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Introduction
De nombreux utilisateurs sont confrontés au problème de l'effet de mèche de soudure sur les circuits imprimés (PCB). Ce phénomène arrache la soudure, ce qui fragilise les joints et provoque des pannes de connexion. Cet article explique ce qu'est l'effet de mèche de soudure sur les circuits imprimés et comment y remédier.
Qu'est-ce que la mèche de soudure dans l'assemblage de circuits imprimés ?
Drainage de soudure, également appelé drainage/échappement de soudure, est un problème qui survient sur les cartes lors de l'assemblage des circuits imprimés. Lors du drainage de soudure, la soudure sur un circuit imprimé s'écoule de la pastille, ce qui crée des problèmes. Lors du drainage, la soudure se répand sur toute la carte au lieu de rester en place. Elle pénètre dans les vias voisins et remonte le long des broches des composants.
Le problème de mèche de soudure apparaît souvent dans le processus suivant :
- Assemblage de câbles
- Fabrication de PCB
- Soudage par refusion
Lors du trempage, la soudure peut s'accumuler à la surface du circuit imprimé ou se loger dans les trous et les pistes. Ceci entraîne la formation de dépôts indésirables. De plus, le déplacement de la soudure sur un circuit imprimé réduit sa résistance et sa fiabilité.
Principales caractéristiques
Vous trouverez ci-dessous les principales caractéristiques qui vous aideront à repérer les problèmes de capillarité de la soudure sur une carte de circuit imprimé.
- Articulations émoussées ou incomplètes.
- La soudure disparaît dans les vias.
- Les articulations semblent nues ou légèrement recouvertes.
- Soudure montant le long des broches des composants.
- Connexions électriques faibles ou cassées.
- Répartition inégale de la soudure avec exposition des pastilles.
- Le pontage de soudure est à l'origine des courts-circuits entre les traces.
Pour confirmer la présence de mèches de soudure, il est nécessaire d'utiliser des outils d'inspection visuelle. On utilise généralement des microscopes ou des systèmes d'inspection optique automatisée (AOI).
En quoi est-ce différent d’une mèche à souder ?
La tresse à dessouder est un outil utilisé pour dessouder les circuits imprimés. Elle est constituée d'un fil de cuivre tressé enduit de flux. Elle sert à retirer les résidus de soudure d'une connexion ou d'une pastille, ou à nettoyer les pastilles et les broches d'un circuit imprimé. Le fil de cuivre de la tresse est chauffé à l'aide d'un fer à souder. Sous l'effet de la chaleur, la tresse absorbe la soudure fondue par capillarité.
D'autre part, le phénomène de mèche de soudure est le processus par lequel la soudure fondue s'écoule de la surface d'un circuit imprimé. Ce phénomène semble poser problème sur les circuits imprimés, car les joints restent secs. Cependant, il est parfois utilisé intentionnellement pour créer une bonne connexion à l'intérieur d'un via ou d'une broche.
Quelles sont les causes de l'effet mèche de la soudure ?
Le problème de la migration de la soudure est souvent dû à des défauts de conception (DFM pour les circuits imprimés). Cependant, la conception n'est pas la seule cause ; il en existe bien d'autres. Les causes les plus fréquentes sont présentées ci-dessous.
1. Déséquilibre thermique
Le déséquilibre thermique lors du soudage des circuits imprimés est l'une des principales causes de l'effet de mèche. Il se produit généralement lorsque la chaleur appliquée lors du soudage par refusion ou à la vague est inégale. En d'autres termes, lorsqu'une carte chauffe de manière irrégulière, la soudure peut ne pas fondre et se déposer comme prévu. Cela entraîne une migration de la soudure hors des pastilles des composants. De plus, cela peut également créer des ponts de soudure entre les broches.
De plus, en raison d'un déséquilibre thermique, les composants d'un circuit imprimé se dilatent souvent, ce qui accentue les contraintes sur les soudures. Ce phénomène provoque l'arrachement de la soudure et son infiltration dans les vias ou autres espaces vides.
2. Mauvaise conception du circuit imprimé
La conception d'un circuit imprimé est l'une des principales causes de l'effet de mèche de la soudure. Les problèmes de conception à l'origine de ce problème sont les suivants :
- Taille du coussin
- Par placement
- Coulées de cuivre plus importantes
Des pastilles trop petites ne maintiennent pas correctement la soudure. Des pastilles trop grandes, quant à elles, provoquent un étalement de la soudure, ce qui entraîne un effet de mèche.
