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Introduction
Souhaiteriez-vous vous débarrasser de soudure à la vague Vous rencontrez des difficultés pour assembler des composants à technologies mixtes ? Grâce au soudage par pâte à braser (Pin in Paste Welding), vous pouvez traiter simultanément les composants traversants et CMS en une seule passe de refusion. Cette approche accélère l'automatisation et réduit vos coûts. Ce guide vous présente les avantages, les détails du processus et les règles de conception pour une mise en œuvre réussie.
Pourquoi utiliser une broche pour le soudage à la pâte ?
Le soudage par immersion élimine le besoin des deux SMT ou assemblage par trou traversant En combinant efficacement les deux méthodes d'assemblage en un seul cycle de refusion, vous éliminez le besoin d'équipements de soudage à la vague supplémentaires. Cette stratégie vous permettra de réaliser d'importantes économies sur les coûts de fabrication et sur l'espace au sol. C'est l'option la plus efficace pour les cartes à technologies mixtes.
Réduction des coûts
Construction Épingler dans le collage Ce procédé réduit directement vos coûts de production totaux. Plus besoin d'acheter ni d'entretenir une machine à souder à la vague ou une machine à souder sélective, équipements coûteux. Cette réduction des investissements libère votre budget pour d'autres domaines. Vous réalisez également des économies sur vos frais d'exploitation, notamment l'énergie et la maintenance.
Fiabilité supérieure
Le refusion traversante présente l'avantage d'améliorer la fiabilité à long terme de vos composants électroniques en réduisant les contraintes thermiques. Elle évite d'exposer les composants à un second traitement thermique à haute température et élimine ainsi tout risque de dommage. Cette technique en une seule passe minimise les chocs thermiques par rapport aux méthodes traditionnelles. Il en résulte une fiabilité accrue et une durée de vie prolongée de vos cartes électroniques.
Flexibilité de conception
Lors de la conception de circuits imprimés à technologies mixtes, cette technologie offre une grande liberté. Elle permet de placer les composants CMS et traversants sur la même face sans contraintes complexes. La conception est simplifiée grâce à l'élimination des ombres dues à la soudure à la vague. Vous bénéficierez ainsi d'une meilleure optimisation de l'agencement de votre carte.
Simplicité du processus
Le système PiP simplifie également votre processus de fabrication grâce à une seule étape de chauffage. Tous les composants sont traités simultanément lors du refusion classique. Cela élimine le recours à plusieurs machines ou opérations manuelles et vous permet de gagner un temps précieux sur votre cycle de production.
Capacité de haute densité
La conception de circuits imprimés par insertion de pâte à braser permet de réduire considérablement l'espacement entre les composants. L'impression à pas fin permet de rapprocher les composants sans risque de court-circuit. Le brasage à la vague nécessite également de larges zones d'espacement. Cette technique est utile pour augmenter la densité des composants sur les cartes petites et complexes.
Qualité améliorée
Une comparaison entre le soudage à la pâte et le soudage à la vague révèle une différence notable dans la régularité des joints. Le contrôle par refusion garantit des connexions de soudure de meilleure qualité et réduit les défauts. On observe également moins de ponts de soudure et de remplissage insuffisant. La stabilité du procédé assure des résultats de qualité et minimise les reprises coûteuses.
Traitement sans plomb
Il est facile de respecter les exigences environnementales actuelles grâce à la technique de brasage par injection. Vous pourrez utiliser des pâtes à braser sans plomb, entièrement conformes à la directive RoHS. Cette compatibilité garantit la sécurité de vos produits sur les marchés internationaux. Vous atteignez ainsi des performances optimales tout en respectant les normes strictes de fabrication électronique.
Aperçu du processus d'impression PiP
Le procédé Pin-in-Paste comprend trois étapes distinctes pour garantir la fiabilité. Dans un premier temps, la pâte est appliquée avec précision, puis le composant est positionné automatiquement. Enfin, la carte de circuit imprimé subit un cycle de refusion unique. Ce flux de travail permet un assemblage plus efficace des technologies mixtes.
1. Distribution PiP
Dans un premier temps, la pâte à braser est déposée sur les pastilles traversantes. Elle est injectée avec précision dans les vias grâce à une machine de haute précision. Pour un remplissage optimal, un calcul précis du volume de pâte à braser est essentiel. Selon les exigences de conception, il est possible d'imprimer la pâte dans tous les trous ou seulement à certains endroits. Cette précision est la clé d'une bonne soudure.
