Que vous soyez un amateur d'électronique réparant de vieux circuits imprimés ou un ingénieur travaillant sur des prototypes de nouvelle génération, la soudure par refusion est un procédé essentiel à votre équipement. L'utilisation d'une chaleur contrôlée pour « refusionner » la soudure fondue permet la fixation simultanée et précise de nombreux petits composants montés en surface avec une efficacité inégalée.
La soudure par refusion a révolutionné la fabrication électronique, permettant la miniaturisation et la complexité que nous tenons aujourd'hui pour acquises sur nos smartphones, ordinateurs portables et innombrables autres appareils. Fini le temps de la soudure manuelle fastidieuse au microscope. La technologie de pointe actuelle de montage en surface repose sur la capacité de la soudure par refusion à fixer parfaitement des composants minuscules de quelques millimètres seulement.
Vous êtes-vous déjà demandé comment se déroule la soudure par refusion ? Quel équipement est nécessaire ? Quels procédés garantissent un chauffage uniforme et des connexions fiables ?
Dans ce guide, nous vous expliquerons tout ce que vous devez savoir pour utiliser avec succès la soudure par refusion dans votre travail.
Comprendre le soudage par refusion
Le soudage par refusion est l'un des principaux procédés de fabrication utilisés dans la production de circuits imprimés (CMS) par montage en surface. Il s'agit d'une procédure permettant de souder les composants électroniques (tels que les circuits intégrés, les résistances et les condensateurs) aux plots conducteurs d'un circuit imprimé.
Lors du brasage par refusion, une fine couche de pâte à braser est sérigraphiée sur les pastilles du circuit imprimé à l'aide d'un pochoir. Cette pâte à braser contient un mélange de billes de soudure et de flux qui les maintient ensemble. Les composants montés en surface sont ensuite alignés sur les pastilles à l'aide de la machine de placement. Les composants, comme la carte, sont ensuite transportés vers le four de refusion où ils sont chauffés selon des profils thermiques bien définis.
Ensuite, dans le processus de soudage par refusion, la température augmente régulièrement dans le four de refusion, passant par des zones de température distinctes adaptées aux différentes exigences des composants et du soudage. Lors de l'étape de refusion, la pâte à braser fond et le flux facilite le processus en éliminant l'oxydation des pastilles et des broches des composants. Cela donne à la brasure le temps nécessaire pour mouiller la brasure fondue sans créer de pont entre les pastilles adjacentes. Lorsque la carte refroidit, la brasure durcit et forme une connexion physique et électrique permanente entre les composants et le circuit imprimé.
Le brasage par fusion est la méthode la plus couramment utilisée en production de masse, grâce à sa productivité élevée et à la qualité élevée des soudures. C'est la solution idéale pour les cartes CMS à boîtiers denses et les composants miniatures. Les fours à refusion assurent une distribution de chaleur constante et régulière sur les grandes cartes, évitant ainsi les défauts dus aux variations de température.
Un contrôle précis des profils de temps et de température est indispensable pour la réalisation de soudures correctes et la préservation des composants thermosensibles. C'est pourquoi le brasage par refusion devient indispensable à la production actuelle de composants électroniques sophistiqués.
À propos de PCBaSic
Le temps, c'est de l'argent dans vos projets – et PCBasique l'obtient. PCBasique est le société d'assemblage de pcb qui offre des résultats rapides et impeccables à chaque fois. Notre gamme complète Services d'assemblage de circuits imprimés Nous offrons un soutien technique expert à chaque étape, garantissant une qualité optimale pour chaque carte. En tant que leader Fabricant d'assemblage de PCB, Nous proposons une solution complète pour optimiser votre chaîne d'approvisionnement. Faites appel à nos experts Usine de prototypes de circuits imprimés pour des délais d'exécution rapides et des résultats supérieurs auxquels vous pouvez faire confiance.
La procédure de soudure par refusion
Le soudage par refusion implique plusieurs étapes cruciales de préparation et d'assemblage pour garantir un positionnement et une liaison précis des composants. Voici un aperçu détaillé des étapes à suivre dans une station de soudage par refusion.
1. Préparation
La première étape consiste à préparer la carte et les composants pour la soudure. Cela implique l'application de la pâte à souder et le positionnement des composants électroniques.
Application de la pâte à souder
La pâte à braser est un mélange de poudre de soudure fine en suspension dans un flux. Elle est appliquée sur les pastilles et les plages d'accueil du circuit imprimé, là où les soudures doivent être formées. Un pochoir à braser aux ouvertures précises est utilisé pour déposer la pâte avec précision, en quantité et à l'endroit souhaités. Cela garantit un bon mouillage et une bonne adhérence lors de la refusion. La plupart des chaînes de montage utilisent une imprimante à pochoirs automatisée pour réaliser cette opération de manière répétitive et à grande vitesse.
Le pochoir doit être personnalisé pour la conception spécifique du circuit imprimé, avec des ouvertures alignées avec l'emplacement et la taille des pastilles. Il est fabriqué à partir de fines feuilles d'acier inoxydable, de laiton ou de polymères, par découpe laser ou gravure, afin d'obtenir la résolution et la fidélité d'impression requises.
