Pâte à soudersert d'épine dorsale à l'assemblage technologique moderne de montage en surface, fonctionnant à la fois comme support adhésif et conducteur pour établir des interconnexions électriques fiables entre les composants et les plages de circuits imprimés. Ce composé thixotrope-comprenant des microsphères d'alliage métallique en suspension dans un véhicule de flux-nécessite des protocoles de manipulation et des méthodologies d'application délibérées pour obtenir des liaisons métallurgiques conformes aux normes de fabrication IPC-A-610. Les propriétés rhéologiques du matériau changent considérablement avec l'exposition à la température et les forces de cisaillement, ce qui rend les conditions de stockage et les techniques de dépôt des facteurs de réussite essentiels dans toute opération d'assemblage.
Préparer la pâte
Voici ce que personne ne vous dit lorsque vous commencez à travailler avec ce genre de choses : la pâte froide ne se comporte en rien comme une pâte à température ambiante. Sortez-le du stockage réfrigéré (généralement 0-10 degrés pour les alliages SAC) et vous devez le laisser reposer. Quatre heures minimum. Certains gars s'impatientent et essaient de l'utiliser au bout de deux heures, grosse erreur. La viscosité du flux ne se stabilisera pas correctement.
J'ai vu des techniciens sauter complètement l'étape de mélange. Les sphères métalliques se séparent du véhicule de flux pendant le stockage, surtout si le pot est resté assis pendant des semaines. Un léger brassage avec une spatule en plastique-peut-être soixante secondes- redistribue le tout uniformément. Pas de mélange vigoureux. Vous introduirez des bulles d'air qui provoqueront des mictions plus tard.
Des méthodes d'application qui fonctionnent réellement
La façon dont vous utilisez la pâte à souder dépend entièrement de votre volume de production et des exigences en matière de pas de plot. L'impression au pochoir domine la fabrication en grand volume-pour une bonne raison : des hauteurs de dépôt constantes, un remplissage d'ouverture reproductible et un débit mesuré en secondes par carte plutôt qu'en minutes.
L’épaisseur du pochoir est plus importante que la plupart des gens ne le pensent. Vous utilisez des BGA au pas de 0,4 mm ? Vous envisagez probablement des pochoirs de 100-microns avec des ouvertures réduites de 10 à 15 % par rapport aux dimensions nominales du tampon. Le pas standard (1,27 mm et plus) fonctionne parfaitement avec une épaisseur de 150 à 200 microns. La relation entre la zone d'ouverture et le mur n'est pas toujours intuitive. Des rapports de surface inférieurs à 0,66 provoquent des problèmes de libération de pâte. À chaque fois.
Pour les travaux de prototypes et les opérations de retouche, la distribution de seringues est plus judicieuse. Contrôle manuel. Pas de temps de configuration du pochoir. Mais la pression que vous appliquez change tout sur le volume du dépôt. Trop léger et vous courez après l'ouverture. Trop lourd et le pontage devient inévitable sur les appareils à pas fin-.
La méthode du cure-dent
Écoutez, ça a l'air ridicule. Ingénieurs professionnels utilisant des cure-dents. Mais pour les passifs 0201 ou les scénarios de réparation où vous devez coller sur un seul pad ? Un cure-dent en bois trempé dans de la pâte et tamponné sur la cible fonctionne étonnamment bien. La pâte colle au cuivre. Le placement des composants suit. Chaleur.
Ce n'est pas-digne de production. Cela viole tous les principes de production Lean. Mais lorsque le client a besoin que ce tableau soit expédié demain et que votre imprimante à pochoirs tombe en panne à 16 heures, vous faites en sorte que cela fonctionne.
Souder à la main avec de la pâte
Utiliser de la pâte à souder avec un fer à souder standard n'est pas idéal. Mais cela fonctionne à la rigueur. Appliquez-en une petite quantité sur le tampon, positionnez votre composant, puis amenez la pointe du fer jusqu'au joint. Le flux s'active immédiatement-vous le verrez bouillonner et fumer légèrement. Les sphères de soudure fusionnent en liquide, mouillent les surfaces et le tour est joué.
