Horno Reflow

De Proyectos
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Propósito


Con este proyecto lo que pretendo es construirme un horno Reflow a partir de un horno eléctrico convencional.
Parto del trabajo de Peter Easton. Él ofrece unas instrucciones muy detalladas de la transfomarción de un horno eleéctrico (aislamiento, colocación del sensor de temperatura, cableado y componentes eléctricos, ...). También le he comprado el controlador del horno. Es el ControLeo2 y después de que su campaña de financiación en Kickstarter tuviera éxito su compra está disponible para el público.
Debido a esto me he ahorrado mucho trabajo de invesitgación, pruebas fallidas y tiempo. Aquí voy a relatar como he construido el horno que tengo, fotos de pcbs de pruebas y cosas que he aprendido sobre la soldadura reflow.

Hardware

BOM Hardware


Aquí expondré una tabla con los materiales utilizados, la foto y una pequeña descripción o uso que le he dado. Luego en las fotografias que hay en la galeria se explica donde uso cada uno.

Nombre Fotografia Descripción
MX-Hondo MX-HC2178 Mx-hc2182.jpg
  • 23L capacidad
  • 1500W
  • Convección
  • 2 resistencias arriba 2 resistencias abajo
ControLeo2 HornoReflow-ControLeo2.jpg
  • 4 salidas para reles
  • Control de temperatura según estandar J-STD-020
  • Arduino compatible
  • Soporte para servo
  • Extracción de datos via puerto serie
Fuente alimentación 2A 5V
  • Cualquier cargador que entregue 2A y 5V es suficiente
3 Reles SSR 25DA HornoReflow-SSR.JPG
  • En mi caso 3 reles porque tengo zona de arriba, zona de abajo y ventilador de convección
  • Aguanta hasta 25A
Low-mass K-type thermocouple
  • En mi caso me venia con la controladora
Rollo aislante de aluminio HornoReflow-cintaAlum.jpg
  • Es un rollo de la marca Desing Engineering Inc
  • Peter Easton recomienda de la misma marca el Reflect-A-GOLD - Heat Reflective Tape, pero aquí es caro comprarlo y el de aluminio aguanta perfectamente (almenos de momento)
  • Compré dos rollos en rderacing.com el de 35cm por 9 metros mas el de 35cm por 4.5m
Placa aislante de fibra mineral PQS HornoReflow-PlacaAislante.jpg
Adhesivo térmico doble cara 10W HornoReflow-dobleCara.JPG
  • Esta cinta se usa para que el calor de los reles se transfiera a la base de aluminio que los sujetan
  • No se si es necesaria al 100% pero por el precio no me pareció cara ponerla


Montaje


Básicamente el montaje consta de seguir los pasos descritos por Peter Easton en su página web [whizoo.com]

Pasos del montaje

  1. Desmontar el horno por completo - Foto 01
    • Sacar todo el cableado
    • Dejar la "cabina" libre de obstáculos para poder aislar cómodamente
  2. Aislar el horno con la cinta calórica - Foto 02
    • Como recomiendan, tapar todos los tornillos, juntas, rejillas, etc para evitar lo máximo posible el escape del calor
    • En la base he puesto una trozo del placa aislante PQS de la que compre en el leroy merlin pegada con silicona refractaria
  3. Cablear los reles, las resistencias, el termopar y la electrónica
    • Sigo las el esquema que tiene Peter Easton en su web
    • Tener en cuenta de reutilizar el máximo posible de cable, del que viene en el horno, porqué está preparado para altas temperaturas
    • El termopar no va en contacto con nada. Mide la temperatura ambiente, queda por decirlo de alguna manera "al aire"
  4. Aislar la carcasa exterior con las placas
    • Este paso no esta descrito en la web whizoo.com pero yo decidi forrar el interior de la carcasa exterior para ayudar a que se escabe el mínimo calor
    • Aqui he usado silicona pegamento Bostik MS107 porque no hay tanta calor como en el interior de la cabina
  5. Cerrar y puesta en marcha
    • Al acabar la modificación hay que realizar el aprendizaje de la electrónica
    • Se deben hacer varios ciclos, yo hice unos 10 ciclos, de reflow para que la electrónica aprenda a la velocidad que se calienta el horno
    • A que la electrónica "aprenda" me refiero a que en los 10 primeros ciclos que hice siempre abortaba el reflow porque se pasaba de velocidad a la que subia la temperatura. La electrónica necesita varios ciclos de reflow para poder ajustar la velocidad a la que calienta y así poder seguir la curva J-STD-020
    • Después de vario ciclos puede hacer una soldadura reflow siguiendo la curva J-STD-020


