Introdução
No processo de fabricação de eletrônicos SMT,soldagem por refluxoé uma etapa crítica que determina a qualidade das juntas de solda de PCB. Os engenheiros normalmente se concentram na precisão da impressão da pasta de solda,colocação de componentese confiabilidade conjunta. No entanto, a flexão ou empenamento da PCB após a soldagem por refluxo também é um problema significativo que afeta o rendimento do produto.
Então, por que os PCBs dobram durante o processo de soldagem por refluxo? Como o risco de curvatura da PCB pode ser reduzido por meio da otimização de processos e seleção de equipamentos? Este artigo analisará essas questões com base na experiência prática de produção de SMT e nos recursos doRefluxo NeoDen IN6Forno.
Por que os PCBs dobram durante o processo de soldagem por refluxo?
1. Estresse térmico causado por expansão térmica inconsistente de materiais de PCB
Os PCBs não são compostos de um único material, mas são formados pela laminação de vários materiais diferentes, cada um com características distintas de expansão térmica. Quando uma PCB aquece rapidamente durante orefluxofornode soldaprocesso, as diferentes camadas de material se expandem em graus variados. Se o processo de aquecimento for muito rápido ou se houver uma diferença significativa de temperatura entre as superfícies superior e inferior da PCB, é provável que ocorra tensão interna.
Quando essas tensões não podem ser liberadas em tempo hábil, podem ocorrer os seguintes fenômenos:
- Saliência no centro do PCB.
- Deformação nas bordas da placa.
- Flexão geral do PCB.
Portanto, a flexão da PCB não é necessariamente um problema de qualidade da própria PCB, mas também pode estar relacionada ao gerenciamento térmico durante o processo de soldagem por refluxo.
Para fábricas SMT, uma das chaves para reduzir o risco de empenamento do PCB é estabelecer um perfil de temperatura de refluxo estável e uniforme.
Como o perfil de temperatura de refluxo afeta o empenamento da PCB?
Soldagem por refluxonão é simplesmente uma questão de aquecer o PCB até o ponto de fusão da pasta de solda, mas sim um processo contínuo de tratamento térmico.
Um perfil de refluxo completo normalmente inclui:
- Estágio de pré-aquecimento
- Estágio de imersão
- Estágio de refluxo
- Estágio de resfriamento
Os parâmetros de cada estágio afetam o estresse térmico sofrido pela PCB.
1. O pré-aquecimento excessivamente rápido aumenta o risco de choque térmico na PCB
O objetivo principal do estágio de pré-aquecimento é aumentar gradualmente a temperatura da PCB, assim:
- Ativando o fluxo.
- Equalizando gradualmente a temperatura em todas as áreas do PCB.
- Reduzindo o estresse causado por mudanças bruscas de temperatura.
Se a taxa de aquecimento for muito rápida, a superfície da PCB poderá aquecer rapidamente enquanto a temperatura interna permanecer baixa.
Este gradiente de temperatura pode resultar em:
- Taxas de expansão inconsistentes em diferentes áreas do PCB.
- Tensão adicional gerada dentro do material.
- Maior probabilidade de deformação.
Portanto, durante a depuração do processo SMT, os engenheiros não devem se concentrar apenas nas temperaturas de pico, mas também prestar atenção a todo o processo de mudança de temperatura.
ONeoDen IN6suporta parâmetros de temperatura ajustáveis, permitindo aos usuários personalizar as configurações de zona com base em diferentes pastas de solda e características de PCB, ajudando assim a estabelecer um perfil de refluxo mais estável.
2. Temperaturas excessivamente altas durante a fase de refluxo aumentam o risco de empenamento do PCB
A fase de refluxo deve atingir o ponto de fusão da pasta de solda para garantir juntas de solda confiáveis, mas temperaturas excessivamente altas podem resultar em:
- Aumento da expansão térmica do material PCB.
- Maior estresse térmico nos componentes.
- Uma janela de soldagem mais estreita.
Isto é particularmente verdadeiro para:
- PCBs finos.
- PCBs com grandes áreas de cobre.
- PCBs com componentes de alta-densidade.
Temperaturas excessivamente altas podem aumentar significativamente o risco de empenamento do PCB.
A faixa de temperatura do NeoDen IN6 abrange desde a temperatura ambiente até 300 graus, atendendo aos requisitos dos processos comuns de soldagem-sem chumbo. Os usuários podem definir parâmetros de soldagem reais com base nas curvas recomendadas fornecidas por seus fornecedores de pasta de solda.
3. O resfriamento excessivamente rápido pode gerar tensão residual
Muitos funcionários de produção concentram-se mais na fase de aquecimento ao ajustar os parâmetros de soldagem por refluxo, enquanto negligenciam o processo de resfriamento.
Na verdade, a fase de resfriamento também afeta o nivelamento do PCB.