Plusieurs facteurs influencent le processus d’impression du pochoir et la qualité du dépôt de la pâte à souder :
● Conception du pochoir : L'épaisseur du pochoir, la géométrie de l'ouverture, la largeur des plages, les réductions et les éléments de pontage ont tous un impact sur l'efficacité du transfert de soudure et la qualité d'impression obtenue. Les pochoirs plus fins permettent des dépôts plus petits, mais sont moins durables, tandis que les pochoirs plus épais sont plus robustes, mais offrent une résolution limitée.
● Pâte à braser: La rhéologie, la teneur en métal et la granulométrie de la pâte doivent être optimisées pour le procédé prévu. Les pâtes à viscosité élevée impriment bien, mais se décollent difficilement du pochoir, tandis que les pâtes à faible viscosité ont tendance à se lier plus facilement entre les tampons. Le choix de la pâte adaptée à l'application et à l'équipement est crucial.
● Vitesse d'impression: Un passage trop rapide de la raclette sur le pochoir peut laisser des traces de pâte à souder ou créer un dépôt irrégulier. À l'inverse, une impression trop lente est une perte de temps sans bénéfice significatif. Les équipements et les procédés sont réglés pour une plage de vitesse optimale.
● Angle et pression de la raclette : La raclette doit être réglée à l'angle idéal, généralement entre 15 et 30 degrés, et appliquer la force nécessaire vers le bas pour cisailler la pâte et dégager les ouvertures du pochoir sans perturber les tampons. Un angle trop prononcé ou une pression trop faible peuvent entraîner des impressions incomplètes.
La surveillance et le contrôle de ces facteurs permettent de placer des volumes précis de pâte à braser aux endroits ciblés du circuit imprimé. Cela constitue une base idéale pour la formation ultérieure des joints de soudure par refusion.
Assemblage des composants
Une fois la pâte à braser appliquée, les composants électroniques tels que les circuits intégrés, les résistances et les connecteurs sont placés sur la carte. Pour les petites séries, cette opération est réalisée manuellement à l'aide de pinces ou d'outils de pose à vide. Pour les volumes plus importants, des machines de pose à montage en surface à grande vitesse sont utilisées, capables de prélever et de placer des milliers de composants très rapidement.
Les têtes de prélèvement par contact à grande vitesse utilisent le vide ou la capillarité pour saisir fermement les composants sans les endommager. Les machines de soudage par refusion modernes peuvent placer des milliers de pièces par heure avec une précision de placement de +/- 50 microns ou plus.
La reconnaissance et l'orientation des composants sont des étapes initiales cruciales. La plupart des machines utilisent des systèmes de vision aérienne et des fichiers de données de composants pour scanner, identifier et faire pivoter correctement les pièces afin de les positionner de manière optimale sur la carte. Tout composant mal placé peut entraîner des défauts ou une baisse de rendement.
Les facteurs clés qui contribuent à l'efficacité et à la précision du processus de prélèvement et de placement comprennent :
● Vitesse de placement : Les équipements modernes permettent d'atteindre des cadences supérieures à 200,000 XNUMX cycles par heure pour les petits composants, optimisant ainsi le rendement. Cependant, la vitesse doit être équilibrée avec les exigences de précision.
● Précision et répétabilité de la machine : La variabilité de placement (3 sigma) inférieure à 50 microns latéralement et verticalement permet des tolérances de fabrication strictes et un minimum de retouches. La précision est maintenue sur toute la gamme de composants et dans toute l'enveloppe opérationnelle.
● Capacité du chargeur et temps de changement : Les alimentateurs haute capacité, en bande et bobine ou en vrac, optimisent le temps d'exécution avant le réapprovisionnement. Le changement rapide et simple des alimentateurs, en cas de besoin, minimise les temps d'arrêt liés au chargement de nouvelles pièces.
Les composants s'alignent automatiquement sur la pâte à braser humide lorsqu'ils sont délicatement pressés. Enfin, les composants traversants, comme les connecteurs, sont insérés manuellement et leurs fils soudés sur le côté opposé.
2. Étape de soudure par refusion
C'est maintenant au tour de la magie du soudage par refusion d'opérer. La carte préparée entre dans le four de refusion pour un chauffage précis. Cette étape se déroule en deux étapes.
Processus de four de refusion
Les circuits imprimés sont acheminés vers le four de refusion par un tapis ou un convoyeur en acier inoxydable. À l'intérieur, ils traversent plusieurs zones de chauffage, dont des sources de chaleur supérieures et inférieures. Lampes infrarouges, jets d'air chaud et surfaces chauffantes fonctionnent ensemble pour appliquer la quantité et la répartition exactes de chaleur. La température est soigneusement surveillée et contrôlée par des thermocouples, garantissant ainsi le même profil thermique pour chaque circuit.
Faire fondre la pâte à souder
Au fur et à mesure que la carte sur le convoyeur de soudage par refusion se réchauffe en fonction du profil thermique, La pâte à braser atteint progressivement son point de fusion. Les activateurs de flux libèrent des gaz qui aident à éliminer les oxydes sur les broches des composants et les surfaces des cartes.
