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Introduction
Le choix de la pâte à braser est crucial ; il détermine l’efficacité de votre processus d’assemblage de circuits imprimés et sa fiabilité à long terme. Les pâtes à braser haute et basse température répondent à des besoins différents en termes de limites thermiques et de résistance mécanique. Il est important de bien comprendre votre application et de choisir le matériau le plus adapté, car votre carte devra résister aux températures d’impression au pochoir et de refusion, ainsi qu’aux contraintes environnementales.
Différences entre les pâtes à souder haute et basse température
Les pâtes à braser à point de fusion élevé et à point de fusion bas présentent des points de fusion, des alliages de soudage et des comportements de mise en œuvre différents. La pâte haute température contient de l'étain-argent-cuivre (SAC305) et fond à plus de 217 °C ; la pâte basse température utilise des alliages de bismuth ou d'indium et fond à un seuil thermique beaucoup plus bas. Votre choix influencera la configuration du profil de refusion de votre système, la déformation thermique normale du substrat et la fiabilité mécanique de la carte PCBA.
Éléments de composition
La pâte haute température contient une matrice standard étain-argent-cuivre , tandis que la pâte basse température utilise une autre métallurgie, comme le bismuth ou l'indium.
Les formulations basse température contiennent des mélanges d'alliages, tels que l'étain-bismuth (SnBi), l'étain-bismuth-argent (SnBiAg) ou l'étain-bismuth-indium (SnBiIn). Le SAC305 possède une structure cristalline standard à haute résistance, mais la brasure au bismuth est spécialement conçue pour abaisser considérablement sa température de liquidus. L'ajout d'argent au SnBiAg améliore le mouillage des pâtes basse température par rapport aux mélanges binaires de bismuth purs.
Plages de points de fusion
Ces matériaux présentent des points de fusion très différents, ce qui modifie les paramètres de fabrication CMS . La pâte à braser SAC305 est une pâte à point de fusion élevé, comprise entre 210 °C et 227 °C. De ce fait, les zones de forte chaleur du four doivent atteindre environ 245 °C. Il est donc crucial de définir un profil de température précis pour le brasage par refusion afin d'équilibrer les temps de maintien et de fusion sans surchauffer les composants voisins. En revanche, le point de fusion de la pâte à braser au bismuth basse température est bas et s'établit précisément à 138 °C. Selon cette différence de température importante, la plage de traitement thermique entraînera soit une surchauffe des composants, soit leur maintiendra dans une plage de température sûre.
Comportement et séquencement du processus de soudage par refusion
L'ordre des étapes d'assemblage de votre carte double face influence considérablement le comportement lors du refusion. La pâte à haute température est utilisée pour la première passe, tandis que la pâte à basse température est réservée à la seconde. Ceci est réalisé grâce à des alliages différents de l'alliage standard. Cela empêche la refusion des joints de la première face lors de la seconde passe. Si la pâte SAC305 est utilisée pour les deux passes, les composants de la face supérieure refondront et se détacheront lors de la seconde refusion. L'utilisation de pâte à basse température lors de la seconde passe permet une soudure par étapes solide qui protège les joints de la première face.
Qualité et aspect des joints de soudure
La comparaison des pâtes à braser haute et basse température révèle des différences d'aspect et de structure. Les finitions obtenues avec les matériaux haute température sont brillantes et éclatantes, et présentent une résistance élevée au cisaillement et aux cycles thermiques, idéales pour les environnements difficiles. La pâte basse température, quant à elle, offre un aspect plus mat, une fragilité accrue des joints et une moindre résistance aux chocs, mais protège efficacement les composants électroniques sensibles.
Composants et matériaux pour circuits imprimés
Le type de substrat détermine la catégorie de pâte à braser à utiliser. Les pâtes à braser haute température sont souvent employées pour les assemblages à haute fiabilité et les applications devant résister à des contraintes thermiques élevées. Les pâtes à braser basse température conviennent aux composants sensibles à la chaleur, aux assemblages à faible déformation et au brasage par étapes sur les cartes double face.
