Как настроить термопрофиль печи оплавления

Q: Какую пиковую температуру ставить для бессвинцовой пасты SAC305?

Ту, что даёт производитель пасты, но не выше предела самого чувствительного компонента. Kester для NP505-HR рекомендует пик 235–250 °C, для NP545 — 235–255 °C; TI в примере для QFN — 230–260 °C. Верхнюю границу задаёт классификационная температура корпуса по J-STD-020: 260 °C для корпусов тоньше 1,6 мм и для корпусов 1,6–2,5 мм объёмом меньше 350 мм³, 245–250 °C для корпусов толще 1,6 мм и объёмом от 350 мм³.

Q: Чем профиль из даташита микросхемы отличается от профиля для печи?

Профиль в даташите — классификационный: при таком нагреве производитель испытывал корпус, и это предел. Raspberry Pi прямо пишет, что профиль сборки разрабатывают под конкретную плату, не превышая параметров таблицы 613. Профиль печи строят по рекомендациям пасты, а пик держат как можно ниже — TI предпочитает минимально возможную пиковую температуру.

Q: Где ставить термопару при настройке профиля?

В паяное соединение на плате, а не в воздух печи: TI указывает, что температура в соединении отличается от показаний системной термопары. Термопар нужно несколько — на массивном компоненте, на мелком и в разных частях платы. Если важен предел корпуса, меряют на корпусе: KEMET относит свои температуры к центру его верхней поверхности, а onsemi напоминает, что температура корпуса отличается от температуры выводов.

Q: Сколько можно держать плату выше точки плавления?

У пасты Kester NP545 — 60–75 с выше 217 °C типично и не больше 90 с; у NP505-HR зона оплавления 45–90 с; в примере TI — 30–90 с выше 220 °C. Предел J-STD-020 для корпусов — 60–150 с выше 217 °C, но это граница для компонента, а не цель.

Q: Отчего при пайке оплавлением появляются пустоты под QFN?

Одна из причин в профиле: TI в SLUA271 пишет, что слишком долгая выдержка активирует большую часть флюса до плавления припоя, и это даёт крупные пустоты. Сократите выдержку или спросите у производителя пасты профиль с большей активностью флюса в момент плавления.

Профиль в даташите микросхемы — это граница, которую нельзя переходить, а не рецепт для печи. Рабочий профиль собирают из рекомендаций производителя пасты, пределов самого нежного компонента и измерений термопарой на собственной плате. Разбираем, как это сделать, по документам TI, NXP, Kester, MG Chemicals, KEMET и Johanson.

Обновлено 2 ноября 2026 г.Редакция GAW

Содержание

Зоны профиля
Предел компонента: таблица Tc по J-STD-020
Профиль компонента и профиль сборки — не одно и то же
Профиль от производителя пасты
Как измерить профиль термопарой
Малые партии: плитка и переделанная духовка
Пример: проверяем снятый профиль
Дефекты и их связь с профилем

Термопрофиль печи — зависимость температуры паяного соединения от времени при оплавлении пасты. Его настраивают так, чтобы паста получила нагрев, нужный флюсу и сплаву, а ни один компонент не превысил своего предела. Определение и общие пределы J-STD-020 — в словарной статье «Термопрофиль пайки оплавлением»; здесь — как собрать и проверить рабочий профиль.

Коротко

Источник профиля: производитель пасты, а не даташит детали
Предел детали: Tc по J-STD-020: 245–260 °C (Pb-free)
SAC-паста Kester: пик 235–250 °C, нагрев < 2,5 °C/с
Выше ликвидуса: NP545: 60–75 с, не больше 90 с
Измерение: термопары в паяных соединениях (TI)
Оплавлений: не больше трёх (onsemi, KEMET)

Зоны профиля

Профиль конвекционной печи состоит из четырёх участков. Первые три — нагрев, выдержку и оплавление — MG Chemicals описывает в TDS паст 4900P и 4860P, требования к охлаждению дают KEMET и Johanson:

Нагрев (preheat, ramp) — плата поднимается до температуры выдержки. Скорость — не выше 2,5 °C/с, чтобы не было теплового удара.
Выдержка (soak) — температура выравнивается между мелкими и массивными компонентами, флюс концентрируется, летучие компоненты пасты испаряются.
Оплавление (reflow, spike) — подъём от температуры активации до пика; время выше ликвидуса (time above liquidus, TAL) — главный параметр этой зоны.
Охлаждение — KEMET ограничивает его 6 °C/с, Johanson советует остывать постепенно при комнатной температуре: керамические конденсаторы боятся резкого охлаждения.