Le brasage par refusion permet à la brasure fondue de mouiller ces surfaces métalliques propres, formant ainsi une liaison métallurgique une fois refroidie. Tout cela se déroule parfaitement en quelques minutes dans le four de refusion. Les filtres d'évacuation des fours retiennent les fumées générées pendant le processus.
Il en résulte des soudures durables et de haute qualité, assurant un montage mécanique et des connexions électriques. Les composants montés en surface, avec leurs faibles largeurs de terminaison, sont ainsi assemblés de manière fiable.
3. Contrôle de la température
Un élément clé du brasage par refusion consiste à gérer précisément la montée en température. Il est essentiel d'éviter d'endommager les composants tout en garantissant des conditions de brasage optimales.
Méthode de chauffage progressif
Les cartes entrent dans le four de refusion à température ambiante et sont lentement chauffées à travers plusieurs zones thermiques. Des radiateurs infrarouges et des jets d'air chaud chauffent progressivement la carte et les composants de tous côtés. Cela évite toute contrainte mécanique d'origine thermique. Une légère montée en température d'environ 1 à 3 °C/seconde est généralement observée.
Répondre aux exigences thermiques
Chaque composant possède une température maximale à ne pas dépasser. Les composants plus sensibles à la chaleur, comme les oscillateurs, les filtres à quartz et les capteurs, nécessitent des températures encore plus basses. Le profil de refusion suit précisément les exigences thermiques du composant le plus sensible à la température utilisé. Plusieurs thermocouples mesurent et contrôlent avec précision la température en différents points, garantissant un chauffage uniforme et sûr.
4. Étapes de chauffage
La plupart des profils de refusion impliquent quatre étapes distinctes de chauffage pour préparer, activer et finalement faire fondre la soudure. Voici les différentes étapes.
Rampe vers la zone de trempage
La rampe vers la zone de trempage est la première étape de chauffage du soudage par refusion. À ce stade, la température du circuit imprimé est augmentée progressivement et de manière contrôlée. La vitesse de montée en température est généralement comprise entre 1 et 5 °C/seconde. Une vitesse de montée en température plus lente permet d'assurer un chauffage uniforme et constant de la carte et de ses composants, évitant ainsi des problèmes tels que les contraintes thermiques.
À mesure que la température augmente pendant la montée en température, les composés organiques volatils (COV) présents dans la pâte à braser s'évaporent. Les pâtes à braser contiennent des solvants qui maintiennent la poudre à braser sous une forme visqueuse et pâteuse, adaptée à l'impression ou à la dépose. Ces solvants doivent s'évaporer complètement avant la refusion pour former un joint de qualité. La présence de solvant dans le joint peut entraîner des défauts tels que des bulles de soudure ou des vides.
Zone de trempage thermique
L'objectif de la zone de trempage est d'amener l'ensemble de l'assemblage à une température de préchauffage constante avant de passer à l'étape suivante. La plage de température de préchauffage typique est de 150 à 160 °C pour la plupart des alliages. Un maintien à cette température pendant 1 à 3 minutes permet l'évaporation complète du solvant résiduel et prévient les défauts causés par un chauffage irrégulier des composants. Ce préchauffage permet également un chauffage rapide et uniforme lors des étapes suivantes.
Il est essentiel de contrôler précisément la température et la durée de la soudure. Une température trop élevée ou un temps de maintien trop long peuvent provoquer des défauts tels que la fragilisation des joints ou endommager des composants qui ne supportent que des températures plus basses. Une température trop basse ou trop courte peut entraîner la rétention de solvants. Le profilage approprié est déterminé en fonction de la pâte à braser et de l'assemblage.
Zone de refusion
La zone de refusion est la phase primaire de fusion de la brasure. Dans cette zone, la température est augmentée progressivement par rapport aux étapes précédentes afin de dépasser la température de liquidus de la brasure.
La température de liquidus est le point auquel la soudure commence à fondre, généralement de 30 à 50 °C en dessous du point de fusion. La plupart des soudures en alliages Sn-Pb et Sn-Ag-Cu ont des points de liquidus compris entre 180 et 200 °C.
La température maximale est la température maximale supportée lors de la refusion. Pour les soudures au plomb, elle est généralement supérieure de 20 à 40 °C au liquidus. Les soudures sans plomb nécessitent des pics plus élevés, de 5 à 10 °C, au-dessus de leurs points de fusion nettement plus élevés.
Un maintien bref au pic assure un mouillage et un écoulement complets de la brasure fondue avant refroidissement. Le temps de pic idéal est généralement de 15 à 60 secondes, selon la taille de l'assemblage, la densité et l'alliage utilisé. Un temps trop court peut empêcher la brasure de fondre et de couler complètement, tandis qu'un temps trop long risque d'endommager les composants par surchauffe.
Lors de la refusion, la brasure fondue mouille et s'écoule autour des bornes des composants, les reliant solidement aux pastilles du circuit imprimé situées en dessous. Simultanément, l'activation du flux permet d'éliminer toute oxydation pour garantir des joints propres et sans vide. Un contrôle précis de la température et des profils est essentiel pour un mouillage et un écoulement optimaux de la brasure sans dommage.