2. Placement des composants
Ensuite, utilisez un équipement d'assemblage automatisé par collage pour le montage des composants. Le système de placement dépose les pièces directement sur les nouveaux dépôts de pâte. La pâte, encore humide, assure la liaison jusqu'à son séchage et sa solidification. La plupart des composants lourds restent bien en place, mais si ce n'est pas le cas, appliquez davantage d'adhésif. Idéalement, les pièces doivent rester parfaitement alignées durant cette étape.
3. Reflux
La dernière étape est brasage par refusion Assemblage de composants traversants et de composants CMS. Dans un profil de température contrôlé, des alliages standard tels que le SAC305 sont utilisés comme plots dans une pâte à braser. Ce procédé fait fondre la pâte et crée une connexion électrique et mécanique robuste. Parfois, un profil à deux vitesses est nécessaire pour contrôler l'inertie thermique. Cette procédure permet de réaliser les joints sans seconde passe de chauffe.
Considérations relatives au traitement PiP
Pour garantir une fiabilité optimale du brasage Pin-in-Pâte, plusieurs paramètres de procédé doivent être réglés avec précision. Afin d'éviter les défauts lors de la fabrication des cartes de circuits imprimés, le volume exact de pâte et la préparation de la carte doivent être scrupuleusement respectés. Le procédé doit être adapté à vos composants. Il permet de prévenir les problèmes courants et d'optimiser la résistance des soudures.
Précision du dépôt de pâte
La pâte à braser doit remplir complètement les trous traversants sans laisser de traces sur la surface du circuit imprimé. Des imprécisions ou des bavures à ce niveau pourraient engendrer des défauts importants de soudure lors du refusion. Il est donc essentiel d'être précis afin d'éviter tout déplacement du dépôt lors de la mise en place des composants. Un dosage efficace garantit un dépôt précis de la pâte à braser à l'endroit exact.
Volume de pâte minimum
Pour éviter tout excès de pâte à braser, il est essentiel de calculer précisément le volume nécessaire pour le PiP (point d'insertion de la broche). Un excès de pâte risque de déborder et de former des billes de soudure. L'objectif est d'appliquer la quantité de pâte suffisante pour obtenir une soudure solide. La conception de l'orifice avec la broche immergée est primordiale pour un contrôle précis.
Plage de hauteur des composants
Bien que le refusion intrusive fonctionne bien sur la plupart des composants courants, il faut veiller à l'espacement. Les conceptions à pas fin sont possibles, mais les pas ultra-fins seront difficiles à réaliser. La conception de votre pochoir Pin in Paste doit respecter le pas requis et le diamètre approprié. Tant que vous respectez ces limites, aucun pontage ne se produira entre les pastilles adjacentes.
Préparation des parois du trou
Les parois cylindriques de votre circuit imprimé doivent être en bon état pour une bonne imprégnation. En présence d'oxydes, la soudure ne pénétrera pas complètement. Avant l'assemblage, un traitement plasma des trous peut être envisagé. Le procédé Pin in Paste garantit une liaison mécanique solide une fois préparé.
Extension du masque de soudure
La conception de votre circuit imprimé à soudure par immersion doit intégrer différentes techniques de vernis épargne pour faciliter l'assemblage. Un léger chevauchement du vernis sur la pastille de cuivre favorise la capillarité. Cette technique permet de contrôler la façon dont la soudure fondue pénètre dans le trou et empêche la pâte de s'étaler hors de la zone de jonction.
Profil de redistribution
Un profil de température adapté est nécessaire pour faire fondre le volume important de pâte à braser. Généralement, un profil à double vitesse avec un temps de maintien prolongé au-dessus du point de liquidus est recommandé. La chaleur pénétrera et mouillera complètement les pistes pendant cette durée, assurant ainsi des connexions robustes lors du brasage des composants traversants.
Règles de conception PiP
Le refusion intrusive repose sur un équilibre entre le choix des composants et l'agencement du circuit imprimé. Cet équilibre garantit un mouillage et un remplissage optimaux du cylindre pendant le cycle de chauffe. La réussite du processus de soudage par refusion dépend de vos choix de conception.
Longueur et forme du câble
Assurez-vous que la longueur des pattes assure un bon contact et ne soit pas trop courte. La patte doit dépasser de 0.5 à 1.0 mm du bord du circuit imprimé. Les broches carrées et rondes sont les plus compatibles avec les composants à encollage par pâte thermique. Évitez les pattes plates, sauf si vous avez préalablement vérifié leur étanchéité.