Пример бессвинцового профиля по TI SLUA271C (рис. 5-2): выдержка 150–180 °C 60–120 с, 30–90 с выше 220 °C, пик 230–260 °C; линия 260 °C — классификационная температура тонких корпусов. Шкала времени не в масштабе

Тот же документ TI даёт пример для оловянно-свинцовой пасты: выдержка 135–165 °C в течение 60–120 с, 30–90 с выше 183 °C, пик 195–235 °C.

Предел компонента: таблица Tc по J-STD-020

Верхнюю границу профиля задаёт классификационная температура Tc — пик, при котором производитель испытывал корпус на влагостойкость. Она зависит от толщины и объёма корпуса: чем толще и объёмнее корпус, тем ниже Tc. Таблицы J-STD-020D в пересказе NXP (PCF8563, табл. 31 и 32) и Abracon (ABM3):

Толщина корпуса	Объём < 350 мм³	350–2000 мм³	> 2000 мм³
Бессвинцовый процесс, < 1,6 мм	260 °C	260 °C	260 °C
Бессвинцовый процесс, 1,6–2,5 мм	260 °C	250 °C	245 °C
Бессвинцовый процесс, > 2,5 мм	250 °C	245 °C	245 °C
SnPb, < 2,5 мм	235 °C	220 °C	220 °C
SnPb, ≥ 2,5 мм	220 °C	220 °C	220 °C

Для SnPb стандарт делит объём только на две группы — меньше 350 мм³ и от 350 мм³, поэтому два правых столбца совпадают. Остальные параметры классификационного профиля в двух столбцах — по даташиту KEMET C1002, который повторяет условия J-STD-020:

Параметр	SnPb	Бессвинцовый
Выдержка, Ts min → Ts max	100 → 150 °C, 60–120 с	150 → 200 °C, 60–120 с
Нагрев до пика	≤ 3 °C/с	≤ 3 °C/с
Ликвидус TL и время выше него	183 °C, 60–150 с	217 °C, 60–150 с
Пик	235 °C	260 °C
В пределах 5 °C от пика	≤ 20 с	≤ 30 с
Охлаждение	≤ 6 °C/с	≤ 6 °C/с
От 25 °C до пика	≤ 6 мин	≤ 8 мин

Уровень влагочувствительности и пик пайки конкретной детали TI приводит в столбце MSL rating/Peak reflow приложения Package Option Addendum к даташиту: «Level-3-260C-168 HR» означает MSL 3 и пик 260 °C; на отгрузочной упаковке их повторяет этикетка. Как это читать и что делать с деталями, пролежавшими вне пакета, — в статье «Сушка микросхем перед пайкой»; сам стандарт — J-STD-020.

Профиль компонента и профиль сборки — не одно и то же

Raspberry Pi в даташите RP2040 оговаривает: профиль из таблицы 613 нужен для классификации и предварительной подготовки, а профиль сборки разрабатывают под конкретный процесс и плату, не выходя за параметры таблицы. TI в SLMA002 добавляет, что предпочитает минимально возможный пик и что точный профиль определяют производитель пасты, сложность платы и возможности печи.

NXP формулирует окно профиля так: минимальный пик задаёт паста (иначе соединение не получится), максимальный — уровень MSL самого чувствительного корпуса. На плате с разными корпусами мелкие нагреваются сильнее крупных (NXP, рис. 32), поэтому окно сужается: крупный корпус должен дотянуть до минимального пика пасты, пока мелкий корпус рядом не превысил свой предел MSL. С бессвинцовой пастой окно уже, чем с SnPb, — нижняя граница пика выше.

Профиль от производителя пасты

Паста	Нагрев	Прогрев и выдержка	Выше ликвидуса	Пик
Kester NP505-HR (SAC305)	< 2,5 °C/с	нагрев 40–80 с, выдержка 60–120 с	зона оплавления 45–90 с	235–250 °C
Kester NP545 (SAC)	< 2,5 °C/с	2,0–4,0 мин, выдержка 60–90 с (≤ 2 мин)	60–75 с выше 217 °C (≤ 90 с)	235–255 °C
MG 4900P (SAC305), 4860P (Sn63Pb37)	≤ 2,5 °C/с	выдержка по графику TDS	—	—
Пример TI для QFN, Pb-free	≤ 4 °C/с	150–180 °C, 60–120 с	30–90 с выше 220 °C	230–260 °C

Оба TDS Kester называют профиль отправной точкой: итоговый зависит от массы платы, набора компонентов и печи. У MG графики профиля для бессвинцовой 4900P и оловянно-свинцовой 4860P одинаковы — значит, это схема зон, а не готовые уставки, и профиль для своей платы всё равно придётся снимать. Пасты хранят в холодильнике (MG — при 2–10 °C) и перед работой выдерживают до комнатной температуры. Состав пасты и порошок — в статье «Паяльная паста».