Zone de refroidissement
Une fois la température maximale maintenue, l'assemblage entre dans la zone de refroidissement. Lors de cette étape finale, le refroidissement contrôlé permet de ramener la température à une température contrôlée. La vitesse de refroidissement est tout aussi importante que la vitesse de chauffage pour influencer la qualité de l'assemblage.
Le refroidissement progressif prévient les défauts causés par des chocs thermiques rapides, tels que les fissures internes des joints ou des composants. La vitesse de refroidissement idéale est généralement de 1.5 à 6 °C/seconde, selon la taille de l'assemblage et les caractéristiques de l'alliage. Des vitesses plus lentes permettent d'obtenir une microstructure de joint plus fine pour une meilleure intégrité mécanique.
La montée en température de la zone de refroidissement se poursuit jusqu'à atteindre la température ambiante de l'assemblage, généralement inférieure à 100 °C. À ce stade, le cycle de refusion est terminé et le traitement thermique des joints de soudure est terminé. Ceux-ci doivent pouvoir résister aux contraintes opérationnelles normales et aux cycles thermiques.
Avantages du soudage par refusion
Le brasage par refusion offre de nombreux avantages par rapport aux autres méthodes de brasage. Parmi les principaux avantages, on peut citer :
Automatisation et cohérenceLe brasage par refusion est un procédé entièrement automatisé permettant de positionner et de souder de manière homogène des composants montés en surface sur un circuit imprimé. Ce haut niveau d'automatisation et de régularité réduit les défauts et améliore les rendements. La répétabilité du procédé garantit la qualité et la fiabilité des soudures.
Densité et miniaturisation :La technologie de montage en surface permet de réaliser des circuits imprimés à plus haute densité grâce à des composants plus petits et un espacement plus serré. Le soudage par refusion est nécessaire pour placer et souder ces composants à pas ultra-fin. Cette densité et cette miniaturisation ont permis de réduire considérablement la taille des composants électroniques au cours des dernières décennies.
Production de masse: L'automatisation du soudage par refusion le rend particulièrement adapté aux applications de production de masse à haut volume. Un seul four de refusion peut traiter des dizaines, voire des centaines de circuits imprimés par heure. Ce débit élevé permet une production économique de composants électroniques en grandes quantités. Ce procédé automatisé est également moins exigeant en main-d'œuvre que le soudage manuel.
Faible contrainte thermiqueLors du brasage par refusion, les composants sont fixés à la carte avant chauffage. Cela permet à tous les composants d'être chauffés et refroidis progressivement et uniformément. En revanche, le brasage manuel risque d'appliquer une chaleur localisée et répétée sur les composants, ce qui peut entraîner une fatigue thermique et une défaillance potentielle à long terme. Le brasage par refusion induit moins de contraintes thermiques sur les composants et les connecteurs.
Contrôle et optimisation des processusLes fours de refusion modernes permettent un contrôle précis du profil de température auquel sont soumis les composants. La possibilité de contrôler précisément la vitesse du convoyeur, les températures des zones de chauffe, les vitesses de refroidissement, etc., permet d'optimiser le processus pour différentes conceptions de cartes et compositions de composants. L'optimisation du processus permet de minimiser les défauts de manière rentable.
Comparaison entre soudure par refusion et soudure à la vague
Lors de l'assemblage de circuits imprimés, les deux principaux procédés utilisés historiquement étaient le brasage par refusion et le brasage à la vague. Voici une comparaison de ces techniques sous plusieurs aspects clés afin de comprendre leurs différences et leur adéquation à diverses applications.
Soudure par refusion ou à la vague
|
Aspect
|
soudage par refusion
|
Vague de soudure
|
|
Processus
|
Les composants sont pré-placés sur le circuit imprimé. La carte passe ensuite dans un four à convection ou un four infrarouge pour faire fondre la soudure.
|
Les composants sont pré-placés sur le circuit imprimé. La carte ainsi équipée est soumise à une vague de soudure en fusion qui dépose simultanément la soudure sur tous les contacts.
|
|
Densité
|
Peut gérer des cartes à haute densité de composants avec des composants à pas fin et plusieurs couches.
|
Idéal pour les cartes de faible à moyenne densité avec composants traversants uniquement. Ne convient pas aux assemblages à pas fin ou BGA.
|
|
Composants
|
Convient aussi bien aux trous traversants qu'aux surfaces monter composants électriques comme Boîtiers BGA, CSP et 01005.
|
Compatible uniquement avec les composants traversants. Non compatible avec les composants modernes montés en surface ou miniaturisés.
|
|
Propreté
|
Procédé très propre avec moins de scories et moins de ponts et de courts-circuits.
|
Risque accru de ponts de soudure et de courts-circuits en raison du mode de dépôt de la soudure par onde. Risque accru de contamination de la soudure.
|
|
Flexibilité
|
Flexible, il peut traiter facilement des panneaux de différentes tailles et épaisseurs. Plusieurs panneaux peuvent être traités simultanément.
|
Processus moins flexible. Nécessite des ajustements d'outillage pour différentes tailles de planches. Ne traite qu'une seule planche à la fois.