Diamètre du trou
L'écart entre la broche et la paroi du trou doit être précis. Le jeu diamétral idéal est de 0.2 mm à 0.25 mm. Cet espacement permet de déposer suffisamment de pâte et empêche le décollement des composants. Le respect de ces règles de conception pour le soudage par pâte garantit un mouillage optimal.
Conception de tampon
La taille de vos pastilles doit permettre la formation du pochoir et du congé. Toutes les pastilles destinées au brasage par refusion traversant doivent être dimensionnées conformément aux normes IPC, telles que l'IPC-2221. Lors de la conception de ces zones, tenez compte de la géométrie spécifique de vos broches. Ceci garantit la conformité de votre carte aux normes de classe 2 ou 3 requises.
Liquidation du masque de soudure
Laissez une ouverture dans le vernis épargne autour du trou métallisé. Pour éviter la contamination du vernis épargne, un dégagement standard de 75 à 100 micromètres est recommandé. Ne recouvrez pas les vias, car cela bloque la circulation de la soudure et provoque des défauts. Un dégagement adéquat permet d'éviter les défauts courants liés à l'insertion de la pâte à braser.
Pourcentage de remplissage par voie électronique
Pour les cartes à haute fiabilité, un remplissage minimal du cylindre supérieur à 75 % est requis. Cette exigence est conforme à la norme de brasage Pin-in-Pâte pour les produits IPC Classe 3. Une conception appropriée du pochoir permet de contrôler le volume de pâte et de minimiser les vides de soudure lors du brasage Pin-in-Pâte. Ce niveau de remplissage peut être vérifié par inspection aux rayons X.
Orientation et espacement des composants
Il convient d'éviter de placer des composants traversants de grande hauteur directement au-dessus des zones CMS critiques afin de prévenir les ombres thermiques. Ces ombres thermiques perturbent le chauffage par refusion. Veillez à respecter la distance appropriée entre les composants pour permettre l'insertion automatique. La fonction « Pin in Paste » (panneau dans la pâte thermique) est essentielle pour l'assemblage robotisé.
Décharge thermique et mise à la terre
Il est recommandé d'utiliser des dispositifs de dégagement thermique sur les trous reliés à de larges zones de cuivre. Ces dispositifs permettent de limiter la dissipation de chaleur et d'éviter la fusion de la soudure. Sans eux, il pourrait être nécessaire de modifier sensiblement le profil de température de la pâte à braser. Un chauffage constant est essentiel pour obtenir des joints fiables.
Applications PiP
La technologie Pin in Paste permet d'assembler une grande variété de technologies. Grâce à cette approche, il est possible de combiner efficacement des composants modernes et anciens sur une même carte. Voici les composants les plus couramment utilisés et adaptés à ce procédé.
- Connecteurs traversants : Il est facile de refusionner les connecteurs d'E/S et d'alimentation standard sans avoir besoin d'une opération de soudure à la vague.
- Goupilles à pression : Pour autant que le profil thermique soit géré correctement, ils sont compatibles.
- Transformateurs, inducteurs et bobines : Grâce à la technologie PiP, il est possible de conférer une résistance mécanique à des composants magnétiques lourds tels que des transformateurs, des inducteurs et des bobines.
- Interrupteurs et relais : Vous pouvez construire Électromécanique pièces nécessitant un assemblage robuste par trous traversants.
- Borniers et bornes à vis : Les soudures utilisées lors du passage au four de refusion formeront une liaison de soudure solide pour connecter les connecteurs soumis à de fortes contraintes.
- Régulateurs et dissipateurs thermiques : Composants d'alimentation nécessitant une dissipation de chaleur.
- Affichages et indicateurs LED: Vous trouverez des composants d'interface visuelle parfaitement montables juste à côté des composants CMS.
Inconvénients de la technologie PiP
Bien que la technique de collage par insertion de pâte soit efficace, il convient d'être attentif à ses limites. Pour éviter les défauts et obtenir une liaison fiable, un contrôle rigoureux est indispensable. Cette méthode peut complexifier la conception des pochoirs lorsqu'il s'agit de pièces de tailles variées. Il est important de vérifier si ces compromis sont compatibles avec vos capacités de production.
- Contrôles stricts des processus requis : Le contrôle de variables telles que le volume de pâte est essentiel, car même de légères variations pourraient entraîner des défauts majeurs.
- Potentiel de « tombstone » : Les composants légers peuvent glisser ou se soulever sans colle et il peut être nécessaire d'ajouter une étape de distribution de colle.
