PROCESSUS DE MONTAGE EN SURFACE

Le brasage par refusion est la méthode la plus largement utilisée pour fixer des composants montés en surface sur des cartes de circuits imprimés (PCB).Le but du processus est de former des joints de soudure acceptables en préchauffant d'abord les composants/PCB/pâte à souder, puis en faisant fondre la soudure sans causer de dommages par surchauffe.

Les aspects clés qui conduisent à un processus de brasage par refusion efficace sont les suivants :

1. Machine adaptée
2. Profil de refusion acceptable
3. Conception de l'empreinte PCB/composant
4. PCB soigneusement imprimé à l'aide d'un pochoir bien conçu
5. Placement répétable des composants de montage en surface
6. PCB, composants et pâte à souder de bonne qualité

Machine appropriée

Il existe différents types de machines à souder par refusion disponibles en fonction de la vitesse de ligne requise et de la conception/du matériau des assemblages PCB à traiter.Le four sélectionné doit être d'une taille appropriée pour gérer le taux de production de l'équipement de prélèvement et de placement.

La vitesse de ligne peut être calculée comme indiqué ci-dessous : -

Vitesse de ligne (minimale) =Planches par minute x Longueur par planche
Facteur de charge (espace entre les planches)

Il est important de prendre en compte la répétabilité du processus, c'est pourquoi le « facteur de charge » est généralement spécifié par le fabricant de la machine, calcul indiqué ci-dessous :

Pour pouvoir sélectionner la taille correcte du four de refusion, la vitesse du processus (définie ci-dessous) doit être supérieure à la vitesse de ligne minimale calculée.

Vitesse du processus =Longueur chauffée de la chambre du four
Temps de séjour du processus

Vous trouverez ci-dessous un exemple de calcul pour établir la taille correcte du four : -

Un assembleur SMT souhaite produire des cartes de 8 pouces à une cadence de 180 par heure.Le fabricant de pâte à souder recommande un profil en trois étapes de 4 minutes.Combien de temps faut-il au four pour traiter les planches à ce débit ?

Planches par minute = 3 (180/heure)
Longueur par planche = 8 pouces
Facteur de charge = 0,8 (espace de 2 pouces entre les planches)
Temps de séjour du processus = 4 minutes

Calculer la vitesse de la ligne :(3 planches/min) x (8 pouces/planche)
0,8

Vitesse de ligne = 30 pouces/minute

Par conséquent, le four de refusion doit avoir une vitesse de traitement d’au moins 30 pouces par minute.

Déterminez la longueur chauffée de la chambre du four avec l'équation de vitesse de processus :

30 pouces/min =Longueur chauffée de la chambre du four
4 minutes

Longueur chauffée au four = 120 pouces (10 pieds)

Notez que la longueur totale du four dépassera 10 pieds, y compris la section de refroidissement et les sections de chargement du convoyeur.Le calcul concerne la LONGUEUR CHAUFFÉE – PAS LA LONGUEUR GLOBALE DU FOUR.

2. Contrôle en boucle fermée pour la vitesse des ventilateurs de convection – Certains boîtiers à montage en surface tels que le SOD323 (voir encadré) ont un petit rapport surface de contact/masse susceptible d'être perturbé pendant le processus de refusion.Le contrôle de vitesse en boucle fermée des ventilateurs conventionnels est une option recommandée pour les assemblages utilisant de telles pièces.

3. Contrôle automatique des largeurs du convoyeur et du support de carte centrale – Certaines machines ont un réglage manuel de la largeur, mais s'il y a de nombreux assemblages différents à traiter avec différentes largeurs de PCB, cette option est recommandée pour maintenir un processus cohérent.

Profil de redistribution acceptable

Afin de créer un profil de refusion, les thermocouples sont connectés à un échantillon (généralement avec une soudure à haute température) à plusieurs endroits pour mesurer la plage de températures à travers le PCB.Il est recommandé d'avoir au moins un thermocouple situé sur une plage vers le bord du PCB et un thermocouple situé sur une plage vers le milieu du PCB.Idéalement, davantage de thermocouples devraient être utilisés pour mesurer toute la plage de températures à travers le PCB – connue sous le nom de « Delta T ».

Dans un profil de brasage par refusion typique, il y a généralement quatre étapes : préchauffage, trempage, refusion et refroidissement.L'objectif principal est de transférer suffisamment de chaleur dans l'assemblage pour faire fondre la soudure et former les joints de soudure sans endommager les composants ou le PCB.

Préchauffer– Au cours de cette phase, les composants, le PCB et la soudure sont tous chauffés à une température de trempage ou de maintien spécifiée, en prenant soin de ne pas chauffer trop rapidement (généralement pas plus de 2 °C/seconde – consultez la fiche technique de la pâte à souder).Un chauffage trop rapide peut provoquer des défauts tels que des fissures dans les composants et des éclaboussures de pâte à souder, provoquant des billes de soudure lors de la refusion.

