Dans l'industrie électronique moderne, la stabilité et les performances de chaque appareil reposent sur la soudure. Qu'il s'agisse de la fabrication de smartphones, de l'assemblage d'ordinateurs ou de la maintenance de systèmes de contrôle industriels, la soudure est un processus clé dans l'assemblage des circuits imprimés (PCB).
Le brasage diffère du soudage traditionnel. Il utilise une température plus basse pour assembler deux pièces métalliques à l'aide d'une brasure métallique. Maîtriser la température, les techniques et le procédé de brasage permet d'améliorer la qualité et la fiabilité des produits électroniques.
Ce guide détaille les principes de base, les principaux types de brasure et les procédés courants. Il présente des méthodes telles que la soudure manuelle, la soudure par refusion et la soudure à la vague. Nous fournissons également un tableau des températures de soudure, présentons les défauts courants et les méthodes de dépannage, et répondons aux questions fréquentes sur la soudure métallique. Si vous souhaitez acquérir une compréhension systématique de la soudure dans le domaine de l'assemblage de circuits imprimés, cet article est fait pour vous.
Qu'est-ce que la soudure ?
La soudure est une méthode d'assemblage de métaux. Pour ce faire, un métal appelé brasure doit d'abord être chauffé et fondu afin de solidariser deux ou plusieurs pièces métalliques. Le point de fusion de la brasure est inférieur à celui du métal de base à assembler. Dans l'assemblage électronique et de circuits imprimés, la soudure est généralement utilisée pour fixer des composants tels que des résistances, des condensateurs et des circuits intégrés sur les pastilles de cuivre d'un circuit imprimé. Elle assure ainsi non seulement la conduction électrique, mais permet également une installation solide des composants sur le circuit imprimé.
Le brasage et le soudage sont deux procédés différents. Le brasage chauffe et fait fondre uniquement la soudure, et non les composants ni les pistes du circuit imprimé. Ceci est essentiel pour les produits électroniques, car la chaleur peut facilement endommager les composants ou les circuits imprimés. Les soudures pour circuits imprimés les plus couramment utilisées sont les alliages étain-plomb (Sn-Pb) et les alliages sans plomb (comme l'étain-argent-cuivre).
Pendant le processus de soudure, la température de soudure et la température du fer à souder affecteront directement la qualité et la fiabilité de chaque joint de soudure.
Comment fonctionne la soudure ?
La soudure est généralement divisée en plusieurs étapes clés :
Préparation : Tout d'abord, nettoyez soigneusement la surface du métal à souder afin d'éliminer la couche d'oxyde, la poussière et les taches d'huile. Seule une surface propre permet aux soudures d'être solides et durables.
Application du flux : Le flux peut continuer à éliminer les oxydes de surface et empêcher les métaux de s'oxyder à nouveau lorsqu'ils sont chauffés. Il peut également favoriser la fluidité de la soudure, rendant ainsi les joints de soudure plus uniformes.
Chauffage: Utilisez des outils tels que des fers à souder, des fours de refusion ou des machines à souder à la vague pour chauffer la zone à souder à une température supérieure au point de fusion de la soudure. Pour choisir la température, consultez le tableau des températures de soudage. Elle ne doit être ni trop élevée ni trop basse.
Application de la soudure:Une fois correctement chauffée, la soudure fond rapidement et s'écoule naturellement dans le joint, mouillant les surfaces de tous les métaux à assembler et formant une connexion conductrice stable.
Climatisation Une fois la source de chaleur retirée, la soudure se solidifie rapidement, fixant fermement les joints de soudure sur le PCB ou la surface métallique.
Tout au long du processus de soudage, la température du fer à souder et celle de la soudure sont cruciales. Une température trop basse empêche la soudure de fondre complètement et les soudures sont moins fiables. Une température trop élevée peut facilement endommager le circuit imprimé ou les composants. Un choix judicieux et un contrôle précis de la température sont essentiels pour obtenir des soudures de haute qualité.
Types de soudure
Il existe trois types courants de soudure, tous largement utilisés dans l'assemblage de circuits imprimés et la soudure des métaux :
brasage tendre
Le brasage tendre est la méthode de brasage la plus courante dans l'industrie électronique. Son point de fusion varie de 90 °C à 450 °C. Il est généralement utilisé pour l'assemblage de circuits imprimés. Les alliages d'étain-plomb ou sans plomb sont les plus couramment utilisés. Cette méthode, qui chauffe à basse température et a un faible impact thermique sur les composants électroniques, est particulièrement adaptée aux produits électroniques sensibles à la température.
Brasage fort (soudure à l'argent)
Le brasage fort (à l'argent) nécessite une température de brasage plus élevée, avec un point de fusion généralement supérieur à 450 °C. Les soudures obtenues par brasage fort sont plus résistantes et conviennent au travail des métaux, à certains produits électroniques et à la bijouterie. Les alliages d'argent et de laiton sont couramment utilisés pour le brasage fort. Le chauffage est généralement effectué à l'aide d'outils haute température, comme des chalumeaux.
