Berapakah suhu penyolderan reflow untuk timah solder bebas timbal?

Jika Anda pernah bekerja di bidang manufaktur elektronik—baik membuat ponsel cerdas, PCB otomotif, atau perangkat yang dapat dikenakan konsumen—Anda mungkin pernah mendengar istilah “solder reflow”. Dan jika Anda menggunakan solder bebas timbal (yang kini diwajibkan di sebagian besar wilayah, berkat peraturan lingkungan seperti RoHS), pertanyaan besar yang ditanyakan semua orang adalah: berapa suhu penyolderan reflow yang tepat? Sebagai pemasok solder reflow yang telah bekerja dengan tim SMT selama lebih dari satu dekade, saya telah melihat terlalu banyak proyek yang tidak berjalan lancar karena profil suhu yang buruk—terlalu panas dan Anda membakar komponen, terlalu dingin dan sambungan Anda rapuh. Mari kita uraikan secara sederhana, tidak ada jargon yang berlebihan, hanya pembicaraan nyata dari seseorang yang pernah terlibat dengan mesin pick-and-place dan oven reflow setiap minggunya.

Pertama, mari kita perjelas dasar-dasarnya: solder bebas timbal tidak seperti solder lama yang meleleh pada suhu 183°C (361°F). Paduan bebas timbal yang paling umum saat ini adalah SAC305—timah, perak, tembaga—karena paduan ini menyeimbangkan kekuatan, keterjangkauan, dan kepatuhan. Titik lelehnya sekitar 217°C (423°F), sehingga profil reflow Anda harus mencapai titik tersebut, namun tidak semudah hanya memutar oven hingga solder mengalir. Anda perlu membuat profil dengan tahapan tertentu untuk menghindari matinya papan atau komponen Anda.

Mari kita telusuri empat tahapan utama dari profil reflow standar bebas timah. Tahap pertama adalah pemanasan awal, biasanya 150°C hingga 200°C (302°F hingga 392°F) selama 60 hingga 120 detik. Hal ini menghasilkan dua hal besar: mengeringkan fluks apa pun pada pasta solder (fluks adalah benda lengket yang membersihkan permukaan logam sehingga solder menempel) dan memanaskan papan secara merata sehingga tidak terjadi kejutan termal. Kejutan termal terjadi ketika PCB dingin terkena panas secara bersamaan—Anda akan terkejut betapa banyak retakan kecil pada PCB atau retakan mikro pada resistor chip yang muncul karena melewatkan tahap ini. Jika Anda menggunakan pengaturan yang lebih kecil, seperti oven reflow 3 zona untuk pembuatan prototipe, Anda mungkin perlu menyesuaikan waktu pemanasan awal karena papan yang lebih kecil lebih cepat panas.

Tahap kedua adalah tahap perendaman, yang dilewati atau diburu oleh banyak orang baru. Di sinilah Anda mempertahankan suhu pemanasan awal—biasanya 180°C hingga 200°C (356°F hingga 392°F)—selama 60 hingga 90 detik lagi. Tujuannya di sini adalah untuk mendapatkan semua komponen (besar dan kecil) pada suhu yang sama, dan memastikan fluks cukup aktif untuk menghilangkan oksidasi dari bantalan dan bola solder. Jika Anda tidak cukup merendamnya, Anda akan mendapatkan sambungan yang dingin—sambungan yang tumpul dan kasar yang akan putus seiring berjalannya waktu, yang merupakan mimpi buruk bagi kegagalan di lapangan. Saya ingat seorang klien yang menggunakan oven 3 zona yang murah dan tidak merendamnya; mereka harus mengerjakan ulang 30% papan mereka. Saat itulah kami merekomendasikan peningkatan ke unit yang lebih presisi, sepertiOven Solder Reflow Sepuluh Zona HW-R10 Untuk Perakitan SMT, yang memiliki zona khusus untuk suhu rendam kuku dengan sempurna.

Selanjutnya adalah tahap reflow, bagian yang dipedulikan semua orang. Di sinilah Anda mencapai puncaknya pada suhu maksimal 245°C (473°F), bukan? Tunggu, tunggu—jangan mencapai puncak itu dengan kecepatan penuh. Anda ingin kenaikan perlahan hingga mencapai puncak, dengan hanya 10 hingga 15 detik di atas titik leleh SAC305 yaitu 217°C. Mengapa? Karena komponen seperti IC tidak mampu menahan panas super tinggi dalam waktu lama. Sebagian besar suku cadang SMT standar memiliki suhu maksimum 260°C, jadi Anda tidak ingin melebihi suhu tersebut. Saya melihat terlalu banyak insinyur baru yang menetapkan suhu puncaknya ke 250°C karena “ini menyelesaikan pekerjaan dengan cepat”—tetapi itulah cara Anda mematikan BGA atau konektor yang rumit. Kuncinya di sini adalah memantau suhu secara keseluruhan, bukan hanya di satu tempat. Jika komponen berdaya besar ditempatkan di samping chip 0201 yang kecil, kebutuhan panasnya akan berbeda, sehingga oven multi-zona tidak dapat dinegosiasikan untuk konsistensi. ItuPeralatan manufaktur PCB elektronik sirkuitHalaman ini memiliki perincian bagus tentang bagaimana jumlah zona memengaruhi presisi profil, jadi periksalah jika Anda baru memulai.

