À mesure que l’électronique contemporaine adopte la légèreté, la haute vitesse et une efficacité croissante, chaque maillon de la fabrication se conforme à cette philosophie, ce qui vaut également pour l’assemblage de circuits imprimés. La soudure joue un rôle essentiel dans la réussite des produits électroniques, puisque l’établissement de la connexion électrique découle d’une soudure précise. Comparée à la soudure manuelle, encore privilégiée par certains amateurs d’électronique, la soudure automatique est largement choisie en raison de ses avantages en termes de haute précision et de rapidité, ainsi que de ses capacités à répondre à des volumes importants et à des exigences élevées de rentabilité. En tant que principales technologies de soudure pour l’assemblage, la soudure à la vague et la soudure par refusion sont les plus largement utilisées pour contribuer à un assemblage de haute qualité. Néanmoins, elles sont souvent confondues, et les différences entre elles ont tendance à dérouter de nombreuses personnes, tandis que le moment opportun pour les utiliser reste encore flou.
Contexte
Avant de procéder à une comparaison formelle entre la soudure à la vague et la refusion, il est important de comprendre la différence entre le brasage, le soudage et le brasage fort.
En bref, le soudage désigne le procédé par lequel deux métaux similaires sont fondus afin d’être assemblés. Le brasage désigne le procédé par lequel deux pièces métalliques sont assemblées en chauffant et en faisant fondre un métal d’apport, également appelé alliage, à haute température. La soudure tendre est en réalité un brasage à basse température et son métal d’apport est appelé soudure.
En ce qui concerne l’assemblage de circuits imprimés (PCB), la soudure est appliquée au moyen d’un type de support appelé pâte à braser. La soudure avec application d’une pâte à braser contenant des substances dangereuses telles que le plomb, le mercure, etc. est appelée soudure au plomb, tandis que la soudure avec application d’une pâte à braser sans substances dangereuses est appelée soudure sans plomb.Brasage au plomb ou sans plombdoivent être choisis en fonction des exigences spécifiques des produits pour lesquels les circuits imprimés assemblés seront conçus.
Brasage à la vague
• Définition
Comme son nom l’indique, la soudure à la vague est utilisée pour assembler le PCB et les composants au moyen d’une « vague » liquide formée par l’agitation d’un moteur, le liquide étant en réalité de l’étain fondu. Elle est réalisée dans une machine de soudure à la vague. L’image ci-dessous montre un exemple de machine de soudure à la vague.
• Processus de soudage
Le procédé de soudure à la vague se compose de quatre étapes : pulvérisation du flux, préchauffage, soudure à la vague et refroidissement.
Étape un : Pulvérisation de flux. La propreté de la surface métallique est l’élément fondamental garantissant les performances de soudure, et dépend des fonctions du flux de brasage. Le flux de brasage joue un rôle crucial dans la bonne exécution de l’opération de soudage. Les principales fonctions du flux de brasage comprennent :
1) Pour éliminer l’oxyde de la surface métallique des cartes et des broches des composants ;
2) Empêcher l’oxydation secondaire des circuits imprimés pendant le processus thermique ;
3) Pour réduire la tension de surface de la pâte à braser ;
4) Transmettre la chaleur.
Étape deux : PréchauffageDans une palette le long d’une chaîne similaire à un tapis roulant, les circuits imprimés se déplacent à travers un tunnel de chaleur pour effectuer le préchauffage et activer le flux.
Étape trois : soudure à la vagueÀ mesure que la température augmente constamment, la pâte à braser devient liquide, formant une vague au-dessus de laquelle les cartes vont se déplacer, permettant aux composants d’être solidement fixés sur les cartes.
Étape quatre : Refroidissement. Le profil de soudure à la vague suit une courbe de température. Lorsque la température atteint son pic pendant l’étape de soudure à la vague, elle commence à diminuer, ce qui est appelé la zone de refroidissement. Après avoir été refroidie à température ambiante, la carte sera assemblée avec succès.