Si le placement des vias est effectué trop près des pastilles, la soudure risque de les traverser au lieu de se fixer à la pastille. Cela provoque un effet de mèche et peut également provoquer des courts-circuits. De grandes quantités de cuivre éloignent également la soudure des pastilles, ce qui augmente le risque de ce problème.
3. Mauvaise utilisation de la pâte à souder
L'application d'une quantité incorrecte de pâte à braser entraîne également un phénomène de capillarité. En cas d'application excessive, la soudure fondra davantage, ce qui peut facilement s'infiltrer dans d'autres zones non souhaitées.
De plus, un léger désalignement entre la pâte et les composants sur les pastilles perturbe les soudures, ce qui favorise l'évaporation de la soudure.
4. Placement des composants et fils mal alignés
Un mauvais positionnement des composants sur une carte et des broches mal alignées perturbent également le flux de soudure. En cas de mauvais alignement des broches, la soudure se déplace le long de la broche et s'éloigne de ses points d'attache. Cela signifie que la soudure n'a pas bien adhéré à la pastille, ce qui provoque un phénomène de mèche.
Comment tester un PCB pour la mèche de soudure ?
Il existe plusieurs méthodes pour tester l'effet de mèche de la soudure sur un circuit imprimé. Voici les plus courantes :
1. Inspection visuelle
L'inspection visuelle est le moyen le plus simple de détecter la formation de mèches de soudure sur un circuit imprimé. Elle peut être réalisée à l'œil nu ou au microscope.
Lors de l'inspection, vérifiez si la soudure s'est propagée au-delà des pastilles ou si elle a pénétré dans les pistes ou vias voisins.
De plus, lors de l'inspection, si vous constatez que la soudure s'est éloignée de son emplacement réel, considérez cela comme un signe fort de mèche.
2. Coupe transversale
L'examen en coupe transversale est utilisé lorsqu'il est difficile d'observer un problème de l'extérieur. Cette méthode est souvent employée pour les circuits imprimés multicouches, où les défauts peuvent être dissimulés. Elle consiste à découper une petite partie du circuit imprimé afin de l'observer au microscope. Cela permet de repérer les éventuelles traces de soudure ayant coulé dans les vias ou sous les pastilles.
3. Inspection aux rayons X
Cette méthode est généralement utilisée pour les circuits imprimés présentant des espaces restreints ou lors de l'assemblage en grande série . Elle permet de contrôler l'intérieur des cartes sans les découper. À l'aide d'un appareil à rayons X, on peut vérifier si la soudure a migré vers les vias.
4. Tests de mouillabilité (soudabilité)
Ces tests visent à vérifier l'adhérence de la soudure aux pastilles d'une carte. Lors de ce test, les cartes sont plongées dans la soudure chaude pour observer leur comportement. Si la soudure ne s'étale pas uniformément, cela indique un risque de capillarité.
Comment éviter l'encrassement de la soudure ?
Il existe différentes pratiques pour éviter l'infiltration de soudure sur les circuits imprimés. Vous trouverez ci-dessous quelques pratiques courantes et recommandées par l'industrie.
Se concentrer sur une bonne conception de circuits imprimés
Une bonne conception de circuit imprimé peut vous aider à prévenir les problèmes de mèches. Assurez-vous que la taille des pastilles de vos cartes est adaptée. Si elles sont trop grandes, la soudure risque de se disperser ; à l'inverse, si elles sont trop petites, la soudure risque de ne pas tenir fermement.
De plus, veillez à ce que les vias soient petits et éloignés des pastilles. Plus ils sont rapprochés, plus la soudure peut s'écouler facilement à l'intérieur.
Une autre technique pour éviter l'effet de mèche consiste à utiliser un masque de soudure. Il agit comme une couche protectrice pour les cartes et empêche la soudure de se déplacer.
Contrôle de la chaleur
La chaleur élevée et les changements brusques de température provoquent également des phénomènes de mèche. Il est donc essentiel de les contrôler, sinon la soudure risque de réagir de manière imprévisible.
