La Fondation de la Science des Matériaux : Pâte à souder, Adhésifs et Substrats dans l'assemblage des circuits imprimés

La fiabilité et la performance d'un assemblage de circuits imprimés ne sont pas uniquement déterminées par la sélection des composants et la précision du placement ; elles reposent fondamentalement sur la science des matériaux des interconnexions et des substrats.Pâte à souder est le matériau par excellence, un mélange complexe dont le comportement dicte l'intégrité des joints. Sa composition—généralement un alliage SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5) pour les applications sans plomb—définit la température de fusion, la résistance mécanique et la résistance à la fatigue. La chimie du flux à l'intérieur de la pâte est tout aussi cruciale. Les flux sans nettoyage laissent des résidus bénins, tandis que les flux solubles dans l'eau ou à base de résine peuvent nécessiter un nettoyage après l'assemblage. La rhéologie (comportement d'écoulement) de la pâte doit être stable pour assurer une impression constante, résistant à l'affaissement tout en se libérant proprement des ouvertures du pochoir. La granulométrie (Type 3, 4 ou 5) est adaptée à la taille des ouvertures du pochoir pour éviter le colmatage et assurer un volume de soudure adéquat pour les composants à pas fin.

Au-delà de la soudure, les Adhésifs et encapsulants jouent des rôles spécialisés essentiels. Les Adhésifs pour montage en surface (SMAs) sont utilisés dans les assemblages à technologie mixte pour fixer temporairement les CMS sur la face inférieure avant la soudure à la vague. Ces adhésifs à base d'acrylique ou d'époxy doivent durcir rapidement, posséder une résistance à l'état vert suffisante pour maintenir les composants, puis survivre à l'assaut thermique et chimique du processus de soudure à la vague. Les Matériaux de remplissage (Underfill) sont des résines époxy méticuleusement distribuées sous les boîtiers BGA ou CSP après refusion. Ils couplent mécaniquement le composant à la carte, améliorant considérablement la durée de vie en fatigue en répartissant les contraintes causées par le déséquilibre du coefficient de dilatation thermique (CTE), une nécessité pour les appareils dans les applications automobiles ou mobiles soumis à des cycles thermiques.

Le Substrat de circuit imprimé lui-même est la scène sur laquelle l'assemblage se produit. Le choix du matériau—du FR-4 standard aux Rogers haute fréquence, au polyimide pour les circuits flexibles, ou au cœur métallique pour la gestion thermique—impacte profondément les paramètres d'assemblage. La Température de transition vitreuse (Tg) est une propriété clé ; un FR-4 à haute Tg (par exemple, Tg > 170°C) est essentiel pour la refusion sans plomb afin d'éviter la délamination ou l'expansion selon l'axe z. La Température de décomposition (Td) doit dépasser en toute sécurité les températures de refusion maximales. Le CTE doit être pris en compte pour minimiser les contraintes sur les trous traversants plaqués et les joints des composants. Pour les cartes d'interconnexion haute densité (HDI), la qualité de la stratification séquentielle, de la formation des microvia et de la finition de surface (par exemple, nickel chimique or par immersion - ENIG, argent par immersion) affecte directement la soudabilité, la capacité de câblage et la durée de conservation. La compréhension de ces interactions matérielles n'est pas accessoire ; c'est le fondement de la conception d'un processus d'assemblage manufacturable et fiable.