Brasage
Le point de fusion du brasage est généralement supérieur à 450 °C et se situe généralement entre 600 °C et 900 °C. Les principaux métaux d'apport utilisés sont le laiton et l'argent. Les joints de brasure sont extrêmement résistants et conviennent à l'assemblage de composants métalliques exigeant une résistance élevée, tels que les structures mécaniques et les canalisations métalliques.
La température de soudage requise pour chaque type de soudure est différente. Pour réussir, il est essentiel de choisir la température de fer à souder adéquate. En pratique, il est essentiel de consulter le tableau des températures de soudage et de sélectionner la plage de température appropriée en fonction du matériau et du procédé.
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Techniques de soudage dans l'assemblage de circuits imprimés
Lors de la fabrication de circuits imprimés, différentes techniques de soudage permettent de répondre à différentes exigences d'assemblage. Ce qui suit présente en détail les quatre principaux procédés de soudage couramment utilisés dans l'industrie des circuits imprimés, ainsi que leurs procédures, caractéristiques et exigences de température de soudage respectives.
1 Soudure à la main dans l'assemblage de circuits imprimés
La soudure manuelle est la technique de soudure de PCB la plus fondamentale et la plus flexible, adaptée au prototypage, à la réparation et à la production en petits lots.
Lors de l'utilisation, insérez les broches des composants électroniques dans les trous du circuit imprimé ou placez-les d'abord sur les pastilles de surface. Utilisez ensuite un fer à souder réglé à une température appropriée (généralement entre 320 °C et 370 °C pour la soudure au plomb et entre 350 °C et 400 °C pour la soudure sans plomb ; pour des valeurs précises, veuillez consulter le tableau des températures de soudure) pour chauffer simultanément les pastilles et les broches. Une fois la soudure à la bonne position, alimentez la soudure pour qu'elle coule complètement et recouvre les points de soudure. Retirez la soudure, puis le fer à souder. Une fois les points de soudure formés, il est nécessaire de vérifier leur brillance et leur mouillabilité.
Le soudage manuel exige des compétences élevées de l'opérateur et une maîtrise de la température optimale. Une température trop élevée peut facilement provoquer le décollement des pastilles ; une température trop basse peut entraîner des soudures froides.
2 Soudure par refusion : la norme pour les circuits imprimés CMS
Le soudage par refusion est la méthode de soudage la plus couramment utilisée sur les lignes de production CMS, qui permet de réaliser l'assemblage par lots de circuits imprimés haute densité et haute fiabilité.
Le processus général est le suivant : la pâte à braser (composée de poudre à braser et de flux) est d'abord imprimée uniformément sur les pastilles du circuit imprimé à l'aide d'un pochoir. Les composants CMS sont ensuite montés sur la pâte à braser. Le circuit imprimé est ensuite placé dans le four de refusion et chauffé par zones selon le profil de température requis par le processus. La pâte à braser fond à une température spécifique (la soudure sans plomb est généralement comprise entre 217 °C et 250 °C) et forme un joint de soudure solide après refroidissement.
Le brasage par refusion exige un contrôle très strict du profil de température. Il est essentiel d'éviter la surchauffe des composants tout en garantissant la régularité des soudures. Il est recommandé d'optimiser l'ensemble du processus en consultant régulièrement le tableau des températures de brasage.
Soudure à 3 vagues : assemblage traversant et mixte
La soudure à la vague convient à l'assemblage traversant et mixte à grande échelle de circuits imprimés.
Lors de l'utilisation, insérez d'abord les composants traversants dans le circuit imprimé. Si nécessaire, ils peuvent être fixés avec un adhésif temporaire. L'ensemble passe d'abord par la zone de préchauffage afin de réduire le risque de choc thermique, puis par le pic de vague de soudure fondue à la température de soudure définie (la soudure sans plomb est généralement comprise entre 245 °C et 265 °C) pour réaliser une soudure unique de tous les points de soudure insérés. Une fois la soudure terminée, le circuit imprimé doit être inspecté et nettoyé.
Le soudage à la vague est rapide et efficace, mais il nécessite un contrôle précis de la vitesse du convoyeur et de la température de soudage. Il est recommandé de régler les paramètres en se référant strictement au tableau des températures de soudage.
4 Soudure sélective :
La soudure sélective convient aux circuits imprimés mixtes avec SMT et insertion traversante, ou qui ne nécessitent qu'une soudure partielle.
Lors de la production, les zones CMS sensibles doivent d'abord être protégées par masquage. Ensuite, des buses programmables ou des équipements à mini-ondes doivent être utilisés pour chauffer et souder localement uniquement les joints de soudure désignés.
La température de soudure et le temps de chauffage de chaque joint de soudure peuvent être ajustés indépendamment, ce qui peut prévenir efficacement les dommages thermiques aux composants sensibles et convient parfaitement à l'assemblage de haute qualité de circuits imprimés complexes et à haute densité.