La partie délicate ? Contrôle de la température. Les fers ordinaires chauffent plus que les fours à refusion car ils reposent sur un contact direct. Vous effectuez essentiellement une refusion sélective, un joint à la fois. Touchez rapidement, laissez l'action capillaire attirer la soudure fondue là où elle doit aller et continuez. Un séjour trop long fait surchauffer le coussin. Le stratifié s'assombrit. Compromis d’adhésion.
Les stations à air chaud offrent de meilleurs résultats pour l'assemblage manuel à base de pâte-. Le chauffage indirect se répartit plus uniformément entre les composants multi-broches. Les BGA, QFN, tout ce qui a des connexions cachées sous le corps du package-l'air chaud devient obligatoire. Vous ne pouvez pas atteindre ces joints avec une pointe de fer.
Considérations sur la redistribution
Mettre de la pâte sur le plateau représente la moitié de la bataille. Le profil thermique détermine si vous obtenez des joints brillants et correctement mouillés ou des connexions ternes et granuleuses qui échoueront sous le cycle thermique.
Les-alliages sans plomb-SAC305 étant le plus courant-nécessitent des températures maximales d'environ 235-250 degrés avec un temps au-dessus du liquidus (TAL) de 45-90 secondes. L'étain eutectique traditionnel -plomb fond à 183 degrés, permettant des températures de pointe plus tolérantes dans la plage de 205 à 220 degrés. Le delta est important car les températures nominales des composants n'ont pas suivi le rythme des exigences sans plomb. MLCC, électrolytiques, connecteurs : ils ont tous des limites d'exposition maximales.
La zone de préchauffage existe pour éliminer les substances volatiles du flux et amener l'ensemble de l'assemblage à l'équilibre thermique avant d'atteindre la refusion. Sautez-le ou précipitez-vous dessus, et vous verrez des billes de soudure dispersées sur le tableau. Le flux bout et éclabousse littéralement.
Les taux de rampe méritent également qu’on s’y intéresse. Un dépassement de 3 degrés par seconde pendant le préchauffage met à rude épreuve les condensateurs en céramique. Des fractures se développent. Pas immédiatement visible. Ils provoqueront des pannes sur le terrain des mois plus tard.
Quand les choses tournent mal
La chute se produit. La physique de la tension superficielle combinée à un chauffage inégal soulève une extrémité des composants de la puce à la verticale. Cela ressemble exactement à une pierre tombale-d'où son nom. La symétrie de la conception des pads est utile. Il en va de même pour la garantie des bilans de masse thermique sur l’ensemble de l’empreinte du composant.
Le pontage entre les broches adjacentes nuit au bon-travail du pas. Volume de pâte excessif. Ouvertures du pochoir trop grandes. Force de placement poussant la pâte vers l’extérieur. Parfois les trois simultanément. La solution dépend de l’isolement du facteur dominant. Les systèmes SPI détectent les problèmes de volume avant la redistribution. L'alignement de la vision détecte les erreurs de position. Mais si vos données Gerber spécifient des tailles d'ouverture incorrectes, vous poursuivez des fantômes jusqu'à ce que quelqu'un mesure réellement ce qu'il y a sur le pochoir.
L’annulation des connexions BGA reste controversée. IPC autorise certains seuils de pourcentage. Les clients du secteur automobile exigent souvent des limites plus strictes. Le mécanisme de formation de vides implique des flux volatils piégés qui ne peuvent pas s'échapper à travers la matrice de soudure fondue. Les ajustements de profil-des zones de trempage particulièrement plus longues-aident parfois. Parfois non. La chimie des pâtes joue un rôle plus important que la plupart des ingénieurs d’équipement ne veulent l’admettre.
Réalités du stockage
Les fabricants précisent la durée de conservation en supposant une réfrigération continue. Six mois. Douze mois. L'horloge se réinitialise quelque peu une fois que vous ouvrez le récipient-l'exposition à l'oxygène accélère la dégradation du flux. Garder les pots à moitié-utilisés scellés et réfrigérés prolonge la durée de vie, mais il n'existe pas de formule magique pour prédire exactement quand la pâte passe d'acceptable à marginal.
