Les SMC (composants montés en surface) sont devenus de plus en plus populaires dans l’industrie de la fabrication électronique en raison de leurs avantages de petite taille, de faible coût et de haute fiabilité. Jusqu’à présent, les SMC dépendent du brasage par refusion comme principal moyen de les fixer sur les PCB (circuits imprimés), et les performances du brasage par refusion sont directement liées à celles des produits finis. En tant que défaut courant généralement rencontré dans le processus d’assemblage SMT (technologie de montage en surface), les billes de soudure, cependant, sont causées par de nombreux facteurs et sont si difficiles à maîtriser qu’elles sont devenues une préoccupation majeure dans le processus d’assemblage SMT.
D’une manière générale, les billes de soudure présentent un diamètre compris entre 0,2 mm et 0,4 mm et se trouvent généralement principalement sur les côtés des composants à puce. Parfois, des billes de soudure peuvent être observées autour des broches des circuits intégrés (IC) et des connecteurs. D’une part, les billes de soudure affectent l’apparence des produits électroniques. D’autre part, les billes de soudure peuvent éventuellement se détacher, provoquant des courts-circuits entre les CMS (Composants Montés en Surface), ce qui réduit considérablement la fiabilité des produits électroniques, ce qui est particulièrement problématique pour les PCB assemblés à haute densité et à broches fines.
Jusqu’à présent, après plus de 20 ans d’efforts et de concentration, PCBCart est devenu un fournisseur professionnel de solutions PCB, incluant la fabrication de circuits imprimés, l’approvisionnement en composants et l’assemblage SMT. Les ingénieurs de procédés de notre entrepôt étudient constamment des mesures essentielles pour éliminer les billes de soudure dansProcessus d’assemblage SMTet quelques mesures pratiques ont été résumées sur la base de leur analyse approfondie des causes des billes de soudure.
Il est évident que les billes de soudure sont générées en raison de nombreuses causes au cours du processus d’assemblage SMT. Ces causes peuvent généralement être classées en deux types : les causes liées aux matériaux et les causes liées à la technologie.
• Causes matérielles
→ Pâte à souder
a. Faible coefficient de thixotropie ;
b. Effondrement à froid ou effondrement légèrement thermique ;
c. Trop de flux ou température d’activité trop basse ;
d. Oxydation de la poudre d’étain ou particules métalliques inégales ;
e. Absorption de l’humidité;
→ PCB
a. Petit espacement entre les pastilles du PCB ;
b. Pastilles ou composants présentant une faible soudabilité ;
→ Pochoir
a. Mur d’ouverture avec des bavures ;
→ Lame de grattage
a. Trop maigre ;
b. Lame de raclage déformée.
• Causes technologiques
a. Montant trop élevé ;
b. De la pâte à braser résiduelle est présente entre le pochoir et le PCB ;
c. Énergie déséquilibrée ou réglage inapproprié de la température de soudure ;
d. Pression de montage trop élevée ;
e. Trop d’espace entre le PCB et le pochoir ;
f. Lame de raclage présentant un petit angle ;
g. Pochoir comportant de petites ouvertures ;
h. La pâte à braser est mal appliquée ;
i. Autres causes, y compris le personnel, l’équipement et l’environnement.
Mesure n°1 : Choisir la pâte à braser compatible avec les exigences SMT.
La sélection de la pâte à braser affecte directement la qualité de brasage. Des billes de soudure ont tendance à se former lorsque la pâte à braser présente une teneur métallique inappropriée, de l’oxydation, des particules d’IMC et une épaisseur inadéquate sur le pad. Avant de déterminer la pâte à braser, il est nécessaire de l’essayer afin de confirmer si elle peut être utilisée dans l’assemblage CMS en grande série. Une pâte à braser compatible avec les exigences du CMS présente les caractéristiques suivantes :
a. Teneur élevée en métal
Normalement, la pâte à braser présente une teneur en métal de 88 % à 92 %. À mesure que la teneur en métal augmente dans la pâte à braser, la viscosité de la pâte à braser augmente également, ce qui permet de contrer efficacement les contraintes générées par la vaporisation. De plus, une teneur plus élevée en métal rend la poudre métallique plus compacte, de sorte que la poudre métallique se combine facilement au lieu de se séparer. En outre, une teneur plus élevée en métal empêche la pâte à braser de s’affaisser et rend la formation de billes de soudure plus difficile.