Quando uma PCB esfria rapidamente de altas temperaturas até a temperatura ambiente, diferentes materiais se contraem em taxas diferentes, gerando tensão interna.
Se o processo de resfriamento for muito abrupto:
- O PCB está sujeito a deformação.
- A tensão interna nas juntas de solda aumenta.
- A confiabilidade-de longo prazo diminui.
Portanto, um processo de soldagem por refluxo abrangente e confiável requer atenção aos seguintes fatores:
- Taxa de aquecimento.
- Espere um pouco.
- Temperatura máxima.
- Processo de resfriamento.
Além do perfil de temperatura, que outros fatores podem causar empenamento da PCB?
1. Projeto de PCB e fatores estruturais
Emborasoldagem por refluxoé fundamental para o controle do processo térmico, o próprio design da PCB também influencia o risco de empenamento.
Fatores de influência comuns incluem:
- Espessura do PCB:PCBs mais finos têm menor rigidez e são mais propensos a empenamentos em ambientes-de alta temperatura.
- Distribuição desigual de cobre:Se a área de cobre em um lado da PCB for significativamente maior do que no outro, podem ocorrer vários graus de expansão térmica durante o aquecimento.
- Layout irregular dos componentes:A concentração de componentes grandes em uma área específica do PCB pode levar a diferenças localizadas na capacidade térmica.
Portanto, na fabricação real de SMT, o design da PCB, as propriedades do material e os parâmetros de soldagem por refluxo devem ser otimizados em conjunto.
Como o NeoDen IN6 reduz o risco de curvatura do PCB através de seu design técnico?
Reduzir o risco de empenamento da PCB durante o processo de soldagem por refluxo não é simplesmente uma questão de diminuir a temperatura; em vez disso, requer equipamentos com capacidades de gerenciamento térmico mais estáveis.
1. Projeto completo de convecção de ar-quente para melhorar a uniformidade do aquecimento da PCB
Uma das principais causas do empenamento da PCB durante a soldagem por refluxo é a diferença de temperatura entre as diferentes áreas da placa.
Por exemplo:
- Grandes áreas de folha de cobre absorvem o calor mais lentamente.
- Grandes áreas de componentes IC têm maior capacidade térmica.
- Pequenas áreas de componentes aquecem mais rapidamente.
Se a distribuição de calor dentro do equipamento for desigual, diferentes locais na mesma PCB poderão estar em temperaturas diferentes, gerando assim estresse térmico.
O NeoDen IN6 emprega um método de aquecimento por convecção de ar totalmente quente-, que usa circulação de ar quente para transferir calor uniformemente para a superfície da PCB.
Em comparação aos métodos tradicionais que dependem da radiação de uma única fonte de calor, a convecção-de ar quente reduz as diferenças locais de temperatura, resultando em um aumento de temperatura mais suave para a PCB.
De acordo com oEspecificações do produto NeoDen IN6, a diferença lateral de temperatura dentro do equipamento é inferior a 2 graus, o que ajuda a garantir resultados de processamento térmico mais consistentes para o PCB.
Para PCBs contendo componentes de alta-densidade ou estruturas complexas de camada de cobre, essa capacidade de aquecimento uniforme pode reduzir efetivamente o risco de empenamento causado por variações locais de temperatura.
2. 6 Projeto de múltiplas-zonas para uma rampa de temperatura mais suave
ONeoDen IN6apresenta um design de 6 zonas. Através do controle coordenado das zonas de temperatura superior e inferior, ajuda as superfícies superior e inferior da PCB a absorver o calor de maneira mais uniforme. Isto é particularmente importante para reduzir o empenamento do PCB.
Com o controle-de múltiplas zonas, os engenheiros podem ajustar os parâmetros de aquecimento para diferentes estágios com base nas características da PCB, garantindo que a PCB passe por uma rampa de temperatura mais suave.
3. Controle preciso de temperatura para reduzir o estresse térmico causado por flutuações de temperatura
Durante o processo de produção SMT, a estabilidade da temperatura afeta diretamente o estado de estresse térmico do PCB.
Se ocorrerem flutuações significativas de temperatura no equipamento de solda por refluxo:
- O PCB pode estar sujeito a repetidas mudanças de temperatura;
- Diferentes camadas de materiais podem expandir-se e contrair-se a taxas inconsistentes;
- A tensão residual interna pode aumentar.
O NeoDen IN6 é equipado com sensores de temperatura de alta-sensibilidade e sistema inteligente de controle de temperatura, que auxiliam o equipamento a manter a temperatura definida de forma mais estável.
De acordo com as especificações do produto, o NeoDen IN6 atinge uma precisão de controle de temperatura de ±0,2 graus, com desvio de distribuição de temperatura controlado dentro de ±1 grau.
EmP&D e produção em pequenos-lotesambientes, o controle estável de temperatura ajuda os engenheiros a estabelecer perfis de refluxo mais confiáveis, reduzindo problemas de empenamento de PCB causados por flutuações do processo.
