Pourquoi la soudure à basse température a été utilisée

Pourquoi la soudure à basse température a été utilisée
Dans le passé, en réponse à la directive 2002/95/CE de l'Union européenne relative à la limitation des substances dangereuses (RoHS), la soudure dans le processus PCBA a été remplacée par des alliages d'étain-plomb (SnPb) et d'étain-argent-cuivre (SAC), mais la température de soudage de la soudure a été relativement augmentée. En réponse à la tendance générale aux économies d'énergie et à la réduction des émissions de carbone, il semble qu'un nombre croissant d'entreprises tentent de transformer le processus à haute température de l'alliage SAC en un processus à basse température.
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    Quel est le type de soudure à basse température le plus populaire ?

    Quel est le type de soudure à basse température le plus populaire ?

    En fait, après le transfert du processus de brasage à l'alliage SAC, la température de refusion maximale de la ligne de production SMT est également passée de 220˚C à environ 250˚C, et l'augmentation de la température de brasage signifie également qu'une partie des matériaux et des coûts de production sont réduits. La nécessité d'utiliser des matériaux plus résistants aux températures élevées, le plus grand changement est que les matériaux plastiques techniques, en outre, les températures élevées détériorent également la qualité de la production, par exemple, les matériaux sont plus susceptibles de se déformer à des températures élevées et de causer un mauvais soudage.

    À l'heure actuelle, les plus connus sont les suivants soudure à basse température est un alliage d'étain-bismuth (SnBi) et d'étain-bismuth-argent (SnBiAg) basé sur l'étain (Sn) additionné de bismuth (Bi).

    Avantages du procédé de brasage à basse température

    Économies d'énergie et réduction des émissions de carbone

    Dans le processus de brasage à basse température, l'alliage de brasage utilisé a un point de fusion plus bas, ce qui permet de réduire la température, le temps et la consommation d'énergie.

    Réduire la demande de matériaux à haute température

    L'utilisation de matériaux ayant une faible résistance à la température au-dessus de la température ambiante permet généralement de réduire les coûts des matériaux pendant le processus de brasage à basse température.

    Abaisser le seuil du processus et améliorer le rendement de la production

    Le remplacement de l'alliage de soudure SAC par SnBi réduira la température maximale dans le four de refusion de 250˚C à environ 175˚C et, par conséquent, le taux de déformation de la carte de circuit imprimé à haute température sera également réduit d'environ 50%, ce qui est l'une des principales causes de la soudure HIP/HoP de grandes pièces sans plomb telles que BGA et LGA, et de la rupture du MLCC.

     

    pièces sans plomb telles que BGA et LGA

    Inconvénients du procédé de brasage à basse température

    La fiabilité à long terme des joints de soudure est médiocre

    Le principal inconvénient de la soudure à basse température est que les joints de soudure sont relativement fragiles et sujets à la fissuration de l'étain sous l'effet de la contrainte. Comparée à celle des alliages SnPb et SAC, la résistance de l'alliage SnBi est très faible face aux chocs thermiques et aux chutes d'impact.

    Les défauts de déchirure à chaud sont susceptibles de se produire dans le processus de refusion.

    Des déchirures à chaud ont tendance à apparaître à la surface des pads de PCB lors du processus de brasage hybride des billes de soudure SAC, de la pâte à braser SnBi sans plomb et de l'étain-plomb, en particulier dans les BGA avec des joints de soudure de pièces pré-soudées. En effet, pendant le processus de brasage, la boule de soudure SAC a un point de fusion élevé et n'est pas facile à faire fondre. 

    Même après avoir fondu, elle se solidifie plus tôt pendant le processus de refroidissement, alors que la pâte à braser SnBi fondra définitivement pendant le processus de refusion et se refroidira. Elle durcit également plus lentement que la SAC. Imaginons qu'au cours du processus de refroidissement du four de refusion, les billes de soudure BGA se soient solidifiées ou n'aient pas fondu du tout, ne laissant qu'une petite partie de la soudure SnBi à l'état de boue. 

    À ce moment-là, le circuit imprimé et le support BGA se remettent progressivement de la déformation due à la température élevée. Lorsque l'espace entre le support BGA et le circuit imprimé est légèrement déformé à haute température et que l'espace devient plus important après le retour à la température (récupération de la déformation), il tire la pâte à braser SnBi qui n'a pas encore complètement durci, formant ainsi des fissures déchirées à chaud.