- Étape supplémentaire de dépôt de pâte : L'obtention du volume adéquat pour la pâte à braser PiP nécessite généralement des pochoirs à étapes complexes et difficiles à mettre en place.
- Défis liés à la justesse : Lorsqu'on associe des composants CMS à pas fin à de grands trous traversants, l'équilibrage de l'épaisseur du pochoir pour la technique Pin in Paste représente un véritable défi.
- Préparation de la paroi du trou : Vos circuits imprimés pourraient nécessiter un nettoyage supplémentaire, comme traitement au plasma, pour un mouillage approprié à l'intérieur du canon.
Avantages de la technique de soudure à la pâte comme alternative à la soudure à la vague
La technologie Pin-in-Paste offre une solution innovante aux limitations du brasage à la vague. L'intégration de l'assemblage traversant dans la ligne CMS simplifie vos opérations tout en protégeant vos composants. Elle s'avère particulièrement utile pour simplifier les conceptions intégrant différentes technologies.
Processus de fabrication simplifié
Vous pouvez optimiser l'ensemble de votre ligne de production en supprimant le brasage à la vague. Grâce à la technique de soudure par pâte à braser, vous pouvez braser vos composants traversants et CMS en une seule passe de refusion. Cette simplification permet de réduire vos besoins en équipements et de diminuer les temps de cycle jusqu'à 30 %. Elle élimine ainsi un goulot d'étranglement majeur dans votre flux de production.
Stress thermique réduit
Vos cartes sont soumises à de multiples cycles thermiques. De ce fait, les composants électroniques sensibles peuvent être facilement endommagés. L'utilisation de la technique Pin-in-Paste permet un assemblage soumis à un seul cycle thermique, réduisant ainsi les chocs. Une exposition réduite à la chaleur diminue la fatigue des composants. Au final, vous obtenez un produit de meilleure qualité et moins de défaillances sur le terrain.
Rentable pour les volumes faibles à moyens
Pour les petites séries, la mise en place d'une ligne de brasage à la vague dédiée est souvent trop coûteuse. Pour les productions inférieures à 10 000 unités, le brasage en pâte à souder est nettement plus économique. Vous pouvez utiliser votre équipement CMS existant. Aucun investissement n'est nécessaire en nouveaux équipements. Cette solution est particulièrement adaptée aux fabricants produisant une grande variété de produits en petites séries.
Soudage par insertion de broches ou soudage sélectif : lequel est le meilleur ?
Bien que le brasage sélectif offre une précision remarquable, il convient de comparer sa vitesse à celle du procédé de soudage par pâte à souder. La méthode la plus adaptée dépend du volume de composants et de la densité de la carte. En général, le soudage par pâte à souder est plus rapide, mais le brasage sélectif est préférable pour les circuits imprimés complexes et denses.
Rapidité et évolutivité
Le brasage sélectif est un processus plus lent car chaque joint ou zone est traité individuellement à l'aide d'une buse robotisée.
En revanche, le procédé Pin-in-Paste (PiP) refond tous les composants de la carte simultanément. Grâce à ce traitement parallèle, le PiP est nettement plus rapide pour les cartes comportant de nombreux composants traversants. Il s'adapte bien mieux aux exigences de débit élevées.
Précision et complexité
Lors de la manipulation de cartes à haute densité, le brasage sélectif offre un meilleur contrôle à proximité des composants CMS importants. Il permet de se concentrer sur des soudures spécifiques sans chauffer la zone environnante.
Cependant, la technique Pin-in-Paste (PiP) impose des règles de conception strictes afin d'éviter les pontages, notamment dans des conditions de forte contrainte. Pour éviter les défauts dans les configurations complexes, il est essentiel de calculer avec précision le volume de pâte à braser nécessaire.
Considérations de coûts
Investir dans des machines à souder sélectives représente une charge importante pour vos budgets d'investissement et de maintenance.
La technique Pin-in-Paste utilise vos fours de refusion existants, ce qui vous permet de réduire vos frais généraux. Cet avantage fait de Pin-in-Paste une solution financièrement plus avantageuse pour de nombreux fabricants. Elle vous évite les coûts élevés liés à l'acquisition d'équipements de soudage spécialisés.
Défauts courants liés à l'épingle dans la colle et solutions
Le procédé d'encollage par collage est fiable, mais il présente un risque de défauts, tels qu'un remplissage insuffisant ou des pontages, qu'il convient de corriger. Une fois ces modes de défaillance courants identifiés, vous pouvez adapter la conception de vos pochoirs et vos profils thermiques afin d'obtenir des joints de haute qualité.