b. Oxydation contrôlée de la pâte à braser
En ce qui concerne la pâte à braser, une teneur plus élevée en oxydes métalliques entraîne toujours une résistance de combinaison plus élevée entre les poudres métalliques. Par conséquent, une mouillabilité insuffisante se produit entre la pâte à braser, les pastilles et les composants CMS, ce qui réduit leur brasabilité. Il a été résumé que l’apparition de billes de soudure est directement proportionnelle à la quantité d’oxydes métalliques. Par conséquent, la teneur en oxydes doit être rigoureusement maintenue en dessous de 0,05 % dans la pâte à braser afin d’empêcher la formation de billes de soudure.
c. Taille plus grande des particules métalliques
Plus la taille des particules métalliques est petite, plus la surface totale de la pâte à braser est grande, ce qui entraîne une oxydation plus élevée et augmente le risque de formation de billes de soudure.
d. Épaisseur réduite de pâte à braser sur le plot
L’épaisseur normale de la pâte à braser sur le plot se situe entre 0,1 mm et 0,2 mm. Lorsque la pâte à braser sur le plot est trop épaisse, cela résulte généralement d’un affaissement, produisant des billes de soudure.
e. Teneur et activité du flux contrôlées
Une teneur en flux trop élevée a tendance à entraîner un affaissement partiel de la pâte à braser, provoquant la formation de billes de soudure. Si le flux présente une activité plus faible, il aura de mauvaises performances en désoxydation, générant des billes de soudure.
f. Stockage et application appropriés
D’une manière générale, la pâte à braser doit être stockée dans une plage de température comprise entre 0 et 10 °C. Avant son utilisation, la pâte à braser doit être réchauffée et ne peut jamais être appliquée tant que sa température n’a pas entièrement atteint la température ambiante. Elle doit être agitée conformément aux instructions réglementaires. Après avoir prélevé une quantité suffisante de pâte à braser du flacon, celui-ci doit être immédiatement refermé. Les cartes après impression doivent passer au brasage par refusion dans un délai de deux heures.
Mesure n°2 : L’ouverture du pochoir doit être correctement conçue.
L’épaisseur du pochoir doit être conçue de manière appropriée et le taux d’ouverture doit être rigoureusement contrôlé. L’épaisseur du pochoir est déterminée par les CMS ayant les pas les plus fins sur le PCB. Des pochoirs relativement fins doivent être choisis et les pochoirs épais doivent être évités.
Certains défauts peuvent apparaître lorsque les ouvertures du pochoir présentent un rapport et une forme inappropriés, entraînant la formation de billes de soudure. Lorsque les ouvertures présentent un rapport inapproprié, la pâte à braser a tendance à être imprimée sur le vernis épargne, de sorte que des billes de soudure se formeront pendant le processus de refusion.
Mesure n°3 : La qualité du nettoyage du pochoir doit être améliorée.
L’amélioration de la qualité de nettoyage du pochoir est bénéfique pour l’amélioration de la qualité d’impression. Dans le processus d’impression de la pâte à braser, la surface du pochoir doit être soigneusement nettoyée et la pâte à braser résiduelle doit être éliminée en temps voulu afin d’empêcher la formation de billes de soudure pendant le processus de refusion. Cependant, si le pochoir est nettoyé de manière inappropriée, la pâte à braser laissée au bas des ouvertures du pochoir s’accumulera autour de celles-ci, ce qui aura tendance à provoquer la formation de billes de soudure.
Mesure n°4 : Le stress croissant doit être réduit.
En réalité, les contraintes de montage constituent également une cause majeure de billes de soudure, mais elles suscitent peu d’attention. Les contraintes de montage sont déterminées par certains facteurs tels que l’épaisseur du PCB, la hauteur des composants et le réglage de la pression de la buse de la machine de pose. Si les contraintes de montage sont trop élevées, la pâte à braser sera expulsée en dehors du pad et la pâte à braser ainsi expulsée se transformera en billes de soudure après la refusion. Pour résoudre ce problème, les contraintes de montage peuvent être réduites à un niveau permettant que les composants soient placés sur la pâte à braser imprimée sur le pad et correctement pressés. Différents composants nécessitent différents niveaux de contraintes de montage, qui doivent être définis de manière rationnelle.
