L’ère actuelle connaît une intégration à grande vitesse ainsi qu’une production et une fabrication massives de composants à pas fins devant être miniaturisés. En ce qui concerne l’assemblage SMT (Surface Mount Technology), les composants doivent passer par une série de traitements, incluant le prétraitement, le placement, le brasage, le test et l’emballage. Tout au long de ce processus, l’apparition de décharges électrostatiques (ESD, Electrostatic Discharge) peut provoquer des dommages de différents niveaux, réduisant les performances de l’assemblage SMT.
Cependant, lors du processus de brasage, l’humidité présente à l’intérieur des composants peut générer de la vapeur et de la pression, provoquant des fissures internes susceptibles de se propager. Il peut en résulter des courts-circuits, ce qui diminue la fiabilité des produits. Par conséquent, les dommages causés par les ESD sur les joints de brasage sont si graves qu’ils exigent une attention particulière, ce qui constitue le sujet de cet article.
Source de génération de l’ESD
L’électricité électrostatique provient principalement de trois sources : le frottement, l’induction et le corps humain.
a. ESD par frottement
En tant que forme d’énergie électrique, l’électricité électrostatique reste généralement à la surface des objets et sa génération provient du déséquilibre entre les charges positives et négatives dans une zone partielle. De manière générale, l’électricité électrostatique est générée par le transfert d’électrons et d’ions. Lorsque des frottements se produisent entre deux objets isolants, l’énergie électrique à la surface de l’un des objets est transférée à la surface de l’autre objet, qui présente alors des charges négatives. Les décharges électrostatiques dues au frottement sont principalement liées à la propreté de la surface des objets, à leur taille et à l’environnement.
b. ESD par induction
Les objets capables de provoquer l’induction sont les conducteurs et les milieux diélectriques dans le domaine de l’électricité statique. Lorsque des conducteurs se trouvent à proximité d’objets chargés, une polarisation se produit sur ces conducteurs sous l’effet du champ électrostatique. En conséquence, des charges inductives apparaissent avec des polarisations opposées et des valeurs équivalentes, ce qui augmente la probabilité de décharges électrostatiques (ESD).
c. Décharge électrostatique par le corps humain
Le corps humain est considéré comme la principale source de décharges électrostatiques (ESD) pendant l’ensemble du processus d’assemblage SMT. Lorsque les personnes se déplacent, la friction causée par les chaussures ou les vêtements entraîne la formation d’objets chargés. De plus, la température, les mouvements à grande vitesse et les ruptures provoquent également des décharges électrostatiques.
En fait, l’électricité statique est souvent rencontrée dans la vie quotidienne des gens, mais elle cause peu de dommages. Cependant, si les circuits intégrés et les matériaux polymères de haute performance sont fréquemment utilisés, les dommages dus aux décharges électrostatiques seront accrus. Par conséquent, il est extrêmement important de proposer un schéma de protection contre les décharges électrostatiques dans le processus d’assemblage SMT.
Dommages causés par l’ESD sur les joints de soudure
Les joints de soudure jouent un rôle si essentiel dans l’ensemble du système des produits électroniques qu’ils assument la responsabilité de la connexion pendant le fonctionnement du circuit. Actuellement, les circuits deviennent de plus en plus denses, avec un nombre de joints de soudure augmentant considérablement. Si un seul joint de soudure présente un défaut, l’ensemble du système de circuit échouera. Les défauts des joints de soudure proviennent principalement des défauts qui surviennent au cours du processus d’assemblage SMT. Dès que la température ambiante fluctue ou que le courant de l’ensemble du circuit devient instable, les composants chauffent au point que la fatigue thermique réduit encore les performances des produits électroniques. De plus, lorsque la température autour des joints de soudure varie, des contraintes thermiques sont générées à l’intérieur des joints de soudure.
Un autre défaut des joints de soudure est la cavité. La cavité désigne de minuscules bulles d’air à l’intérieur des joints de soudure et provient de l’expansion de composés ou de l’air résiduel dans la pâte à braser. Bien que l’inspection visuelle puisse être utilisée pour détecter certaines cavités externes des joints de soudure, les cavités formées pendant le processus de soudage deviennent une menace majeure qu’il est difficile de mettre en évidence. Cependant, les cavités se forment à la suite d’une série de processus naturels, ce qui signifie qu’elles sont inévitables. D’une part, les cavités peuvent empêcher la formation de fractures ou modifier les trajectoires de propagation des fractures. D’autre part, les cavités réduisent la durée de vie des produits finis.