Tremper– Le but de cette phase est de s’assurer que tous les composants sont à la température requise avant d’entrer dans l’étape de refusion.Le trempage dure généralement entre 60 et 120 secondes en fonction du « différentiel de masse » de l'assemblage et des types de composants présents.Plus le transfert de chaleur est efficace pendant la phase de trempage, moins de temps est nécessaire.

Si le profil de refusion n'a pas suffisamment de chaleur appliquée pendant l'étape de refusion, des joints de soudure apparaîtront similaires aux images ci-dessous : -

soudure non formée, filet avec du plomb

Toutes les billes de soudure n'ont pas fondu

Un défaut de soudure courant après refusion est la formation de billes/billes de soudure au milieu de la puce, comme on peut le voir ci-dessous.La solution à ce défaut est de modifier le design du pochoir -plus de détails peuvent être vus ici.

L'utilisation d'azote pendant le processus de refusion doit être envisagée en raison de la tendance à s'éloigner des pâtes à braser qui contiennent de forts flux.Le problème n’est vraiment pas la capacité de refusion dans l’azote, mais plutôt la capacité de refusion en l’absence d’oxygène.Chauffer la soudure en présence d’oxygène créera des oxydes, qui sont généralement des surfaces non soudables.

Refroidissement– Il s’agit simplement de l’étape au cours de laquelle l’assemblage est refroidi mais il est important de ne pas refroidir l’assemblage trop rapidement – ​​généralement la vitesse de refroidissement recommandée ne doit pas dépasser 3ºC/seconde.

Conception de l'empreinte PCB/composant

Il existe un certain nombre d'aspects de la conception des PCB qui ont une influence sur la qualité de refusion d'un assemblage.Un exemple étant la taille des pistes se connectant à l'empreinte d'un composant - si la piste se connectant à un côté de l'empreinte d'un composant est plus grande que l'autre, cela peut conduire à un déséquilibre thermique provoquant la « pierre tombale » de la pièce, comme on peut le voir ci-dessous : -

Un autre exemple est « l'équilibrage du cuivre » : de nombreuses conceptions de circuits imprimés utilisent de grandes zones de cuivre et si le circuit imprimé est placé dans un panneau pour faciliter le processus de fabrication, cela peut entraîner un déséquilibre du cuivre.Cela peut provoquer une déformation du panneau pendant la refusion et la solution recommandée consiste donc à ajouter un « équilibrage en cuivre » aux zones de déchets du panneau, comme on peut le voir ci-dessous : -

Voir« Conception pour fabrication »pour d'autres considérations.

PCB soigneusement imprimé à l'aide d'un pochoir bien conçu

Les premières étapes du processus de montage en surface sont essentielles à un processus de brasage par refusion efficace.Leprocessus d'impression de pâte à souderest essentiel pour garantir un dépôt constant de pâte à souder sur le PCB.Tout défaut à ce stade entraînera des résultats indésirables et donc un contrôle complet de ce processus ainsi queconception de pochoir efficaceest nécessaire.

Placement répétable des composants de montage en surface

Variation de placement des composants

Le placement des composants montés en surface doit être reproductible et une machine de prélèvement et de placement fiable et bien entretenue est donc nécessaire.Si les packages de composants ne sont pas enseignés correctement, le système de vision industrielle peut ne pas voir chaque pièce de la même manière et des variations de placement seront donc observées.Cela entraînera des résultats incohérents après le processus de brasage par refusion.

Des programmes de placement de composants peuvent être créés à l'aide des machines de sélection et de placement, mais ce processus n'est pas aussi précis que de prendre les informations sur le centroïde directement à partir des données PCB Gerber.Très souvent, ces données de centroïde sont exportées à partir du logiciel de conception de PCB, mais elles ne sont parfois pas disponibles.le service pour générer le fichier centroïde à partir des données Gerber est proposé par Surface Mount Process.

Toutes les machines de placement de composants auront une « précision de placement » spécifiée telle que : -

35um (QFP) à 60um (puces) @ 3 sigma

Il est également important de sélectionner la buse appropriée pour le type de composant à placer – une gamme de buses de placement de composants différentes peut être vue ci-dessous : -

PCB, composants et pâte à souder de bonne qualité

La qualité de tous les éléments utilisés au cours du processus doit être élevée, car tout élément de mauvaise qualité entraînera des résultats indésirables.En fonction du processus de fabrication des PCB et de la manière dont ils ont été stockés, la finition des PCB peut entraîner une mauvaise soudabilité pendant le processus de brasage par refusion.Vous trouverez ci-dessous un exemple de ce que l'on peut observer lorsque la finition de surface d'un PCB est médiocre, entraînant un défaut connu sous le nom de « Black Pad » : -

FINITION PCB DE BONNE QUALITÉ

PCB TERNI

La soudure coule vers le composant et non vers le PCB

De la même manière, la qualité des câbles des composants montés en surface peut être médiocre en fonction du processus de fabrication et de la méthode de stockage.

La qualité de la pâte à braser est grandement affectée par lestockage et manutention.Une pâte à souder de mauvaise qualité, si elle est utilisée, est susceptible de donner les résultats suivants : -