Mesure n°5 : La soudabilité des composants et des pastilles doit être améliorée.
La soudabilité des composants et des pastilles a un effet direct sur la génération de billes de soudure. Si les composants et les pastilles subissent une oxydation sévère, une partie du flux peut être consommée par un excès d’oxyde, de sorte que des billes de soudure peuvent également se former en raison d’une soudure et d’une mouillabilité incomplètes. Ainsi, la qualité des composants et des circuits imprimés à la réception doit être garantie.
Mesure n°6 : La courbe de température de soudure doit être optimisée.
Les billes de soudure sont véritablement produites au cours du procédé de brasage par refusion, qui comprend quatre phases : le préchauffage, la montée en température, le brasage par refusion et le refroidissement. L’objectif du préchauffage et de la montée en température est de réduire l’agression thermique sur le PCB et les composants afin de garantir que la pâte à braser fondue puisse être partiellement volatilisée, pour éviter que la température n’augmente trop rapidement et ne provoque un effondrement ou des projections, qui sont la principale cause de la formation de billes de soudure.
Pour obtenir une courbe de température optimisée dans un four de refusion, la solution consiste à contrôler la température de refusion et à empêcher la température de monter trop rapidement pendant la phase de préchauffage. La vitesse de montée en température doit être contrôlée à 2 ℃/s ou moins et la température de la pâte à braser, des composants et des pastilles doit atteindre une plage comprise entre 120 ℃ et 150 ℃. Ainsi, l’agression thermique exercée sur les composants pendant la phase de refusion peut être réduite.
Mesure n°7 : Les autres éléments doivent être bien contrôlés.
Normalement, la température optimale pour l’impression de la pâte à braser se situe entre 18 et 28 °C, avec une HR (humidité relative) comprise entre 40 % et 70 %. Si la température est trop élevée, la pâte à braser présentera une faible viscosité ; si l’HR est trop élevée, la pâte à braser absorbera davantage d’eau. Dans les deux cas, il en résulte la formation de billes de soudure. Par conséquent, la température et l’HR de l’atelier doivent être strictement contrôlées.
La génération de défauts de billes de soudure est un processus si complexe qu’elle résulte d’un grand nombre de causes. Par conséquent, il est nécessaire de prendre en compte de nombreux éléments pour empêcher l’apparition de billes de soudure. En résumé, le pochoir doit être conçu avec précision, avec des paramètres d’ouverture compatibles avec les exigences de la technologie SMT ; la pâte à braser doit être stockée et utilisée conformément à des réglementations strictes ; la pression de placement doit être contrôlée à un niveau approprié ; la courbe de température de refusion doit être optimisée.
Selon plus de 20 ans d’expérience de PCBCart dans l’assemblage SMT, il a été constaté que 60 % à 80 % des billes de soudure sont causées par une pression de montage inappropriée. Ainsi, une attention maximale doit être portée au réglage de la pression de montage sur le poseur de composants afin que la pâte à braser ne soit pas expulsée en dehors du pad, ce qui augmenterait les risques de formation de billes de soudure.
Les composants montés en surface (SMC) offrent des avantages très significatifs dans la production électronique, notamment une petite taille, un faible coût et une grande fiabilité. Cependant, l’un des défis de l’assemblage SMT est la formation de billes de soudure, qui affecte la qualité et les performances du produit. De tels défauts ont tendance à provoquer des courts-circuits, en particulier sur les cartes à haute densité. Les solutions à ce problème incluent une sélection appropriée de la pâte à braser, l’optimisation de la conception du pochoir et un brasage par refusion contrôlé.
PCBCart met à profit plus de 20 ans d’expérience dans l’assemblage SMT pour réduire au minimum l’apparition de billes de soudure et améliorer la qualité des produits. Nos ingénieurs expérimentés prennent des mesures proactives pour garantir des performances élevées et une grande fiabilité. Collaborez avec PCBCart pour la fabrication de vos PCB et bénéficiez d’un excellent contrôle qualité. Contactez-nous dès aujourd’hui pour un devis complet et découvrez comment nos méthodes sur mesure peuvent optimiser la réussite de vos assemblages.
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