Principes de base du profil de refusion : Temps de trempage, pic et Delta-T

Réaliser une soudure parfaite est moins une question de chance qu'une question de gestion thermique. En technologie de montage en surface (SMT), la différence entre un produit fiable et une défaillance sur le terrain se résume souvent aux bases du profil de refusion : temps de trempage, pic et delta-t.

Chez APTPCB (APTPCB PCB Factory), nous comprenons qu'un profil de refusion est la "recette" thermique qu'une carte de circuit imprimé (PCB) subit à l'intérieur du four de refusion. Il dicte la vitesse de chauffe de la carte, la durée d'activité du flux et la température maximale que les composants doivent supporter. Une erreur à ce niveau entraîne des soudures froides, des effets de "tombstoning" ou des composants endommagés.

Ce guide couvre tout, des définitions fondamentales au dépannage avancé, garantissant que vos conceptions passent en douceur du prototype à la production de masse avec APTPCB.

Points clés à retenir

Avant de plonger dans les métriques techniques, voici les concepts fondamentaux que vous devez comprendre pour contrôler la qualité de votre assemblage.

L'analogie de la "recette" : Un profil de refusion est un graphique de la température en fonction du temps. Il doit s'aligner sur les spécifications du fabricant de pâte à souder et les limites thermiques de vos composants.
Fonction du temps de trempage : Cette phase égalise la température sur l'ensemble du PCB. Elle permet au flux de s'activer et d'éliminer les oxydes avant que la soudure ne fonde.
Température de pointe : C'est la température la plus élevée atteinte. Elle doit être suffisamment élevée pour former une bonne liaison intermétallique, mais suffisamment basse pour éviter la délaminage des composants.
Criticité du Delta-T ($\Delta$T) : Cela mesure la différence de température entre les points les plus chauds et les plus froids de la carte. Un Delta-T élevé provoque un brasage inégal.
La validation est obligatoire : Vous ne pouvez pas deviner un profil. Cela nécessite un profileur thermique avec des thermocouples attachés à l'assemblage PCB réel.
Contrôle des vides : Un profilage correct est essentiel pour qfn reflow best practices to reduce voids et pour assurer une fiabilité à long terme.

Ce que signifient réellement les bases du profil de refusion : temps de trempage, pic et delta-t (portée et limites)

En nous appuyant sur les points clés, nous devons définir les zones spécifiques d'un profil thermique pour comprendre comment elles interagissent.

Un profil de refusion SMT standard se compose de quatre zones distinctes : Préchauffage, Trempage, Refusion (Pic) et Refroidissement. Bien que toutes soient importantes, l'interaction entre le trempage, le pic et le Delta-T résultant est la cause de la plupart des défauts.

La zone de trempage

La zone de trempage est le plateau de la courbe de température, généralement entre 150°C et 200°C (pour la soudure sans plomb). Son objectif principal est l'égalisation thermique. Sur une carte complexe, les grandes surfaces de cuivre chauffent lentement, tandis que les petites résistances chauffent rapidement. Le temps de trempage permet aux parties plus froides de rattraper les parties plus chaudes, réduisant le Delta-T avant que la soudure ne fonde. Il permet également aux solvants volatils de la pâte à souder de s'évaporer doucement.

La zone de pic (refusion)

C'est là que la magie opère. La température monte au-dessus du point de "liquidus" de l'alliage de soudure. Pour la soudure sans plomb SAC305 standard, le point de fusion est d'environ 217°C. La température de pointe cible généralement 235°C à 245°C. La durée passée au-dessus du point de fusion est appelée Temps Au-dessus du Liquidus (TAL).

Delta-T ($\Delta$T)

Le Delta-T n'est pas une zone mais une mesure d'uniformité. C'est la différence de température entre le composant le plus froid (souvent un BGA lourd ou un connecteur) et le composant le plus chaud (souvent un petit condensateur) à un moment donné. La minimisation du Delta-T garantit que toutes les soudures refusionnent simultanément, évitant ainsi l'effet "tombstoning" et la torsion.