Как измерить профиль термопарой

Уставки зон печи и температура в паяном соединении — разные вещи. TI в SLUA271 подчёркивает: соединение нагревается иначе, чем показывает системная термопара печи, поэтому профиль снимают термопарами, закреплёнными в реальных паяных соединениях. Порядок:

Возьмите собранную плату — с компонентами и пастой, а лучше бракованную из той же партии.
Закрепите несколько термопар: на самом массивном компоненте (разъём, дроссель, корпус с теплоотводящей площадкой), на самом мелком и в разных частях платы. TI требует проверять профиль в нескольких местах, Johanson советует профилирование несколькими термопарами на плате.
Если важен предел корпуса, меряйте на корпусе: KEMET относит свои температуры к центру верхней поверхности, onsemi напоминает, что температура корпуса отличается от температуры выводов.
Прогоните плату, сравните кривые с окном пасты и с Tc каждого корпуса; меняйте скорость конвейера и уставки зон, пока все термопары не войдут в окно.
Повторяйте измерение для каждой новой платы — TI требует этого для всех новых конструкций.

Малые партии: плитка и переделанная духовка

Производители паст пишут профили для конвекционных печей — MG прямо называет лучшим вариантом печь не меньше чем с 8 зонами. Для настольной печи, нагревательной плитки или переделанной духовки готовых уставок нет ни в одном из этих документов. Пределы при этом те же: скорость нагрева пасты (до 2,5 °C/с у Kester и MG), время выше ликвидуса и пик пасты, Tc компонентов и охлаждение без резкого обдува. Единственный способ убедиться, что они выдержаны, — термопара на плате, как описано выше. Регулятор такой печи меряет температуру воздуха или плитки, а не соединения.

Пример: проверяем снятый профиль

На плате с SN75176B в корпусе SOIC-8 (D) и пастой Kester NP545 термопара показала: от 25 до 150 °C — за 60 с, ликвидус 217 °C пересечён на 185-й и 255-й секунде, пик 245 °C на 220-й секунде.

Нагрев: (150 − 25)/60 ≈ 2,1 °C/с — меньше 2,5 °C/с, допустимых для пасты.
Время выше ликвидуса: 255 − 185 = 70 с — внутри типичных 60–75 с и меньше предельных 90 с.
Пик 245 °C — внутри окна пасты 235–255 °C и ниже предела корпуса. Корпус D бывает высотой до 1,75 мм, то есть попадает в строку 1,6–2,5 мм, но его объём не больше 5,00 × 3,98 × 1,75 ≈ 35 мм³ — меньше 350 мм³, и Tc = 260 °C; TI в Package Option Addendum и указывает для SN75176BDR Level-1-260C-UNLIM.
От 25 °C до пика — 220 с, меньше 8 мин по J-STD-020.

Профиль годится (наш расчёт). Если бы на той же плате стоял корпус толщиной больше 2,5 мм и объёмом больше 350 мм³, его Tc = 245 °C, и пик 245 °C пришёлся бы ровно на предел — пик стоило бы опустить к нижней границе пасты.

Дефекты и их связь с профилем

Пустоты (voids) под QFN — TI: слишком долгая выдержка активирует флюс раньше, чем плавится сплав, и пустоты получаются крупными. Помогают более короткая выдержка и профиль с активным флюсом в момент плавления; подробнее — «Пустоты в пайке».
Эффект надгробного камня — Johanson: неравные силы поверхностного натяжения на двух выводах чипа; одна из причин — неравномерный нагрев площадок. Уравнивают площадки, количество пасты и нагрев — см. «Эффект надгробного камня».
Шарики припоя под корпусом — TI в SLMA002: конвекционная пайка в азоте уменьшает их вероятность.
Трещины в керамике — слишком быстрый нагрев или охлаждение. Johanson: подогрев 1–2 °C/с, постепенное остывание; KEMET: охлаждение не быстрее 6 °C/с. См. «Трещины в MLCC».
QFN не встал на место — TI: самовыравнивание корпуса лучше, если не превышать максимальную температуру пасты.
Вспучивание и расслоение корпуса — влага в пластмассе корпуса, превышен floor life: «Сушка микросхем перед пайкой».
Повторные проходы — onsemi и KEMET допускают не больше трёх оплавлений, TI квалифицирует QFN тоже на три: по одному на каждую сторону платы и один ремонт.

Паять отдельные детали паяльником после печи можно, но с теми же пределами — см. «Ручная пайка паяльником».

Частые вопросы

Какую пиковую температуру ставить для бессвинцовой пасты SAC305?