    Quel type de profil de température doit être utilisé lorsque des billes de soudure BGA en alliage SAC sont mélangées à une pâte à souder basse température ?

    En fait, il est utile de combiner la pâte à braser basse température, les billes de soudure basse température et les profils basse température en même temps, afin d'obtenir tous les avantages de la pâte à braser basse température et le meilleur effet et la meilleure qualité de soudure. Cependant, en raison du manque de BGA avec des billes de soudure à basse température sur le marché, il n'est pas possible d'utiliser de la pâte à souder à basse température. Fabrication de circuits imprimés doit recourir à la pâte à braser à basse température et aux billes de soudure BGA en alliage SAC.

    Si vous voulez obtenir la meilleure qualité de SAC mélangé à de la pâte à braser à basse température, vous devez trouver un moyen de réduire l'impact du déchirement à chaud, et le meilleur profil de refusion est de suivre le profil de température de SAC, parce que le profil à haute température peut être fondu, en même temps que SAC et l'alliage SnBi permettent à SAC de se diffuser dans la zone de l'alliage SnBi.

    SAC-alliage

    Il est recommandé d'accélérer la vitesse de refroidissement après le pic de température, en particulier entre 217°C (SAC305) et 138°C (Sn42Bi58), afin que la zone de soudure SnBi se solidifie immédiatement après la zone de soudure SAC, dans le temps le plus court possible. Mais de cette manière, tous les avantages de l'utilisation du LTS seront perdus, et la résistance de la soudure n'est pas aussi bonne que celle de l'alliage SAC, il est donc préférable d'utiliser directement la pâte à souder SAC.

    La plupart des cas où la pâte à braser basse température est utilisée, c'est parce que les pièces ne peuvent pas supporter le profil haute température de la SAC. Dans ce cas, seul le profil basse température de la pâte à braser basse température peut être utilisé. Les experts suggèrent que la température maximale de refusion soit réduite autant que possible sans affecter la qualité de la soudure. L'objectif est de réduire la chaleur du PCB et de la pâte à braser à basse température. support de refusion de la carte pendant la refusion.

    En même temps, il est nécessaire d'accélérer la vitesse de refroidissement après la température maximale de refusion. L'objectif est de solidifier la soudure à basse température avant que la déformation de la carte ne se rétablisse. Cependant, si la vitesse de refroidissement est excessivement accélérée, il peut y avoir un risque d'aggravation de la fissuration de la soudure du BGA. Il n'est pas recommandé d'augmenter la température maximale de refusion, car plus la température est élevée, plus la déformation du circuit imprimé et du support BGA est importante.

    Comment renforcer la résistance mécanique de la pâte à basse température ?

    colle à base de résine époxy

    À l'heure actuelle, la solution de renforcement des joints de soudure à basse température la plus réalisable est l'utilisation de l'underfill. Cette solution existait déjà lors de l'apparition des CSP et des flip-chip, et a été appliquée plus tard aux BGA. Il s'agit d'utiliser une colle à base de résine époxy pour pointer sur le bord des BGA ou de pièces similaires, et d'utiliser le principe de l'action capillaire pour permettre à la colle de pénétrer et de remplir le fond de la pièce, puis de la chauffer et de la solidifier afin de remplir les espaces et de renforcer les joints de soudure. Certains utilisent une colle à viscosité relativement élevée pour pointer sélectivement sur les quatre coins du BGA (coner bond) ou sur les quatre bords du BGA (edge bond) afin de renforcer la fixation.

    Voici le sous-film. Après que la carte a été imprimée avec de la pâte à braser, elle a été placée sur la position BGA du circuit imprimé à l'aide d'une machine de placement SMT (en évitant les joints de soudure), puis le BGA a été placé dessus. La température élevée du four de refusion est utilisée pour faire fondre le film afin de combler l'espace, puis pour le solidifier après refroidissement. Il convient toutefois de noter que l'underfill ne fonctionnera qu'après l'assemblage de la carte et le test de fonctionnement, tandis que l'underfilm est ajouté au cours du processus SMT. Si le taux de rendement du produit n'est pas élevé, la reprise sera très problématique.

    En outre, avec l'augmentation des applications de soudure à basse température, il existe également ce que l'on appelle la pâte époxy et le flux époxy, fabriqués selon les besoins. La pâte époxy consiste à ajouter de l'époxy à la pâte à braser, à imprimer directement la pâte à braser et à la chauffer après refusion, mais comme elle est ajoutée à la pâte à braser, son dosage ne peut pas être trop élevé, et la force de soudure des pièces BGA peut être limitée. Mais s'il s'agit uniquement de composants à puce ou de panneaux lumineux à DEL, il devrait encore avoir un certain effet.