Adéquation à l'application et fiabilité mécanique
Les pâtes à braser basse et haute température répondent à des exigences mécaniques et environnementales totalement différentes dans l'industrie électronique. Les alliages haute température constituent la norme de référence en matière de fiabilité lors des cycles thermiques dans les applications à fortes vibrations. Les alternatives basse température sont idéales pour prévenir les dommages aux composants lors du montage en surface (CMS) à basse température. Il convient de mettre en balance cette protection thermique avec le fait que les joints de brasure étain-bismuth présentent une moindre résistance aux chocs et une plus grande sensibilité aux micro-vides sous contrainte structurelle.
Réparation et remise en état d'appareils électroniques
Lors de la réparation de circuits imprimés, la pâte thermique basse température permet au technicien de dessouder un composant et de le remplacer. Cette protection thermique localisée est utilisée pour réparer des appareils électroniques grand public coûteux tels que les smartphones, les ordinateurs portables et les tablettes.
Assemblée LED
Le refusion dense à haute température peut nuire à la durée de vie et modifier la couleur des LED, celles-ci étant très sensibles à la gestion thermique. Afin de garantir l'uniformité de la couleur et la durabilité des diodes, une soudure au bismuth basse température est utilisée.
Circuits flexibles
Pâte à braser basse température conçue pour les circuits flexibles, protégeant les substrats plastiques fins contre la déformation, le rétrécissement et le décollement . De ce fait, elle constitue un matériau industriel important pour la fabrication d'appareils portables modernes et de réseaux de capteurs automobiles flexibles.
Électronique médicale et aérospatiale
Une pâte thermique adaptée aux basses températures est utilisée dans les instruments médicaux et aérospatiaux essentiels afin de prévenir les dommages causés par les contraintes internes aux circuits fragiles. La fiabilité de ces machines de précision tout au long de leur durée de vie peut être améliorée en réduisant les contraintes initiales de fabrication.
Prototypage et projets de loisirs
Les ingénieurs et les concepteurs de prototypes bénéficient d'un point de fusion bas facilitant le soudage manuel de composants CMS à pas fin. Cela permet aux petites entreprises et aux amateurs de créer rapidement et à moindre coût des produits pour tester du matériel.
Maturité de la formule et stabilité des matériaux
La pâte à braser haute température est une formule éprouvée, composée d'ingrédients chimiques stables, offrant une activation prévisible du flux et d'excellentes propriétés d'impression au pochoir pour les pas fins. Les pâtes à braser basse température nécessitent une manipulation et un contrôle du processus plus rigoureux, notamment en ce qui concerne le stockage à froid, le réchauffement à température ambiante et la durée de vie totale du pochoir. Certaines pâtes basse température sèchent plus rapidement que d'habitude et leur chimie d'activation du flux est différente, ce qui peut poser des difficultés lors du préchauffage.
Prix
Les pâtes à braser basse température permettent de réduire le coût total de fabrication en abaissant les températures de refusion maximales, en diminuant la consommation d'énergie du four et en réduisant les contraintes thermiques sur les assemblages sensibles à la chaleur. Toutefois, l'alliage lui-même n'est pas toujours moins cher au kilogramme, notamment pour les formulations SnBi spécifiques. Le coût doit être évalué en considérant le coût total du processus, incluant le prix des matériaux, la consommation d'énergie, le rendement et le risque de retouche.
La pâte à braser haute température SAC305 reste un choix courant pour la production axée sur la fiabilité, tandis que la pâte à braser basse température est mieux adaptée aux pièces sensibles à la chaleur et aux applications de brasage par étapes.
Comment choisir la pâte à souder adaptée à votre projet
Le choix de la pâte à braser appropriée nécessite de trouver un équilibre entre la sensibilité thermique des composants, les limites des matériaux du circuit imprimé et les contraintes mécaniques auxquelles le produit sera exposé. Il est essentiel d'adapter la température de fusion de l'alliage au processus de fabrication afin d'obtenir des soudures robustes et fiables sans endommager les composants électroniques sensibles.