Alors que les circuits imprimés sont placés sur le plateau, prêts à passer au brasage à la vague, le temps et la température sont étroitement liés aux performances de brasage. En ce qui concerne le temps et la température, une machine de brasage à la vague professionnelle est tout à fait nécessaire tandis queL’expertise et l’expérience de l’assembleur de PCBsont rarement faciles à obtenir, car ils dépendent d’années d’accumulation, de l’application des technologies de pointe et d’une orientation commerciale claire.
Si la température est réglée trop basse, le flux ne fondra pas et ne pourra donc pas maintenir son activité, sa capacité de réaction et ses capacités à dissoudre les oxydes et les saletés à la surface du métal. De plus, aucun alliage ne sera formé entre le flux et le métal si la température n’est pas suffisamment élevée. En outre, d’autres facteurs tels que la vitesse du convoyeur à bande, le temps de contact avec la vague, etc. doivent être pris en compte et calculés.
D’une manière générale, même si le même équipement de soudure à la vague est utilisé, différents assembleurs peuvent présenter des rendements de fabrication différents en raison de méthodes d’exploitation différentes et de degrés de compréhension variables de la machine de soudure. Par exemple,PCBCart (un fournisseur chinois de services complets de montage de circuits imprimés clé en main)Les ingénieurs tirent parti d’un gabarit pour fixer les composants THT avant la soudure à la vague, de sorte que toutes les pièces puissent être montées avec précision sur les cartes, tout en réduisant considérablement les défauts de soudure.
• Domaine d’application
La soudure à la vague peut être utilisée pour l’assemblage THT (Through-Hole Technology), DIP (Dual-In-Line Packaging) et SMT (Surface Mount Technology). Elle est davantage utilisée pour les deux premiers.
Brasage par refusion
• Définition
La soudure par refusion colle de façon permanente les composants qui sont d’abord temporairement fixés à leurs pastilles sur les circuits imprimés au moyen d’une pâte à braser qui sera fondue par air chaud ou autre conduction de rayonnement thermique. En conséquence, il est facile de trouver des méthodes de soudure par refusion DIY simplement en utilisant un grille-pain ou un four comme four de refusion fait maison sur YouTube. La soudure par refusion est réalisée dans une machine de soudure par refusion appelée four de refusion.
• Processus de soudage
Comme le veut sa définition, les composants électriques sont temporairement fixés aux pastilles de contact avant la véritable soudure au moyen de la pâte à braser. Ce procédé comprend principalement deux étapes. Tout d’abord, la pâte à braser est déposée avec précision sur chaque pastille à l’aide d’un pochoir pour pâte à braser. Ensuite, les composants sont placés sur les pastilles par une machine de pose automatique (pick and place). La véritable soudure par refusion ne commence qu’une fois ces préparations entièrement terminées.
Étape une : PréchauffageIl n’est pas difficile de comprendre l’importance du préchauffage lorsqu’on compare un four de refusion pour soudure à un grille-pain ou à un four de cuisson. Pour obtenir un pain bien cuit, le four doit être préchauffé à l’avance. Le préchauffage remplit deux fonctions lors de la refusion. Premièrement, il permet aux cartes à assembler d’atteindre de manière constante la température requise, pleinement compatible avec le profil thermique. Deuxièmement, il est chargé d’évacuer les solvants volatils contenus dans la pâte à braser. Sinon, la qualité de la soudure risque d’être compromise.
Étape deux : Trempage thermique. De manière similaire au brasage à la vague, le brasage par refusion dépend également du flux contenu dans la pâte à braser. En conséquence, la température doit monter jusqu’au niveau où le flux peut être activé. Sinon, le flux ne parvient pas à jouer son rôle actif dans le processus de brasage.
Étape trois : soudure par refusion. Cette phase voit l’apparition de la température de pointe pendant tout le processus. La température de pointe fait fondre et refondre la pâte à braser. Le contrôle de la température joue un rôle crucial dans le processus de refusion. Une température trop basse empêche la pâte à braser de refondre suffisamment, tandis qu’une température trop élevée peut endommager les composants ou les cartes SMT. Par exemple, le boîtier BGA (ball grid array) contient de nombreuses billes de soudure qui vont fondre pendant la refusion. Si la température de soudure n’atteint pas le niveau optimal, ces billes peuvent fondre de manière inégale et la soudure BGA peut nécessiter une retouche ou être défectueuse.