Remplissage de trou à moitié fait
Il arrive que le trou métallisé reste vide ou partiellement rempli de soudure. Ce remplissage incomplet compromet fortement la résistance mécanique de la liaison. Pour remédier à ce problème, envisagez d'augmenter le volume de surimpression dans la conception de votre pochoir Pin in Paste. En ajustant la taille de l'ouverture, une plus grande quantité de pâte s'écoule dans le cylindre lors de la refusion.
Défauts de ponts de soudure
L'application de pâte à braser à des endroits incorrects peut créer un pont de soudure. Ce problème est souvent dû à un placement imprécis ou à un excès de pâte. Pour minimiser ce défaut, ajustez la taille et l'ouverture des ports. Il est également important de vérifier que votre machine de placement positionne correctement le composant.
Vides ou souffleurs
Les vides sont des espaces vides présents dans une soudure et qui peuvent compromettre sa fiabilité. La formation de vides dans la soudure, notamment au niveau des broches, est souvent due à l'humidité emprisonnée dans le circuit imprimé ou à des gaz de flux qui ne peuvent s'évaporer. Avant l'assemblage, il est conseillé de passer les circuits imprimés au four afin d'éliminer l'humidité absorbée. L'utilisation d'une pâte à braser conçue pour réduire les vides est également une excellente solution.
Joint froid
Si la soudure présente un aspect mat et granuleux, cela signifie qu'elle n'a pas complètement imprégné la surface. Ce problème est dû à une chaleur insuffisante lors de la refusion. Il est nécessaire d'augmenter la température de la broche dans le profil de température de la pâte à braser afin de garantir une énergie thermique suffisante. Un temps de fusion plus long (TAL) contribue à obtenir une soudure parfaitement lisse et brillante.
Épingle flottante
Le phénomène de « pin float » se produit lors du soudage lorsque la patte du composant se soulève hors de son logement pendant l'opération. Ce soulèvement est généralement dû à un jeu mécanique ou à une mauvaise adhérence de la pâte à braser. Pour réduire ce problème, il est essentiel d'améliorer la compatibilité du composant avec le circuit imprimé. Un rapport patte/logement optimal est également important pour une fixation sûre.
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Spécialisée dans le soudage de circuits imprimés par la technique Pin-in-Paste (PiP), PCBTok excelle dans l'assemblage de technologies mixtes, alliant l'efficacité du refusion SMT à la robustesse mécanique du soudage traversant.
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Nous sommes équipés de Équipement professionnel spécifique au PiP, four de refusion, machines à souder à la vague et systèmes de soudage à la vague sélectifs. Couvrant tous vos besoins en matière de soudure, de l'assemblage PiP à grand volume à la soudure sélective de précision pour les agencements complexes.
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Conclusion
Le brasage par injection de pâte à braser allie la robustesse mécanique des composants traversants à l'efficacité du brasage par refusion des composants CMS. Ce procédé permet de réduire les étapes de production et d'éliminer le brasage manuel. Il améliore la fiabilité mécanique et constitue ainsi la solution idéale pour vos conceptions denses intégrant différentes technologies.
Questions fréquentes
Quels types de pâte à souder sont utilisés pour les procédés de soudage par collage ?
Pour la plupart des applications, la pâte thermique standard SAC305 sans nettoyage convient. Cependant, dans des conditions difficiles, il est recommandé d'utiliser des pâtes spéciales présentant des profils de refusion plus larges.
Pip permet-il le soudage par refusion double face ?
Vous pouvez imprimer, coller et positionner les composants sur les deux faces de la carte. Vous pouvez souder toutes les connexions en une seule opération de refusion, ce qui simplifie votre tâche.
Comment le soudage par points se compare-t-il, en termes de coût, au soudage à la vague ?
Pour les petites et moyennes séries, le soudage par pâte à souder est beaucoup moins coûteux car il élimine le besoin de machines à souder à la vague. Cependant, pour les productions à grande échelle, le soudage à la vague peut encore s'avérer plus rentable.
Quelles sont les limitations du pas des broches des composants avec Pip ?
Ce procédé permet d'obtenir un espacement des broches aussi faible que 1 mm environ. Si un espacement encore plus fin est requis, le soudage traditionnel peut s'avérer nécessaire.
Peut-on appliquer la pâte à souder directement dans les trous métallisés, ou faut-il métalliser ?
Vous pouvez imprimer et coller dans les trous métallisés et non métallisés. Cependant, les trous métallisés offrent des performances supérieures car ils assurent une meilleure liaison métallurgique pour la soudure.