Pour en savoir plus sur la façon dont ces phases s'intègrent dans le processus d'assemblage plus large, consultez notre guide sur l'assemblage SMT et THT.

Bases du profil de refusion : temps de trempage, pic et métriques delta-t qui comptent

Comprendre les définitions est la première étape ; nous devons maintenant les quantifier avec des métriques spécifiques pour évaluer la qualité.

Les ingénieurs de processus utilisent ces métriques pour déterminer si un profil est "conforme aux spécifications". S'écarter de ces plages est la principale cause de défauts d'assemblage.

Métrique	Pourquoi c'est important	Plage typique (sans plomb)	Comment mesurer
Taux de montée (Pente)	Contrôle la vitesse de chauffage du PCB. Une vitesse trop rapide provoque un choc thermique et des projections de soudure.	1°C à 3°C par seconde	Profileur thermique (calcul de la pente)
Temps de trempage	Permet l'activation du flux et l'égalisation thermique. Trop long épuise le flux ; trop court laisse des points froids.	60 à 120 secondes (150-200°C)	Durée entre deux points de température
Température de pointe	Assure un mouillage et une formation intermétallique corrects. Trop élevé endommage les pièces ; trop bas provoque des joints froids.	235°C à 250°C	Température maximale enregistrée sur n'importe quel thermocouple
Temps au-dessus du liquidus (TAL)	Détermine la structure granulaire du joint de soudure. Trop long crée des joints fragiles.	45 à 90 secondes	Durée au-dessus de 217°C
Delta-T ($\Delta$T)	Indique l'uniformité thermique. Un Delta-T élevé risque un refusion partielle.	< 10°C au pic	Différence entre les sondes Max et Min
Taux de refroidissement	Affecte la structure granulaire de la soudure. Un refroidissement rapide crée des structures granulaires plus fines et plus solides.	2°C à 4°C par seconde	Pente de la courbe de refroidissement

Comment choisir les bases du profil de refusion : temps de trempage, pic et delta-t : guide de sélection par scénario

Une fois que vous connaissez les métriques, vous devez les adapter à la conception spécifique de votre carte, car un seul profil ne convient pas à tous.

Le profil "parfait" dépend fortement de la masse thermique du PCB et de la sensibilité des composants. Voici comment choisir la bonne approche pour différents scénarios de fabrication.

Scénario 1 : Électronique grand public simple (faible complexité)

Type de profil : Rampe-à-pic (RTS).
Pourquoi : Ces cartes ont une masse thermique uniforme. Une rampe linéaire est plus rapide et exerce moins de contraintes thermiques sur la pâte.
Compromis : Débit plus élevé mais moins de tolérance aux variations de température.

Scénario 2 : Industriel/Serveur haute fiabilité (Haute complexité)

Type de profil : Rampe-Trempage-Pic (RTP).
Pourquoi : Ces cartes contiennent souvent des couches de cuivre épaisses et de grands BGA mélangés à de petits composants passifs. Une zone de trempage distincte est nécessaire pour minimiser le Delta-T.
Compromis : Temps de cycle plus long, mais essentiel pour le rendement.

Scénario 3 : Composants QFN et à terminaison inférieure

Objectif : qfn reflow best practices to reduce voids.
Ajustement : Des temps de trempage prolongés permettent aux gaz volatils de s'échapper de sous le corps du composant avant que la soudure ne crée un joint.
Risque : Si la rampe est trop rapide, le gaz est piégé, créant des vides.

Scénario 4 : Assemblage BGA à pas fin

Objectif : bga voiding control: stencil, reflow, and x-ray criteria.
Ajustement : Contrôle minutieux de la température de pointe et du TAL (Time Above Liquidus). La bille BGA et la pâte doivent fondre parfaitement ensemble.
Validation : Nécessite une inspection aux rayons X pour vérifier le mouillage et le pourcentage de vides.