Galeria

  • Foto 03-Instalación eléctrica nueva
  • Foto 03-Instalación eléctrica nueva
  • Foto 03-Instalación eléctrica nueva
  • Foto 04-Colocación electrónica en marco


Análisis funcionamiento y pruebas

Grafica J-STD-020

La clave de la soldadura con horno reflow es que el calentamiento y enfriamiento de la soldadura siga una gráfica establecida. Esta gráfica es la J-STD-020.
Esta grafica indica la curva que tiene que hacer la temperatura de la pasta de soldadura para tener una unión confiable y sin dañar los componentes. Tanto el calentamiento como el enfriamiento tienen que seguir una curva, no pueden haber cambios bruscos de temperatura.
La "gracia" de usar el ControLeo2 es que no me tengo que preocupar de la programación necesaria para que las resistencias sigan esta curva. El ControLeo2 hace perfectamente su trabajo y además me da una función de poder extraer los datos de la temperatura vs tiempo que posteriormente en un excel puedo volcar y así comprobar la gráfica que está siguiendo mi horno.

Comparativa J-STD-020 y gráfica de mi horno

En la foto de la gráfica de mi horno se ve que sigue bastante bien la grafica J-STD-020, aunque el enfriamiento en mi horno es más abrupto que lo que deberia ser. Esto es porque hay un momento en que la controladora te indica que ya puedes abrir la puerta del horno, y creo que si esperase un poco más el enfriamiento no seria tan abrupto.
La controladora ControLeo2 tiene la opción de añadir un servo para que automáticamente se abra la puerta del horno, pero yo no la cogí porque el poco tiempo que dura el proceso de reflow yo estaré delante controlando.

Dejo el link a los archivos de las temperaturas recogidas del horno por el puerto serial:

Pruebas

Para realizar las pruebas compré unas pcbs en ebay que se usan para entrenar la soldadura smd. Son bastante baratas y compré un lote de 10. Hay en ebay, aliexpress, ... yo las que compré fueron estas 2Sets DIY SMD SMT Components Welding Practice Board Soldering Skill Training Kit que me salieron a 2€ por 2 placas mas envio. Tardan un mes pero no lo encuentras en otro sitio.
En las fotos de la galeria se ve la placa con el estaño en pasta aplicado, en el horno y después del reflow. Para el uso de las placas que quiero soldar el horno me da una calidad más que suficiente.

Pegatinas temperatura

Para probar si la temperatura en toda la bandeja es uniforme se pueden usar unas pegatinas que reaccionan a la temperatura y marcan en intervalos de unos 5 grados la temperatura maxima que han medido.
En la web de Mark's ControLeo2 Build en la sección Performance Measurement podemos ver como se usan las etiquetas.
Recalcar que son de un solo uso y yo he encontrado dos marcas, las de Omega y las de Tempil

Galeria

  • Gráfica J-STD-020
  • Gráfica de mi horno
  • PCB de prueba
  • Pasta aplicada a los pads
  • PCB después del soldado por reflow
  • PCB dentro del horno


Enlaces

Cosas que quedan por hacer

  • En cosas por hacer explciar que me falta el ventilador de conveccion
  • Fotos del horno finalizado