des méthodes optiques. Utiliserprincipes d'inspection de la pâte à souderavant la refusion et une méthode d'inspection après-refusion efficace par la suite.
Enregistrez le lot de pâte, l'équipement, les positions des thermocouples, l'historique des températures mesurées, l'opérateur, le résultat de l'inspection et la disposition finale.
FAQ
Q : Puis-je refusionner la pâte à souder avec un-pistolet à air chaud ?
R : Une station de retouche électronique à température-et débit d'air-contrôlés peut convenir à un travail localisé. Un pistolet thermique de construction n'a généralement pas le contrôle requis pour les petits composants CMS.
Q : Une plaque chauffante peut-elle remplacer un four à refusion ?
R : Il peut prendre en charge certains petits prototypes, mais il ne fournit pas les zones contrôlées, le flux d'air et la répétabilité d'un four de production profilé.
Q : L'air chaud ou une plaque chauffante sont-ils meilleurs pour le soudage CMS ?
R : Une plaque chauffante contrôlée constitue généralement le meilleur point de départ pour un simple prototype de -carte entière. L'air chaud contrôlé est généralement préférable pour un composant ou une zone de retouche limitée.
Q : Combien de thermocouples dois-je utiliser ?
R : Utilisez suffisamment de points de mesure pour représenter le joint froid probable et l'emplacement le plus-sensible à la chaleur. Les tableaux complexes peuvent nécessiter des points supplémentaires.
Q : Puis-je utiliser une plaque chauffante pour un PCB double-face ?
R : Uniquement dans des cas sélectionnés et validés. Les parties inférieures peuvent entrer en contact avec la surface, refondre ou bouger, et un dispositif de fixation peut être nécessaire.
Q : Puis-je utiliser de l'air chaud pour les packages BGA ou QFN ?
R : Les systèmes professionnels peuvent retravailler ces packages, mais le travail manuel non contrôlé sans profilage, contrôle de placement et inspection conjointe cachée-entraîne une incertitude considérable.
Conclusion
La pâte à souder peut être refondue sans four dédié pour certains prototypes et réparations, mais la méthode de chauffage doit correspondre à la tâche.
Utilisez une plaque chauffante-à température contrôlée ou un préchauffeur de PCB pour un petit prototype de carte entière-sélectionné, et de l'air chaud contrôlé pour les retouches localisées. Utilisez un four profilé ou un système de reprise professionnel lorsque des joints cachés, une masse thermique complexe, une répétabilité ou une fiabilité élevée sont impliqués.
Le contrôle le plus important est la réponse mesurée du PCB et des composants-et non le nombre affiché sur l'outil. Les documents pertinents peuvent être examinés dans leGamme de pâtes à souder YIHMA, et les détails du processus peuvent être soumis via lePage de demande de renseignements YIHMA.