Scénario 5 : Circuits flexibles (FPC)

Objectif : Sensibilité des matériaux.
Ajustement : Les matériaux flexibles (Polyimide) absorbent la chaleur différemment du FR4 et peuvent nécessiter des palettes de support. Le profil doit tenir compte de la masse thermique de la palette.
Lien : En savoir plus sur les capacités des PCB flexibles.

Scénario 6 : Assemblage double face

Objectif : Rétention des composants.
Ajustement : Le deuxième passage (côté B) ne doit pas refondre les composants lourds du côté A au point qu'ils tombent. Le profil est souvent légèrement plus froid ou utilise un support différent.

Bases du profil de refusion : temps de trempage, pic et points de contrôle de l'implémentation du delta-t

La sélection du profil est théorique ; sa mise en œuvre en usine nécessite un processus rigoureux étape par étape.

Chez APTPCB, nous suivons un protocole strict pour garantir que le profil théorique corresponde à la réalité.

Examen des données de la pâte : Obtenez la fiche technique de la pâte à souder spécifique (par exemple, SAC305, SnPb). Notez la température d'activation et le point de fusion.
Audit des composants : Identifiez le composant le plus sensible à la chaleur (par exemple, les connecteurs en plastique) et le composant le plus massif thermiquement (par exemple, les boîtiers de blindage, les BGA).
Fixation des thermocouples : Fixez 3 à 6 thermocouples à une "carte dorée" (Golden Board).
- Emplacement 1 : Bord d'attaque du PCB.
- Emplacement 2 : Centre d'un grand BGA (percer par l'arrière si nécessaire).
- Emplacement 3 : Corps d'un composant sensible.
- Emplacement 4 : Petit composant passif (chauffage le plus rapide).
Configuration du four : Saisissez les températures initiales des zones et la vitesse du convoyeur en fonction du scénario sélectionné (RTS ou RSS).
Exécuter le profileur : Envoyez la carte dorée (Golden Board) dans le four.
Analyser le Delta-T : Vérifiez la différence de température au palier de trempage et au pic. Si Delta-T > 10°C, ajustez la durée de la zone de trempage ou la vitesse du convoyeur.
Vérifier le TAL : Assurez-vous que le point le plus froid reste au-dessus du liquidus pendant au moins 45 secondes.
Vérifier le pic : Assurez-vous que le point le plus chaud ne dépasse pas les spécifications des composants (généralement 260°C).
Verrouiller la recette : Enregistrez les réglages du four comme programme maître pour ce numéro de pièce d'assemblage spécifique.
Inspection du premier article (FAI) : Exécutez une carte de production et inspectez-la à l'aide de l'inspection AOI et des rayons X.

Bases du profil de refusion : temps de trempage, pic et erreurs courantes de delta-t

Même avec un processus défini, des erreurs peuvent survenir. Reconnaître ces erreurs courantes aide à un dépannage rapide.

1. L'effet "Graping" (Grappe de raisin)

Symptôme : Les particules de soudure ressemblent à une grappe de raisin plutôt qu'à un joint lisse.
Cause : Le temps de trempage était trop long ou la température trop élevée, ce qui a provoqué l'épuisement (dessèchement) du flux avant la phase de refusion. La poudre de soudure s'oxyde et ne parvient pas à coalescer.
Solution : Réduisez le temps de trempage ou passez à une pâte avec une activité plus élevée.

2. Effet "Tombstoning" (Effet Manhattan)

Symptôme : Un petit composant se dresse sur une de ses extrémités.
Cause : Chauffage inégal (Delta-T élevé) entre les deux pastilles. Une pastille fond en premier et redresse le composant.
Solution : Augmentez le temps de trempage pour égaliser les températures sur les pastilles avant que la soudure ne fonde.

3. Formation de billes de soudure / Billes de soudure

Symptôme: De petites billes de soudure apparaissent le long des résistances ou condensateurs CMS.
Cause: Une vitesse de montée excessivement rapide provoque l'ébullition et l'"explosion" du solvant dans la pâte, éjectant la soudure.
Solution: Réduire la vitesse de montée initiale (pente de préchauffage).