|
|
Coût en capital
|
Coûts initiaux plus élevés pour les fours et équipements de refusion.
|
Coûts d’investissement réduits pour les équipements de soudage à la vague qui sont moins complexes.
|
|
Contrôle
|
Très contrôlable et reproductible. Un contrôle rigoureux du profilage et du refroidissement garantit des soudures homogènes.
|
Contrôle moindre des joints finaux en raison de la nature du procédé de trempage. Résultats plus variables.
|
Le brasage par refusion est devenu le procédé dominant pour l'assemblage électronique actuel grâce à sa flexibilité pour la manipulation de composants montés en surface de plus haute densité et miniaturisés. Ce procédé est très propre et ses profils de chauffage et de refroidissement contrôlés garantissent des soudures de haute qualité et homogènes, même sur des cartes multicouches complexes.
Cependant, les coûts initiaux des fours de refusion et des équipements d'inspection sont plus élevés. Le brasage à la vague reste réservé aux conceptions traversantes à faible densité et représente un investissement plus faible, mais avec un contrôle moindre et davantage de défauts potentiels de brasage par rapport au brasage par refusion.
Relever les défis et trouver des solutions dans le processus de refusion
Bien que le soudage par refusion offre de grands avantages dans la fabrication électronique, il présente également certains défis qui peuvent compromettre la qualité s'il n'est pas correctement traité.
Voici plusieurs problèmes courants rencontrés lors de la refusion et des contre-mesures appropriées pour garantir un processus robuste.
Formation de billes de soudure
La formation de billes de soudure, également appelée projection de soudure, désigne la dispersion indésirable de petites billes et gouttelettes de soudure sur le circuit imprimé lors de la refusion. Plusieurs causes principales peuvent expliquer ce défaut.
Premièrement, un volume excessif de pâte à braser peut entraîner un débordement lors de la fusion, provoquant la projection de la soudure des composants et la formation de cordons. Une mauvaise impression au pochoir, avec des ouvertures irrégulières ou surdimensionnées, peut également entraîner un dépôt excessif de pâte. De plus, un profil de refusion trop agressif, avec une montée en température trop rapide, peut provoquer une explosion rapide de la pâte à braser.
Pour éviter la formation de cordons de soudure, il est essentiel d'optimiser la conception du pochoir et l'impression de la pâte à braser. Un dépôt uniforme et contrôlé minimise l'excès de pâte. Le profil de refusion doit ensuite assurer une montée en température douce pour éviter tout choc électrique de la pâte. Un temps de maintien plus long, juste en dessous du point de fusion, permet un dégazage progressif.
Certaines pâtes à braser contiennent également des additifs qui réduisent les projections grâce à un dégazage contrôlé. Un nettoyage régulier du pochoir évite les accumulations qui pourraient perturber la libération de la pâte. Un réglage approprié du procédé permet de minimiser la formation de cordons de soudure lors de la refusion.
Tombstoning des composants
Le « tombstoning » se produit lorsqu'un composant monté en surface se décolle du circuit imprimé lors de la refusion en raison de forces de mouillage inégales. Ces causes incluent des composants mal alignés ou inclinés, une métallisation non uniforme des pastilles et des géométries asymétriques des pièces/cartes, qui offrent davantage de zones soudables d'un côté. La pâte sous-jacente est alors aspirée par la tension superficielle.
Pour éviter le « tombstoning », assurez-vous d'abord d'un placement précis et reproductible des composants symétriques sur des plots de connexion bien conçus. L'ajustement des dimensions des plots ou l'ajout de plots d'angle peuvent favoriser une soudure équilibrée si nécessaire. Les pâtes à pas plus fin offrent un flux plus contrôlé que les versions plus épaisses. Des flux sans nettoyage et à faible résidu, soigneusement formulés, optimisent également la mouillabilité sur les surfaces difficiles.
Un profil de refusion précis avec un long palier thermique proche du point de fusion de la soudure est également utile ; cela permet à toute inclinaison partielle de se corriger automatiquement avant la solidification. L'inspection après refusion détecte les résidus de refusion pour les retouches. Grâce à ces mesures combinées, les défauts de soulèvement des composants peuvent être efficacement atténués.
Joints de soudure manquants
Une soudure partiellement ou totalement absente après refusion indique une mauvaise connexion. Les facteurs contributifs les plus courants sont un dépôt insuffisant de pâte à braser ou des problèmes de soudabilité. Dans le premier cas, les causes peuvent être un remplissage insuffisant ou un mauvais alignement de l'ouverture du pochoir, des réservoirs de pâte à braser épuisés lors de longs tirages, ou des raclettes d'impression usées ou endommagées.
Les solutions impliquent une gestion rigoureuse des pochoirs et de la pâte à braser. Un entretien régulier de l'imprimante et du pochoir, ainsi qu'un contrôle méticuleux des paramètres d'impression, garantissent un transfert de soudure constant et acceptable sur les pastilles. Il est également utile de choisir des pâtes adaptées aux intervalles d'impression plus longs entre les recharges et les nettoyages.