    Tableaux lumineux à LED 

    Le flux époxy utilise l'impression et la distribution de pâte à souder avant le montage, ce qui est un peu similaire au sous-film. Les effets des deux processus d'ajout d'époxy mentionnés ci-dessus doivent encore être vérifiés, et tous deux ont été achevés avant le test. L'ajout d'underfill peut en effet renforcer la capacité du BGA à résister aux contraintes, mais il ne peut que retarder la fissuration de la soudure due aux contraintes, sans pouvoir la guérir complètement. En d'autres termes, après une certaine période d'utilisation, les joints de soudure problématiques continueront à poser des problèmes. 

    Par conséquent, pour détacher la cloche, il est nécessaire de trouver un moyen de minimiser la source de stress affectant les joints de soudure.

    Quels types de produits peuvent être utilisés dans le cadre du processus de brasage à basse température ?

    Maintenant que nous avons appris que les joints de soudure des produits soudés à basse température sont relativement fragiles et ne résistent pas aux contraintes, tant que l'utilisation des produits électroniques n'est pas soumise à des contraintes thermiques sévères (cycles de haute et basse température) ou à des contraintes mécaniques (impact d'une chute). S'il n'est pas nécessaire de garantir la durée de vie à long terme du produit, il convient d'envisager l'utilisation d'une pâte à basse température. Après tout, cela permet d'économiser de l'énergie et des coûts. Voici quelques références de lignes directrices de l'industrie pour citer la soudure à basse température :

    La durée de vie du produit est de préférence inférieure ou égale à 5 ans. Il est recommandé d'effectuer une évaluation du MTBF (temps moyen entre les défaillances).

    Il est préférable que les pièces principales soient dotées d'un mécanisme de protection supplémentaire pour les joints de soudure, tel que la distribution ou le calfeutrage.

    joints de soudure

    Il est préférable que les pièces d'OI soient dotées d'un mécanisme anti-insertion supplémentaire, tel qu'un mécanisme anti-insertion par-dessus, un mécanisme anti-secousse et d'autres mécanismes.

    Il est préférable que le produit fonctionne à une température inférieure à 40˚C et que la température maximale de fonctionnement ne dépasse pas 85˚C.

    Il est généralement utilisé dans un environnement intérieur sans fluctuations importantes de température. Il n'est pas recommandé de l'utiliser dans des véhicules ou dans des environnements extérieurs.

    À l'heure actuelle, on constate que la soudure à basse température est principalement utilisée dans les lampes LED, et que les mini-LED sont également utilisées dans une petite mesure, et que certaines industries de PC sont également en cours d'évaluation.

    Conclusion

    Du point de vue des économies d'énergie et de la réduction des émissions de carbone, le processus de pâte à braser à basse température est en effet plus économe en énergie, et il peut également réduire les exigences relatives aux pièces en matériaux plastiques à haute température et économiser des coûts. Toutefois, la pâte à braser basse température actuelle présente un défaut majeur, à savoir sa faible fiabilité. 

    Les joints de soudure sont relativement fragiles et peuvent ne pas avoir beaucoup d'impact sur certaines petites pièces, mais pour certaines pièces qui doivent supporter des contraintes, telles que les pièces d'E/S, ou les produits qui peuvent plier le circuit imprimé après avoir été soumis à des forces externes, ou les produits souvent soumis à des vibrations ou à des contraintes thermiques, le procédé de soudure à basse température ne convient pas. 

    On ne peut que constater que, bien que la pâte à braser à basse température puisse répondre aux exigences en matière d'économie d'énergie et de réduction des émissions de carbone, il reste encore un long chemin à parcourir, et peut-être que la soudure à basse température ne pourra pas la remplacer complètement en fin de compte. SAC, il est plus probable que la soudure à basse température soit utilisée parallèlement à la SAC.

    FAQ

    Actuellement, la soudure à basse température la plus connue est un alliage d'étain-bismuth (SnBi) et d'étain-bismuth-argent (SnBiAg) à base d'étain (Sn) additionné de bismuth (Bi).
    Économie d'énergie et réduction du carbone Réduction de la demande de matériaux à haute température Abaisser le seuil du processus et améliorer le rendement de la production
    La fiabilité à long terme des joints de soudure est faible. Des défauts de déchirement à chaud sont susceptibles de se produire lors du processus de refusion.

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