Certaines installations de production suivent religieusement le collage par code de lot. Premier entré, premier sorti. Enregistrement de la température. Surveillance de l'humidité. D’autres prennent le pot le plus proche de l’imprimante et espèrent le meilleur. La différence de qualité apparaît dans les données de rendement du premier-passage. Constamment.
Questions de classification des flux
Les formulations No-propre dominent le secteur car elles éliminent les exigences de nettoyage après-refusion. Les résidus restent bénins-non-corrosifs, non-conducteurs-dans des conditions normales de fonctionnement. Mais "pas de-nettoyage" ne signifie pas "sans résidus-". L'adhérence du revêtement de protection peut être affectée si les résidus de flux interfèrent avec le mouillage.
Les flux-solubles dans l'eau laissent des résidus plus agressifs nécessitant un nettoyage en profondeur avec de l'eau DI et un saponifiant. Le nettoyage ajoute des étapes de processus et des équipements. Mais pour les applications à haute fiabilité-où les résidus présentent un quelconque risque, le compromis est logique.
Des formulations à base de colophane-existent toujours. Certaines spécifications militaires l’exigent. La chimie du nettoyage diffère de celle-soluble dans l'eau-nécessitant généralement des processus à base de solvant-. Pas particulièrement écologique par rapport aux normes actuelles.
Points pratiques à retenir
Apprendre à utiliser efficacement la pâte à souder nécessite de comprendre que chaque variable est interconnectée. La chimie de la pâte affecte l’imprimabilité. La conception du pochoir affecte le volume du dépôt. Les paramètres de profil affectent la formation des articulations. Le placement des composants affecte le rendement final. Changer un paramètre nécessite souvent d’en ajuster d’autres.
Commencez par les fiches techniques des fabricants. Ils précisent les plages de viscosité, les profils recommandés et les exigences de stockage. Validez ensuite ces recommandations sur votre assemblage spécifique. La masse thermique de votre carte diffère de celle de son véhicule d'essai. Votre mélange de composants crée des ombres et des gradients thermiques uniques. Leur ligne de base devient votre point de départ-et non votre réponse finale.
Les techniciens qui réalisent systématiquement des assemblages de qualité développent leur intuition par la répétition. Ils remarquent de subtils changements de couleur de la pâte indiquant une dégradation du flux. Ils reconnaissent des motifs d'impression évoquant des raclettes usées ou des pochoirs contaminés. Cette expérience prend du temps à se construire. Aucun article ne remplace les-heures de travail à l'imprimante et au four.
Sélection de qualité de collage
La taille des particules est désignée par des numéros de « Type ». La pâte de type 3-la bête de somme de l'industrie-contient des sphères principalement comprises entre 25-45 microns. Fonctionne pour un pas de 0,5 mm et plus grossier. Le type 4 (20-38 microns) gère des géométries plus fines. Le type 5 s'adresse aux brais ultra-fins où des particules plus grosses franchiraient les parois de l'ouverture.
Des particules plus petites signifient une plus grande surface. Plus de potentiel d'oxydation. La chimie du flux compense par une activité plus élevée-il est impossible d'éviter cette relation. Le coût augmente également avec la taille des particules plus fines. Ne spécifiez pas le type 4 ou le type 5 à moins que votre carte n'en ait réellement besoin.
Facteurs environnementaux que les gens ignorent
L’humidité de l’aire de production affecte le comportement de la pâte plus que la plupart ne le pensent. Au-dessus de 60 % d’humidité relative, le flux absorbe l’humidité. Les caractéristiques d'impression changent. Le collant diminue. Dans les cas extrêmes, l'humidité absorbée se transforme en vapeur pendant la refusion, créant des projections explosives de soudure.
La stabilité de la température est également importante. Le cycle CVC crée des gradients thermiques. La viscosité de la pâte suit ces variations de température. Les ingénieurs de procédés expérimentés établissent une corrélation entre les baisses de rendement et les conditions météorologiques. La corrélation semble absurde jusqu’à ce que vous suiviez les données sur plusieurs mois.