En ce qui concerne les problèmes de soudabilité, les solutions courantes consistent à nettoyer les résidus de flux ou les contaminants de la carte, à améliorer la qualité et la couverture du placage des pastilles et à optimiser les temps de maintien des profils sur les plages de fusion critiques. La cause profonde provient souvent de la combinaison de plusieurs variables mineures ; leur optimisation crée un processus de soudage robuste et à l'épreuve des pannes.
Billes de soudure/éclaboussures
Comme les billes de soudure, les billes de soudure sont des amas indésirables qui se forment lors de la refusion au lieu d'être correctement mouillées. Un déséquilibre chimique du flux est principalement dû à la libération excessive de gaz par les types de flux trop actifs lors de la chauffe. D'autres facteurs contributifs sont une pâte à braser contaminée/oxydée ou des surfaces de composants/cartes mal mouillées.
Une bonne gestion du flux joue un rôle clé dans la résolution des problèmes. Une sélection rigoureuse d'un type d'alliage de soudure à activité contrôlée et à adhérence optimale minimise les problèmes de dégazage. Un nettoyage minutieux élimine les résidus susceptibles d'altérer les réactions de mouillage. La fraîcheur de la pâte à braser, garantie par un stockage et une utilisation contrôlés, prévient également l'oxydation. Des profils de chauffe doux assurent une évacuation progressive des gaz pour éviter les projections.
Enfin, la confirmation de l'état de surface idéal des plots de soudure et des pattes des composants garantit un mouillage fiable de la soudure à chaque fois. Avec quelques ajustements mineurs des consommables et des modifications du procédé, les défauts des billes de soudure peuvent être largement éliminés.
Brûlure/déformation des composants
Une surchauffe localisée des composants pendant le pic de température de refusion peut entraîner la fusion ou le brûlage des emballages plastiques sensibles ou des marquages imprimés. Les causes les plus fréquentes sont un chauffage inégal des cartes, une circulation d'air/convection insuffisante et un étalonnage inexact de la zone du four de refusion. Un préchauffage insuffisant avant le pic de température peut également entraîner des contraintes thermiques importantes.
Un profil de refusion bien conçu et un four de haute qualité sont essentiels à la prévention. Un préchauffage suffisant permet de contrôler la température cible de tous les matériaux d'assemblage. Des rampes de température douces et un système de profilage assurent une uniformité thermique idéale entre les zones, assurant un traitement thermique homogène et réparti.
Dans la mesure du possible, l'orientation des composants les plus vulnérables à la déformation ou à la décoloration peut être optimisée pour un chauffage plus progressif. L'entretien du four de refusion et le profilage périodique permettent également de valider les performances des zones au fil du temps. Ces mesures contribuent à éliminer les points chauds/froids, protégeant ainsi les composants des risques de refusion.
Flux de soudure insuffisant/incomplet
Lorsque la soudure fondue ne s'écoule pas correctement et ne mouille pas les pastilles/terminaisons d'un joint lors de la refusion, une soudure incomplète se produit. Les causes courantes sont un dépôt inadéquat de la pâte à braser, des problèmes d'activité du flux, des géométries de composants/pastilles entravant l'écoulement et des profils de température non idéaux.
Les meilleures pratiques impliquent l'utilisation d'une impression au pochoir bien conçue et précise, optimisée pour chaque application et chaque type de pâte. Les formules de flux aux propriétés de nettoyage de surface adaptées favorisent une bonne liaison métallurgique. Les fonctions d'auto-alignement des composants facilitent leur centrage sur les pastilles pour des angles de mouillage de la soudure uniformes.
Les profils de refusion assurent un maintien thermique approprié au-dessus des températures de fusion de la soudure, avec des temps de transfert de chaleur/masse suffisamment longs pour une polymérisation complète. Dans certains cas, l'ajout de pâte, comme des agents poisseux, peut améliorer l'étalement et l'ancrage afin d'éviter les courts-circuits. Globalement, une attention particulière portée à toutes les variables liées à la refusion permet de garantir des soudures solides et sans problème à chaque fois.
Inspection et assurance qualité en soudage par refusion
Le contrôle qualité est une étape cruciale de tout processus de brasage par refusion. Il garantit la conformité des joints de soudure et l'absence de défauts dans les assemblages électroniques. En appliquant des protocoles rigoureux d'inspection et d'assurance qualité, les fabricants peuvent identifier rapidement les problèmes potentiels, améliorer leurs processus et réduire les coûts liés aux reprises et aux défaillances des composants.
Voici différentes techniques d’inspection utilisées dans le soudage par refusion et des stratégies pour établir un programme d’assurance qualité efficace.
Inspection visuelle
L'inspection visuelle constitue généralement la première étape du contrôle qualité de tout procédé de brasage par refusion. Les opérateurs examinent attentivement les joints de soudure et les zones environnantes sous grossissement afin d'identifier les défauts courants tels que les ponts de soudure, une soudure insuffisante, des composants mal alignés, etc. L'inspection manuelle permet un jugement humain, mais peut être chronophage et subjective.