4. Monitoramento-da curva de temperatura em tempo real para maior controle do processo de soldagem de PCB
Muitos problemas de curvatura da PCB não são causados por mau funcionamento do equipamento, mas sim por parâmetros de refluxo que não foram otimizados para a PCB específica.
Por exemplo:
Com as mesmas configurações de temperatura:
- PCBs finos e grossos exibem diferentes mudanças reais de temperatura.
- PCBs com diferentes densidades de componentes absorvem o calor de maneira diferente.
- As curvas ideais variam dependendo da pasta de solda utilizada.
Portanto, os engenheiros precisam medir as temperaturas reais para entender as mudanças de temperatura-em tempo real da PCB.
O NeoDen IN6 suporta conexões de sensores de temperatura e pode capturar perfis de temperatura por meio de testes reais de PCB, ajudando os usuários a otimizar os parâmetros de soldagem.
5. Velocidade ajustável do transportador para melhorar a adaptabilidade do processo para diferentes PCBs
Diferentes PCBs têm requisitos de calor variados.
Por exemplo:
- PCB finos:O aquecimento rápido deve ser evitado;
- PCBs grossos:Deve ser garantida uma transferência de calor suficiente.
O NeoDen IN6suporta ajuste de velocidade do transportador em uma faixa de 5 a 30 cm/min, permitindo que os usuários ajustem o tempo de permanência da PCB em cada zona de temperatura com base nas dimensões, espessura e tipo de pasta de solda da PCB.
Essa flexibilidade torna o IN6 adequado não apenas para aplicações de-produto único, mas também paraP&D, produção em pequenos-lotese cenários que exigem alternância rápida entre vários modelos de PCB.
Como a curvatura do PCB pode ser ainda mais reduzida por meio da otimização do processo SMT?
Embora o desempenho do equipamento de solda por refluxo seja crucial, reduzir o risco de curvatura da PCB ainda requer uma combinação de equipamento e otimização de processo.
1. Ajuste os parâmetros do forno de refluxo com base nas características da PCB
Diferentes PCBs devem usar diferentes perfis de temperatura; um único conjunto de parâmetros não deve ser aplicado a todos os produtos.
Os engenheiros precisam considerar:
- Espessura do PCB.
- Tipo de placa.
- Distribuição da área de cobre.
- Densidade do componente.
- Especificações da pasta de solda.
Ao estabelecer os parâmetros iniciais, consulte os perfis de temperatura recomendados fornecidos pelo fornecedor da pasta de solda.
OManual do usuário NeoDen IN6recomenda definir os parâmetros de temperatura de soldagem por refluxo com base nos dados fornecidos pelo fornecedor da pasta de solda para garantir que o processo de soldagem atenda aos requisitos do material.
2. Meça as temperaturas na placa de circuito impresso real, em vez de confiar apenas na temperatura exibida no equipamento
A temperatura exibida pelo equipamento não representa totalmente a temperatura real do PCB.
Um método mais confiável é:
- Instale termopares em locais críticos da PCB.
- Obtenha o perfil de temperatura real.
- Analise as diferenças de temperatura em diferentes áreas.
- Ajuste os parâmetros da zona.
Essa abordagem ajuda a evitar a exposição da PCB a estresse térmico adicional causado por configurações imprecisas de parâmetros.
NeoDen IN6: Ajudando as empresas a estabelecer um processo estável de soldagem por refluxo de PCB
Para equipes de P&D de eletrônicos, pequenas fábricas de EMS e startups de hardware, o empenamento da PCB não afeta apenas a aparência do produto, mas também pode afetar a confiabilidade da junta de solda e a montagem subsequente.
O NeoDen IN6 ajuda os usuários a estabelecer um processo de soldagem por refluxo de PCB mais estável e repetível.
Além disso, o IN6 apresenta um design compacto de mesa, medindo 1020 × 507 × 350 mm e pesando aproximadamente 49 kg, tornando-o ideal paraLaboratórios de P&D, linhas de produção de pequenos-lotese ambientes de trabalho SMT com espaço limitado.
Conclusão
Deformação da PCB durante oprocesso de soldagem por refluxoé essencialmente o resultado dos efeitos combinados das propriedades do material, mudanças de temperatura e estresse térmico.
Através do controle preciso da temperatura e de um design de ciclagem térmica estável, oNeoDen IN6 fornece uma solução de solda por refluxo flexível e confiável para desenvolvimento de protótipos de PCB e fabricação de pequenos-lotes.
Se você está procurando uma máquina de solda por refluxo de mesa que possa melhorar a estabilidade da soldagem de PCB e reduzir o risco de empenamento por refluxo,entre em contato com a equipe da NeoDen para obter especificações detalhadas para as recomendações do processo IN6 e SMT adaptadas aos seus produtos.