Étape quatre : Refroidissement. Comme une courbe de température est représentée, la température va baisser peu de temps après avoir atteint sa valeur maximale. Le refroidissement conduit la pâte à braser à se solidifier, avec les composants définitivement fixés sur les pastilles de contact des cartes.
• Domaine d’application
La refusion peut être appliquée aussi bien dans l’assemblage SMT que THT, mais elle est principalement utilisée pour le premier. En ce qui concerne l’application de la refusion à l’assemblage THT, on s’appuie généralement sur la technologie PIP (pin in paste). Tout d’abord, la pâte à braser est déposée dans les trous des circuits imprimés. Ensuite, les broches des composants sont insérées dans les trous, une partie de la pâte à braser ressortant de l’autre côté de la carte. Enfin, la refusion est mise en œuvre pour achever la soudure.
Brasage à la vague vs. brasage par refusion
En ce qui concerne la soudure, la différence entre la soudure à la vague et la refusion ne peut jamais être ignorée, car beaucoup de gens ne savent pas laquelle choisir lorsqu’ils sont prêts à acheter des services de PCBA auprès d’assembleurs. Comme le dit un proverbe chinois : un léger mouvement dans une partie peut affecter la situation dans son ensemble. Une modification en matière de soudure tend à provoquer des changements de la tête aux pieds dans l’ensemble du processus de fabrication de l’assemblage, tels que l’efficacité de production, le coût, le délai de mise sur le marché, les gains, etc. Sur la base de l’introduction ci-dessus, on peut penser qu’une esquisse s’est déjà dessinée dans votre esprit.
• Processus de soudage
En ce qui concerne les étapes du processus de soudure, la figure suivante illustre la différence entre elles.
La différence essentielle entre la soudure à la vague et la soudure par refusion en termes de procédé de fabrication réside dans la pulvérisation du flux, dans la mesure où la soudure à la vague comprend cette étape alors que la soudure par refusion ne la comprend pas. Le flux favorise le processus de brasage et joue un rôle protecteur d’élimination des oxydes et de réduction de la tension superficielle du matériau à souder. Le flux n’agit que lorsqu’il est activé, ce qui exige alors un contrôle rigoureux de la température et du temps. Étant donné que le flux est contenu dans la pâte à braser lors de la soudure par refusion, la teneur en flux doit être correctement ajustée et atteinte.
• Fiabilité de soudure
Les défauts de soudure semblent inévitables tant que des opérations de soudage ont lieu. Il n’est pas scientifique d’indiquer simplement quelle technologie de soudage présente plus de défauts de soudure qu’une autre, même si la conclusion est tirée de piles de données expérimentales. Après tout, la situation diffère à chaque fois. Ainsi, il n’a aucun sens de comparer la fiabilité de soudure entre la soudure à la vague et la soudure par refusion.
En dépit du caractère inévitable des défauts de soudure, la probabilité de leur apparition peut être réduite proportionnellement lorsque les assembleurs se conforment aux réglementations professionnelles de fabrication d’assemblages et connaissent parfaitement les caractéristiques et les performances de tous les équipements le long de la ligne de production. De plus, le personnel d’ingénierie doit être qualifié et régulièrement formé afin de suivre le rythme des progrès des technologies modernes.
• Norme de sélection
En général, la refusion fonctionne mieux pour l’assemblage SMT, tandis que la soudure à la vague convient à l’assemblage THT ou DIP. Néanmoins, il est rare qu’un circuit imprimé ne contienne que des composants montés en surface ou uniquement des composants traversants. En ce qui concerne l’assemblage mixte, le SMT est normalement réalisé en premier, puis viennent le THT ou le DIP, car la température que doit supporter la soudure par refusion est bien plus élevée que celle de la soudure à la vague. Si l’on inverse l’ordre de ces deux types d’assemblage, la pâte à braser solidifiée risque de fondre à nouveau, ce qui peut entraîner des défauts sur les composants déjà bien soudés, voire leur chute du circuit imprimé.
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Rédigé par Dora, rédactrice de PCBCart, cet article a été initialement publié surBrèves technologiques.