De nombreuses entreprises complètent l'inspection manuelle par des systèmes d'inspection optique automatisée (AOI). L'AOI utilise des caméras haute résolution et des logiciels pour capturer et analyser les images des soudures. Le logiciel compare les soudures aux critères de conception afin de détecter les anomalies.
Les systèmes AOI se composent généralement de plusieurs parties principales, notamment les suivantes :
Caméras haute résolution : Les systèmes d'inspection optique utilisent une ou plusieurs caméras pour prendre des photos rapprochées du circuit imprimé. Différents angles de positionnement de la caméra peuvent être choisis selon la configuration du système. La carte peut être visualisée sous plusieurs angles, augmentant ainsi les chances de détecter les défauts.
Eclairage: Un éclairage constant et stable est essentiel à une capture d'image réussie. Par exemple, les systèmes AOI peuvent s'appuyer sur plusieurs sources lumineuses de longueurs d'onde et d'angles variés, créant ainsi le contraste et la minimisation des ombres nécessaires.
Logiciel de traitement d'imagesLe logiciel utilise les images capturées en les comparant aux images de référence ou aux données de conception pour vérifier les défauts. Les systèmes AOI les plus récents s'appuient sur des algorithmes d'apprentissage automatique qui contribuent à optimiser la précision du processus d'inspection et permettent de s'adapter aux variations d'apparence des composants et à la qualité des soudures.
L'AOI améliore la vitesse, la précision et la répétabilité par rapport à l'inspection manuelle. Cependant, comme l'œil humain, l'AOI ne peut pas voir l'intérieur des composants ni inspecter les joints cachés.
Les défauts identifiés lors de l'inspection visuelle peuvent inclure :
● Ponts de soudure : connexions involontaires entre les joints
● Soudure insuffisante/excessive : Joints faibles ou court-circuités
● Mauvais alignement des composants : mauvaises connexions électriques
● Composants manquants/incorrects : problèmes de fonctionnalité potentiels
Inspection aux rayons X
L'inspection par rayons X complète les techniques visuelles en permettant d'inspecter les soudures cachées sous les boîtiers BGA et QFP. Un système à rayons X fait passer des faisceaux à travers les composants pour générer des images radiographiques des soudures internes. Des inspecteurs ou un logiciel analysent ensuite les images à la recherche de vides, de fissures, de pontages et d'autres défauts invisibles de l'extérieur.
Bien que performantes, les rayons X présentent également des limites. Des faux positifs peuvent survenir et la distinction entre des matériaux de densité similaire, comme la soudure et le flux, peut s'avérer complexe. La corrélation des résultats des rayons X avec d'autres techniques permet de minimiser les erreurs d'interprétation. Les rayons X exposent également les opérateurs aux radiations, ce qui nécessite des protocoles de sécurité appropriés.
Les défauts typiques identifiés comprennent :
● Vides - Poches d'air affaiblissant l'intégrité des articulations
● Pontage sous les composants
● Soudure insuffisante/excessive sous les appareils
Inspection en coupe
Pour les boîtiers exceptionnellement denses, les fabricants peuvent procéder à une inspection par découpe. Un échantillon de composants est sectionné à l'aide de techniques telles que l'usinage par faisceau d'ions focalisés. Cela permet d'exposer les joints internes pour un examen au microscope optique à fort grossissement ou au microscope électronique à balayage. La découpe est très efficace, mais destructrice ; seul un échantillon est donc soumis à ce traitement.
Essais fonctionnels
Au-delà de l'inspection physique, les tests fonctionnels évaluent les assemblages pour détecter les défauts électriques. Des méthodes telles que les tests en circuit, les tests à sonde mobile et les tests fonctionnels permettent d'identifier les défaillances telles que les joints intermittents ou les défauts de soudure froide qui ne présentent aucune anomalie visuelle. Les fabricants doivent équilibrer les tests physiques et fonctionnels en fonction des tolérances et des capacités de test spécifiques à leurs produits.
Programme d'assurance qualité
Pour optimiser l'efficacité des inspections, les entreprises intègrent leurs activités à un programme complet d'assurance qualité. Les éléments clés d'un tel programme sont les suivants :
● Établir des critères d’acceptation pour les tests visuels, radiographiques et fonctionnels en fonction des exigences du produit et des normes de l’industrie.
● Élaboration de plans d'échantillonnage pour inspecter statistiquement les produits tout en minimisant les coûts. Les techniques destructives n'échantillonnent qu'un pourcentage.
● Création de documents d'inspection et de listes de contrôle pour standardiser les inspections et permettre le suivi des réussites/échecs.
● Formation des opérateurs aux procédures d'inspection, aux critères d'acceptation et à la reconnaissance des défauts. Une certification officielle garantit une précision constante.
● Étalonnage des outils d'inspection selon un calendrier et si les spécifications du système changent. L'étalonnage maintient la fiabilité des tests au fil du temps.
● Enquête sur les défaillances des retours sur le terrain afin d'améliorer les critères d'inspection. Le retour d'information permet une amélioration continue.
● Mise en œuvre d'un contrôle statistique des processus pour surveiller la qualité de la refusion au fil du temps et détecter les décalages avant que des défaillances importantes ne se produisent.
