La Danse Thermique : Profilage et Contrôle des Processus en Refusion et Brasage à la Vague

La soudure est le processus métallurgique qui crée des connexions électriques et mécaniques permanentes dans l'assemblage de circuits imprimés. Le contrôle de l'environnement thermique pendant ce processus est une discipline en soi, équilibrant les besoins thermiques de l'alliage de soudure avec les limites de survie des composants et des substrats.Soudure par refusion pour les composants CMS est régie par le Profil de refusion, une courbe temps-température avec des phases distinctes. La phase de Préchauffage/Montée en température amène l'ensemble de l'assemblage uniformément pour éviter les chocs thermiques. La phase de Palier/Maintien permet aux composants plus volumineux de s'équilibrer thermiquement et active le flux, éliminant les oxydes des pastilles et des terminaisons des composants. La phase critique de Refusion/Pic fait fondre l'alliage de soudure (par exemple, ~217°C pour SAC305), permettant le mouillage et la formation de composés intermétalliques (CIM) aux interfaces des pastilles et des broches des composants. Enfin, la phase de Refroidissement solidifie le joint ; une vitesse de refroidissement contrôlée et suffisamment rapide favorise une microstructure de soudure à grains fins pour une meilleure résistance mécanique.

La création du profil optimal est une science empirique. Elle nécessite des thermocouples fixés sur des cartes représentatives—sur les composants à forte masse thermique, les petits composants et la carte elle-même—pour cartographier l'expérience thermique réelle. L'objectif est de garantir que tous les joints sur la carte passent suffisamment de temps au-dessus de la température liquidus (Temps au-dessus du liquidus - TAL), généralement 60 à 90 secondes, sans jamais dépasser la température maximale nominale du composant le plus sensible. Le traitement sans plomb, avec ses températures plus élevées, exacerbe les problèmes tels que le délaminage des circuits imprimés, la popcorning des composants (fissuration induite par l'humidité dans les boîtiers de circuits intégrés en plastique) et la croissance intermétallique excessive, ce qui peut rendre les joints fragiles. L'atmosphère inerte d'azote (N2) dans le four de refusion est souvent employée pour réduire l'oxydation, améliorant le mouillage et permettant des températures de pointe légèrement inférieures ou une fenêtre de processus plus large.

Pour les composants à technologie à trous traversants, la soudure à la vague reste pertinente. Ici, la carte passe au-dessus d'une vague de soudure en fusion. Le processus implique une étape d'application du flux, une étape de préchauffage pour activer le flux et éviter les chocs thermiques, puis un contact avec la vague de soudure. Les paramètres clés incluent la température du pot de soudure (généralement 250-260°C pour le sans plomb), la vitesse du convoyeur, la hauteur de la vague et le temps de contact. La conception de la palette ou du support utilisé pour protéger les composants CMS sur la face supérieure est essentielle. La soudure sélective, utilisant un pot de soudure et une buse miniatures, est devenue la solution professionnelle pour les cartes à technologie mixte ou les zones à trous traversants denses, offrant une soudure précise et localisée sans affecter les composants CMS à proximité. Dans tous les cas, la surveillance continue de la chimie du pot de soudure (pour contrôler la calamine et la contamination par le cuivre) et des profils thermiques est essentielle pour le contrôle du processus, garantissant des joints de soudure cohérents et fiables qui constituent l'épine dorsale de l'intégrité électrique de l'assemblage.