4. Formation de vides dans les BGA/QFN

Symptôme: Grandes poches d'air visibles sous rayons X.
Cause: Une TAL ou une température de pointe insuffisante empêche le gaz de s'échapper.
Solution: Optimiser le profil pour bga voiding control: stencil, reflow, and x-ray criteria. Une légère augmentation de la TAL peut aider le gaz à s'échapper.

5. Délaminage de la carte

Symptôme: Cloques ou séparation des couches de la carte de circuit imprimé.
Cause: La température de pointe a dépassé la Tg ou la température de décomposition du matériau, ou de l'humidité était piégée dans la carte.
Solution: Cuire les PCB avant le reflow pour éliminer l'humidité, ou abaisser la température de pointe.

6. Joints de soudure froids

Symptôme: Joints ternes et granuleux avec une mauvaise connexion électrique.
Cause: La température de pointe était trop basse, ou la TAL était trop courte. La soudure n'a jamais entièrement mouillé le pad.
Solution: Augmenter la température de la zone de pointe ou ralentir le convoyeur.

Bases du profil de refusion : temps de trempage, pic et delta-t FAQ

Voici les réponses à des questions spécifiques concernant l'impact du profilage sur la logistique et les coûts de fabrication.

Q: Comment l'optimisation du profil de refusion affecte-t-elle le coût total d'assemblage ? R: Bien que le profilage prenne du temps d'ingénierie, il réduit le "Coût de la mauvaise qualité". Un mauvais profil entraîne des retouches, des rebuts et des défaillances sur le terrain. Investir dans un profil robuste en amont réduit le coût unitaire global en maximisant le Taux de rendement au premier passage (FPY).

Q: Le profil de refusion a-t-il un impact sur le délai de livraison de ma commande ? R: Pour les nouveaux produits (NPI), le profilage ajoute quelques heures à la configuration initiale. Cependant, pour les commandes répétées, la recette enregistrée permet une production immédiate. Cela n'a pas d'impact significatif sur les délais de livraison standard.

Q: Comment les différents matériaux de PCB affectent-ils le temps de trempage requis ? R: Les matériaux à haute conductivité thermique (comme les PCB à âme métallique) dissipent rapidement la chaleur. Ils nécessitent un apport de chaleur plus agressif ou des temps de trempage plus longs par rapport au FR4 standard pour atteindre la même température de refusion.

Q: Quelles méthodes de test sont utilisées pour valider le profil ? R: La méthode principale est un profileur thermique (comme KIC ou DATAPAQ) qui traverse le four. La validation secondaire implique la coupe transversale des joints (destructive) ou l'inspection aux rayons X (non destructive) pour vérifier le mouillage et les vides.

Q: Quels sont les critères d'acceptation pour un "bon" profil ? R: Le profil doit se situer dans la "fenêtre de processus" définie par le fabricant de pâte à souder (par exemple, Alpha, Indium) et les normes IPC J-STD-020. Les critères clés incluent un TAL de 45-90s, une température de pointe de 235-250°C et un taux de montée en température < 3°C/s. Q: Puis-je utiliser le même profil pour l'assemblage avec plomb et sans plomb ? R: Absolument pas. La soudure au plomb (SnPb) fond à ~183°C, tandis que la soudure sans plomb (SAC305) fond à ~217°C. L'utilisation d'un profil avec plomb pour des cartes sans plomb n'entraînera pas de refusion (joints froids). L'utilisation d'un profil sans plomb pour des cartes avec plomb peut surchauffer les composants.

Q: Comment le temps de trempage influence-t-il l'activité du flux ? R: Le flux nettoie les oxydes. Si le trempage est trop chaud ou trop long, le flux s'active et se consume avant que la soudure ne fonde, laissant le métal sans protection contre la réoxydation. Cela conduit à des défauts de type "tête d'oreiller" sur les BGA.