Un programme d'assurance qualité bien conçu, coordonné entre l'inspection, l'assemblage et les tests, établit la responsabilité tout en favorisant l'amélioration continue des processus. Des techniques d'inspection fiables et des critères de réussite/échec clairs garantissent aux fabricants une confiance durable dans la qualité de leurs soudures et la fiabilité de leurs produits.
Sommaire et conclusion
Le procédé de soudage par refusion a radicalement transformé l'assemblage des circuits imprimés grâce à ses caractéristiques uniques d'efficacité, de précision et de fiabilité. Grâce à un contrôle précis de la température, des temps de pose et des vitesses de convoyage, les fabricants peuvent atteindre des rendements et des densités élevés sur leurs lignes CMS. Plus les composants sont compacts et plus de nouvelles variantes, comme les BGA, sont introduites, plus le soudage par refusion restera un pilier de l'industrie électronique.
Même si le soudage par refusion en Chine peut paraître complexe, les ingénieurs de PCBasic maîtrisent parfaitement le procédé grâce à des milliers de cycles de production. Grâce à la mise en œuvre de notre système MES, nous maîtrisons chaque variable susceptible de représenter un facteur de stress pour les conceptions les plus complexes.
Confiez la refusion de votre prochain prototype ou projet de production en petite série à nos experts PCBasic. Contactez-nous dès aujourd'hui pour en savoir plus sur la fabrication de votre prochain produit électronique grâce à notre service de soudage par refusion en gros.
Foire Aux Questions (FAQ)
Qu’est-ce que le brasage par refusion ?
Le brasage par refusion est un procédé qui consiste à appliquer de la pâte à braser sur des circuits imprimés à l'aide d'un pochoir ou d'une sérigraphie. Les circuits imprimés sont ensuite chauffés pour faire fondre la soudure et établir des connexions électriques entre les composants et la carte. Ce procédé est couramment utilisé pour les composants montés en surface (CMS) dont les broches sont placées directement sur la surface des circuits imprimés. Le brasage par refusion permet un packaging beaucoup plus dense que les composants traversants.
Comment fonctionne la soudure par refusion ?
Lors du brasage par refusion, la pâte à braser est d'abord appliquée sur un circuit imprimé à l'aide d'un écran ou d'un pochoir. Cela permet de garantir un dépôt précis. Les composants sont ensuite placés sur la pâte. Le circuit imprimé passe ensuite dans un four ou une chambre qui l'expose à une chaleur soigneusement contrôlée. À mesure que le circuit chauffe, la pâte à braser passe d'abord par une étape de refusion où elle fond et forme des connexions préliminaires. Une fois refroidie, des soudures solides se forment entre les composants et le circuit imprimé. Un refroidissement adéquat est essentiel pour éviter les défauts. Les circuits imprimés finis sont ensuite soumis à des contrôles qualité.
Quel équipement est utilisé pour le soudage par refusion ?
Il existe plusieurs types d'équipements principaux : les fours de refusion, les fours de refusion à convection et les systèmes de brasage par refusion en ligne. Les fours de refusion offrent une exposition contrôlée à la chaleur, mais nécessitent le chargement/déchargement de chaque carte. Les fours à convection offrent un convoyeur continu pour la production en grande série. Les systèmes en ligne intègrent le placement des composants, le brasage, l'inspection et bien plus encore pour les lignes d'assemblage entièrement automatisées. Les chauffages à quartz/infrarouge et à air chaud sont des méthodes de chauffage courantes. Le profilage et la surveillance de la température garantissent des résultats constants. Le choix de l'équipement adapté dépend de vos besoins et de votre volume de production.
Quels sont les types de profils de refusion courants ?
Les types de profils les plus basiques sont les profils mono-étage (pic simple simplifié), bi-étage (préchauffage plus faible suivi d'un pic de refusion plus élevé) et multi-étages (plusieurs étapes de préchauffage et de refusion). Les étapes clés sont le préchauffage, le maintien, la refusion et le refroidissement. Des variables telles que la température de pic, le temps au-dessus du liquidus, les vitesses de rampe et les rampes de refroidissement diffèrent. L'azote est souvent utilisé pour un refroidissement plus rapide. Le choix d'un profil dépend de facteurs tels que la taille/densité des composants, le type de pâte à braser et l'assemblage de la carte. Les profils standards des fabricants de soudure constituent un bon point de départ, mais une optimisation peut être nécessaire.
Quels sont quelques conseils pour réussir la soudure par refusion ?
Voici quelques conseils pour garantir des résultats de soudure par refusion réussis : utilisez la pâte à braser adaptée à votre procédé, nettoyez soigneusement les circuits imprimés avant l'assemblage, évitez de laisser des composants partiellement soudés, respectez les temps de préchauffage et de trempage appropriés, contrôlez et surveillez attentivement les températures, minimisez l'exposition à l'air pendant la refusion, effectuez des cycles de refroidissement complets, effectuez des inspections des soudures et de la fabrication, et assurez un bon entretien de l'équipement. Une technique, une validation des paramètres et des contrôles qualité appropriés peuvent maximiser les rendements et aider à résoudre les problèmes éventuels.