Lalu ada tahap pendinginan, yang sering diabaikan tetapi sangat penting. Anda perlu mendinginkan papan hingga mencapai suhu ruangan (atau setidaknya 75°C/167°F) dalam waktu 30 hingga 60 detik, dan suhunya harus stabil, sejuk perlahan, dan bukan hembusan udara dingin yang tiba-tiba. Pendinginan yang cepat membuat butiran solder menjadi lebih kecil, sehingga menghasilkan sambungan yang lebih kuat dan andal. Jika Anda mendinginkan terlalu lambat, Anda akan mendapatkan butiran yang lebih besar dan lebih rapuh—tidak berguna, terutama pada suku cadang otomotif atau medis yang memerlukan getaran. Saya pernah bekerja dengan klien luar angkasa yang beralih ke klien kamiHW-R816Z Oven Reflow Konveyor Ganda Delapan Zona Untuk SMTkarena oven lama mereka mempunyai pendinginan yang lemah; mereka menurunkan tingkat kegagalan sendi sebesar 40% dalam semalam. Konveyor ganda juga merupakan pilihan yang baik jika Anda menjalankan dalam jumlah besar, karena Anda dapat membuat dua papan sekaligus tanpa kontaminasi silang.

Sekarang masalahnya: tidak ada satu profil yang cocok untuk semua. Itu tergantung pada ukuran papan Anda, campuran komponen, dan bahkan spesifikasi produsen pasta solder. Beberapa pasta solder memerlukan waktu perendaman yang lebih singkat, yang lain memerlukan puncak yang lebih tinggi. Itu sebabnya pengujian tidak bisa dinegosiasikan. Saya selalu memberitahu klien untuk menjalankan papan uji dengan termokopel yang dipasang pada titik berbeda—komponen besar, chip kecil, tepi PCB—untuk memastikan setiap titik berada dalam kisaran yang disarankan. Jika Anda melakukan pembuatan prototipe bervolume rendah, Anda tidak memerlukan oven sepuluh zona raksasa; sebuah kompakMesin pembuat chip CNC pilih dan tempatkandipasangkan dengan oven reflow 3 zona berfungsi dengan baik. Untuk volume menengah, unit 6 zona dariMesin manufaktur untuk pengambilan dan penempatan mikrogarisnya sempurna, karena menyeimbangkan presisi dan kecepatan tanpa menghabiskan banyak uang.

Tunggu, mari kita bicara tentang kesalahan umum. Pertama, tidak memperhitungkan sensitivitas suhu komponen. Sesuatu seperti LED mungkin memiliki suhu maksimal lebih rendah daripada mikrokontroler, jadi Anda perlu menyesuaikan profil ke tautan terlemah. Kedua, mengabaikan aktivitas fluks. Jika suhu reflow Anda terlalu rendah, fluks tidak akan aktif dengan benar, sehingga menyebabkan kekosongan. Rongga adalah gelembung udara kecil pada sambungan solder—hal ini melemahkan sambungan, dan pada aplikasi bertekanan tinggi, hal ini merupakan bom waktu. Ketiga, oven terlalu penuh. Jika Anda menjalankan papan terlalu berdekatan, sirkulasi udara panas akan salah, sehingga profil Anda akan tidak konsisten. Selalu sisakan ruang di antara papan di dalam oven, dan periksa kecepatan konveyor Anda terhadap suhu zona Anda.

Masalah besar lainnya: kepatuhan. Sebagian besar wilayah saat ini memerlukan penyolderan bebas timah, jadi mengambil jalan pintas dengan profil suhu yang terlalu rendah akan membuat produk Anda tersangkut di bea cukai atau dilarang beredar di pasar. Ada klien yang datang kepada saya setelah batch yang buruk karena mereka menggunakan profil untuk solder bertimbal pada papan bertimbal—bencana total. Gunakan SAC305 (atau SAC-Q jika Anda membutuhkan ketahanan suhu tinggi yang lebih baik) dan patuhi rentang suhu yang telah kita bicarakan.

Jika Anda baru menyiapkan jalur reflow pertama, jangan berhemat pada peralatan. Oven murah tanpa nama mungkin menghemat uang Anda di muka, tetapi biaya pengerjaan ulang akibat sambungan yang buruk dan prototipe yang gagal akan menghabiskan anggaran Anda. Berinvestasi dalam oven reflow andal yang memungkinkan Anda menyesuaikan profil bernilai setiap sennya. Kami telah membantu lusinan toko kecil mulai dari pembuatan prototipe hingga produksi penuh dengan oven kami, sehingga kami mengetahui seluk beluk dalam mencocokkan mesin yang tepat dengan kebutuhan Anda.

Pada akhirnya, suhu penyolderan reflow untuk solder bebas timbal bukanlah angka acak—ini adalah keseimbangan panas, waktu, dan kontrol. Dapatkan profil yang benar, gunakan oven yang tepat untuk volume dan campuran komponen Anda, dan Anda akan mendapatkan sambungan solder yang kuat dan andal setiap saat. Jika Anda masih bingung tentang profil apa yang cocok untuk proyek spesifik Anda, atau ingin meningkatkan pengaturan reflow Anda untuk berhenti menangani kegagalan gabungan, hubungi kami untuk membicarakan kebutuhan Anda. Kami bukan hanya pemasok—kami adalah tim yang benar-benar bekerja bersama Anda, memecahkan masalah profil dan membantu Anda memilih peralatan yang tepat untuk membuat jalur SMT Anda berjalan lancar.

Referensi

IPC-J-STD-020, "Klasifikasi Sensitivitas Kelembapan/Aliran Ulang untuk Perangkat Pemasangan Permukaan Padat Nonhermetik"
IPC-SM-817, "Persyaratan Rakitan Listrik dan Elektronik yang Disolder"
Lembar Data Teknis Tempel Solder SAC305, Indium Corporation, 2022
Petunjuk ROHS 2.0 2011/65/EU, Parlemen Eropa, 2011