Q: Pourquoi le Delta-T est-il plus élevé sur les cartes plus grandes ? R: Les cartes plus grandes présentent une plus grande variation de densité de cuivre et de masse de composants. La distance physique entre le bord (chauffé par convection et rayonnement) et le centre contribue également au décalage thermique, augmentant le Delta-T.

Ressources sur les bases du profil de refusion : temps de trempage, pic et delta-t

Pour mieux comprendre l'écosystème de l'assemblage de PCB, explorez ces ressources APTPCB connexes :

Assemblage SMT vs. THT: Comprenez où la refusion s'inscrit dans l'ensemble du processus d'assemblage.
Assemblage BGA & QFN: Défis spécifiques pour les composants à terminaison inférieure.
Inspection aux rayons X: Comment nous vérifions les joints de soudure cachés après la refusion.
Directives DFM: Conseils de conception pour faciliter le profilage et l'assemblage de votre carte.

Bases du profil de refusion : glossaire des temps de trempage, pic et delta-t

Une référence rapide pour les termes techniques utilisés dans le profilage thermique.

Terme	Définition
Liquidus	La température à laquelle l'alliage de soudure devient complètement liquide (environ 217°C pour le SAC305).
Solidus	La température à laquelle l'alliage de soudure est complètement solide.
Eutectique	Un alliage où les températures de liquidus et de solidus sont identiques (il fond/gèle instantanément, par exemple Sn63Pb37).
TAL (Temps au-dessus du liquidus)	La durée pendant laquelle le joint de soudure reste à l'état liquide. Critique pour le mouillage.
Delta-T ($\Delta$T)	La différence de température maximale entre deux points quelconques sur le PCB à un moment donné.
Zone de trempage	La partie du profil où la température est maintenue relativement stable pour égaliser la carte.
Taux de montée en température	La vitesse à laquelle la température change, mesurée en degrés par seconde (°C/s).
Flux	Un agent chimique dans la pâte à souder qui élimine les oxydes et favorise le mouillage.
Mouillage	La capacité de la soudure fondue à s'étaler et à adhérer au plot métallique.
Couche intermétallique	La liaison formée entre la soudure et le plot de cuivre ; essentielle pour la connexion électrique.
Thermocouple	Un capteur utilisé pour mesurer la température à des points spécifiques du PCB pendant le profilage.
Four de refusion	Une machine avec plusieurs zones de chauffage utilisée pour faire fondre la pâte à souder.
Formation de vides	Air ou gaz piégé à l'intérieur d'un joint de soudure, l'affaiblissant.
Effet de pierre tombale	Un défaut où un composant se dresse verticalement sur un pad en raison de forces de mouillage inégales.

Conclusion : les bases du profil de refusion : temps de trempage, pic et delta-t, prochaines étapes

Maîtriser les bases du profil de refusion : temps de trempage, pic et delta-t est le pont entre une conception fonctionnelle et un produit fiable. Cela nécessite un équilibre entre la chimie, la physique et un contrôle précis de l'équipement. Un profil bien réglé minimise les vides, prévient les chocs thermiques et garantit que chaque joint – du plus petit résistor au plus grand BGA – est électriquement et mécaniquement sain.

Chez APTPCB, nous traitons le profilage comme une science critique, et non comme une réflexion après coup. Que vous prototypiez un appareil IoT complexe ou que vous mettiez à l'échelle des composants électroniques automobiles, notre équipe d'ingénieurs valide chaque recette thermique avant le début de la production.

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Fichiers Gerber : Y compris les couches de pâte.
BOM (Nomenclature) : Pour identifier la masse thermique des composants.
Dessins d'assemblage : Indiquant toute orientation spéciale des composants.
Empilage de PCB : Pour estimer la conductivité thermique.
Exigences spéciales : Par exemple, des marques spécifiques de pâte à souder ou les exigences de la classe IPC 3. Contactez-nous dès aujourd'hui pour vous assurer que votre prochain projet est construit avec une précision thermique.