Soudure métallique au-delà du PCB
La soudure métallique n'est pas seulement utilisée dans le domaine des circuits imprimés, mais est également très répandue dans des secteurs tels que la plomberie, la bijouterie et la métallurgie industrielle. Quel que soit son domaine d'application, le principe de base reste le même : l'alliage de soudure et le flux doivent être choisis en fonction du type de métal utilisé, et la température de soudure doit être contrôlée.
La soudure tendre est souvent utilisée pour joindre des tuyaux en cuivre, des toits en tôle, et la température de soudure est généralement comprise entre 180°C et 250°C.
La soudure forte est couramment utilisée dans la fabrication d'argenterie, les réparations de CVC et d'autres domaines, et nécessite généralement une température supérieure à 450 °C.
Le brasage est couramment utilisé dans la fabrication automobile et les connexions en acier de construction, avec une plage de température de 600°C à 900°C.
Lors du choix du procédé de soudage approprié, il est essentiel de disposer d'un tableau précis des températures de soudage. Cela permet d'éviter efficacement les joints fragiles, les soudures peu fiables ou les dommages causés par une surchauffe.
Matériaux de soudure et tableau des températures de soudure (référence rapide)
Matériaux de soudure
• Alliages de soudure : Étain-plomb (Sn63/Pb37), sans plomb (SAC305 : Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5), soudure à l'argent, soudure à base de laiton.
• Types de flux : Colophane, sans nettoyage, soluble dans l'eau, à base d'acide.
• Formulaire: Fil, pâte, barre, préforme.
Tableau des températures de soudure
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Alliage de soudure
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Point de fusion
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Température de soudage à la main recommandée
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Température de soudure par refusion/vague recommandée
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Étain-plomb (Sn63/Pb37)
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183 ° C
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320-370 ° C
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220-240 ° C
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Sans plomb (SAC305)
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217-221 ° C
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350-400 ° C
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240-250 ° C
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Soudure à l'argent
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221-232 ° C
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370-400 ° C
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245-260 ° C
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Laiton (brasage)
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870-890 ° C
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900–950 °C (torche)
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N/D
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À noter: Veuillez vous référer à la fiche technique du fabricant et utiliser un contrôleur de température de fer à souder calibré et homologué. Des températures de soudage trop élevées peuvent endommager les circuits imprimés ou les composants.
Conclusion
La soudure est un procédé de base indispensable dans l'industrie électronique moderne. Fiable et précise, elle offre un large éventail d'applications. Qu'il s'agisse d'assemblage de circuits imprimés ou de soudure de métaux, elle est indispensable. Pour que chaque équipement réponde à des normes élevées, les fabricants et les ingénieurs doivent maîtriser les différents types de soudure et apprendre à utiliser diverses techniques de soudure, en veillant toujours à la température de soudure et en utilisant le tableau des températures de soudure.
Qu'il s'agisse de soudure manuelle, de soudure par refusion automatisée ou de soudure à la vague, chaque procédé de soudure requiert des connaissances professionnelles et une exécution minutieuse. Que vous fabriquiez des smartphones ou répariez du matériel audio, la soudure est un outil essentiel.
FAQ sur la soudure
1. Quelle est la différence entre la soudure et le soudage ?
La soudure assemble les métaux à l'aide d'un métal d'apport à une température plus basse, tandis que le soudage fait fondre les métaux de base à des températures beaucoup plus élevées pour une liaison plus solide. La soudure est idéale pour les circuits imprimés et l'électronique ; le soudage est plus adapté aux métaux de structure.
2. Comment fonctionne la soudure en électronique ?
En électronique, la soudure fixe les composants aux circuits imprimés en les chauffant à la température de soudure appropriée et en utilisant la soudure comme pont mécanique conducteur.
3. Quelle est la meilleure température de soudure pour un PCB ?
Consultez le tableau des températures de soudure : généralement 320 à 370 °C pour la soudure étain-plomb et 350 à 400 °C pour la soudure sans plomb lors du soudage manuel. Adaptez toujours la température du fer à souder à l'alliage utilisé.
4. Comment choisir le bon alliage de soudure ?
Choisissez-le en fonction de l'application, de la conformité (sans plomb pour RoHS) et de la température de soudage requise. L'étain-plomb est plus facile à travailler ; le sans plomb est respectueux de l'environnement.
5. Quels sont les principaux types de défauts de soudure ?
Les défauts courants comprennent les soudures froides, les ponts, les vides et un mouillage insuffisant. La plupart peuvent être évités grâce à une température et une technique de soudage adaptées.
6. Comment nettoyer les résidus de flux d'un PCB ?
Utilisez de l'alcool isopropylique et un coton-tige non pelucheux, ou des décapants spéciaux, notamment pour la colophane ou les flux hydrosolubles. Le nettoyage après soudure prévient la corrosion et garantit une fiabilité à long terme.