Étape 1 : Évaluer les limites thermiques des composants et du substrat
Déterminez d'abord la température maximale admissible par vos composants et votre carte. Pour les composants sensibles à la chaleur, comme les LED et les circuits flexibles, il est préférable d'utiliser une pâte à braser basse température. Il est généralement conseillé de réserver la brasure sans plomb haute température, telle que la SAC305, aux substrats robustes.
Étape 2 : Évaluer le séquencement des processus et le soudage par étapes
Planifiez soigneusement les zones de votre profil de refusion, surtout si vous travaillez sur une pièce double face. Il est recommandé d'appliquer un processus de brasage par étapes hiérarchisé : commencez par la pâte à braser haute température pour la face avant, puis utilisez une pâte à braser basse température au bismuth pour la face arrière.
Étape 3 : Faire correspondre les exigences mécaniques et de fiabilité
Réfléchissez à l'environnement dans lequel votre produit fini fonctionnera. Pour garantir la fiabilité face aux cycles thermiques, les alliages de soudure utilisés dans les applications automobiles ou aérospatiales doivent présenter une fiabilité élevée. En revanche, les appareils grand public bon marché, soumis à des contraintes minimales de résistance aux chocs, peuvent utiliser des joints de soudure étain-bismuth.
Étape 4 : Équilibrer les paramètres d’impression et les coûts de production
Évaluez votre budget de production en fonction des capacités de votre ligne de production. Les pâtes utilisées pour l'impression au pochoir fonctionnent bien à haute température, mais sont coûteuses, tandis que les pâtes basse température permettent des économies d'énergie, mais présentent leurs propres problèmes d'activation.
FAQ
Peut-on mélanger de la soudure haute température et de la soudure basse température sur une carte double face ?
Les deux méthodes sont envisageables pour un processus de brasage hiérarchique. Appliquez de la pâte à braser haute température SAC305 sur la première face et de la pâte à braser basse température au bismuth sur la seconde. Le pic de température de la seconde refusion étant nettement inférieur au point de fusion de la première face, les composants de la face supérieure ne se dessouderont pas et ne se détacheront pas.
Pourquoi le bismuth abaisse-t-il le point de fusion mais rend-il la soudure cassante ?
Le bismuth abaisse le point de fusion des alliages à base d'étain, mais les joints SnBi sont généralement plus fragiles et présentent une résistance aux chocs inférieure à celle du SAC305. Bien que cela protège les composants de précision contre la déformation thermique, cela modifie la croissance des composés intermétalliques (CIM) et diminue la résistance aux chocs. Du fait de leur incapacité à se déformer élastiquement, ces joints de brasure étain-bismuth sont susceptibles de se rompre sous l'effet d'un impact soudain ou d'une contrainte mécanique.
Comment conserver la pâte à souder sans plomb pour qu'elle reste fraîche ?
Conservez la pâte à braser sans plomb au réfrigérateur entre 2 °C et 10 °C afin de ralentir la séparation du flux et de maintenir une viscosité optimale. Fermez hermétiquement les récipients pour éviter l'oxydation, l'absorption d'humidité et la formation de micro-vides lors du refusion. Avant l'impression au pochoir, laissez toujours la pâte s'acclimater naturellement à la température ambiante pendant 4 à 6 heures pour une mouillabilité optimale.
Réflexions finales
Le choix de la pâte à braser adaptée nécessite une évaluation minutieuse de la sensibilité thermique de vos composants, des matériaux du substrat et de votre budget de production. Fabricant professionnel d'assemblages électroniques, PCBTok exploite 8 lignes automatisées de soudage CMS et THT dédiées , vous proposant des solutions de brasage haute température SAC305 et basse température SnBi . Toutes nos solutions sont conformes aux normes IPC Classe 2/3 . Soumettez vos fichiers Gerber dès aujourd'hui pour une analyse DFM gratuite et un devis personnalisé.