Mesures visant à minimiser l’effet négatif des joints de soudure
La protection contre les décharges électrostatiques (ESD) arrive en tête de la liste des problèmes susceptibles de survenir au cours du processus d’assemblage SMT. Les opérateurs doivent être dotés de connaissances suffisantes concernant la protection ESD, et être pleinement conscients de l’objectif et des mesures spécifiques de cette protection. En outre, tous les opérateurs doivent être formés afin de posséder le savoir-faire nécessaire et de maintenir une forte conscience en matière de protection ESD.
• Mesure de protection ESD n°1 : Conducteurs et isolants
Si de l’électricité statique est générée sur des conducteurs, elle doit être évacuée à temps par plusieurs canaux, tels que certains équipements et dispositifs. Le canal de fuite électrostatique peut être la mise à la terre des conducteurs afin que les charges électrostatiques puissent être libérées des conducteurs. Des fils antistatiques peuvent être installés pour contribuer à la protection ESD et ils doivent être établis de manière indépendante afin de séparer les fils de mise à la terre de puissance et les lignes de mise à la terre antistatiques. Étant donné que les charges ne peuvent pas se déplacer dans les isolants, la mesure de protection ESD destinée aux conducteurs ne fonctionne pas pour les isolants. Ainsi, la neutralisation des charges est généralement appliquée pour la protection ESD des isolants. Un ventilateur ionique est utilisé pour générer des ions positifs et négatifs afin que les charges électrostatiques puissent être neutralisées. Dans un même environnement, une température ambiante plus basse conduit à une amélioration de l’humidité, ce qui affecte également la conductivité des conducteurs. Lorsque la conductivité électrique augmente constamment et que l’humidité s’élève également, il est plus favorable d’assurer une protection contre les décharges électrostatiques dans un tel environnement. Par conséquent, améliorer l’humidité et diminuer la température constitue une solution optimale comme mesure de protection ESD dans une zone dangereuse.
• Mesure de protection ESD n°2 : Dispositif de protection ESD
Pour réduire largement la génération d’électricité statique et libérer l’électricité statique existante, les dispositifs de protection ESD doivent présenter une conductivité suffisante et être capables de contrôler la vitesse de fuite ESD afin d’éviter que l’électricité statique ne se dissipe de manière excessive.
• Mesure de protection ESD n°3 : Circuit de protection
Il est tout à fait normal d’ajouter un circuit de protection aux mesures de protection ESD. Cependant, les circuits de protection ne sont pas acceptés dans les circuits miniaturisés et à haute densité.
En ce qui concerne les mesures de protection ESD, de nombreux éléments doivent être pris en considération lors de la prise de décision afin que la mesure de protection ESD optimale puisse être appliquée.
P.S. Quelques conseils pour une génération optimale des joints de soudure dans le processus d’assemblage SMT
À mesure que les produits électroniques deviennent constamment plus miniaturisés et multifonctionnels, il devient de plus en plus difficile d’analyser les causes des défauts au cours du processus d’assemblage SMT. Les problèmes de joints de soudure ont été un enjeu majeur dans le processus d’assemblage SMT, de sorte qu’ils peuvent être résolus en réglant de manière appropriée la courbe de température de refusion.
La cavité est capable d’accélérer la vitesse de propagation de la fissure et la résistance des joints de soudure sera réduite. L’utilisation de vias borgnes sur les PCB (Printed Circuit Board) entraînera des cavités, qui seront également causées par une application inappropriée des technologies. De l’air est présent dans les vias borgnes et son volume augmente lorsqu’il est chauffé. De plus, une partie de l’air est expulsée lorsque la pâte à braser fond et l’air non expulsé forme une cavité dans le joint de soudure.
En outre, la formation de cavités est directement liée à la température de brasage. La durée de la phase de préchauffage doit être prolongée pour se situer dans une plage de 90 à 120 secondes, afin que l’air et l’eau contenus dans la pâte à braser puissent être totalement vaporisés, ce qui permet de réduire la probabilité d’apparition de cavités. Sinon, la réduction de la tension de surface de la pâte à braser permet d’expulser les bulles dans un environnement à haute température.