Pour cela, vous pouvez utiliser :
- Préchauffer
- Montée en puissance
- Étapes de refroidissement
Par ailleurs, l'utilisation de ruban Kapton est également recommandée lors du soudage. Il permet de protéger les zones sensibles à la chaleur pendant cette opération.
Gérer la pâte à souder
Appliquer trop de pâte à braser peut entraîner des débordements et des phénomènes de capillarité. Veillez à toujours appliquer la quantité de pâte nécessaire pour former des joints solides.
De plus, assurez-vous que le volume de pâte reste uniforme sur toutes les pastilles. Une application irrégulière de pâte à souder pourrait s'écouler vers les vias ou les pistes.
Utiliser des dissipateurs de chaleur
Sur les circuits imprimés, certains composants sont plus sensibles à la chaleur que d'autres. S'ils chauffent trop, la soudure peut facilement s'évaporer. Une solution simple consiste à utiliser des dissipateurs thermiques ou des pads thermiques pendant la soudure. Ils absorberont la chaleur excessive et protégeront les composants sur les cartes.
Problèmes causés par la mèche de soudure et leurs solutions
L'effet de mèche de soudure est à l'origine de nombreux problèmes lors de l'assemblage de circuits imprimés. Voici quelques-uns des problèmes courants liés à l'effet de mèche, ainsi que leurs solutions.
Fuites de soudure à travers des vias non masqués
Lorsque les vias d'un circuit imprimé ne sont pas recouverts d'un masque de soudure, la soudure les traverse jusqu'à l'autre côté de la carte. Elle crée des bosses ou des vides indésirables, impactant ainsi le circuit imprimé.
Solution:
Utilisez du ruban adhésif Kapton pour recouvrir les vias non masqués avant la soudure. Cela empêchera la soudure de fuir et vous pourrez retirer le ruban adhésif une fois la soudure terminée.
Via trop près du pad CMS
Lorsque les vias sont placés plus près des pastilles CMS, la soudure quitte facilement son emplacement et s'écoule vers l'intérieur. Cela entraîne des joints fragiles ou secs, du fait de la chaleur et de la capillarité qui arrachent la soudure.
Solution:
La meilleure solution consiste à utiliser un mastic de remplissage de via avec de la résine pour sceller complètement la via et stopper l'écoulement de la soudure. Vous pouvez également éloigner la via pour créer une barrière de masque de soudure suffisante entre la pastille et la via.
Via le tampon CMS intérieur
Parfois, les vias sont placés intentionnellement directement sur les pastilles CMS pour gagner de la place. Cependant, cela facilite l'écoulement de la soudure dans le via et fragilise le joint de soudure.
Solution:
Appliquez la même solution que pour le problème 2, c'est-à-dire remplissez le via avec de la résine ou déplacez le via.
Vias sous un corps de CI
Lorsque des vias sont placés sous le corps d'un circuit intégré, ils créent un chemin qui permet à la soudure de s'écouler. Cela peut entraîner des connexions défectueuses, difficiles à détecter sans inspection aux rayons X.
Solution:
Scellez les vias à l'aide de résine et assurez-vous que la soudure reste à sa place réelle sous le circuit intégré.
Récapitulation
L'évaporation de la soudure peut entraîner divers problèmes et compromettre la qualité et la fiabilité de vos assemblages de circuits imprimés. La mise en œuvre des solutions présentées dans cet article peut vous aider à résoudre ce problème. Chez PCBTok, nous nous efforçons toujours d'éliminer l'évaporation de la soudure en production. Envoyez-nous vos fichiers de projet et nous vous fournirons une inspection DFM gratuite pour garantir que vos circuits imprimés sont exempts de tout risque de soudure, de la conception à la livraison !
FAQ
La mèche de soudure peut-elle être bénéfique dans n’importe quelle situation ?
Oui, c'est bénéfique dans certains cas, comme pour remplir des vias afin de créer des connexions électriques et thermiques solides.
Existe-t-il des normes IPC qui traitent de l’effet mèche de la soudure ?
Oui, les normes IPC telles que IPC-A-610 et IPC-2221 traitent de l'évacuation des soudures.
Les outils de mèche à souder peuvent-ils être utilisés pour résoudre les problèmes de mèche à souder ?
Non, les outils à mèche éliminent l'excédent de soudure, mais n'inversent pas le phénomène de mèche. Une conception préventive et un contrôle du processus sont plus efficaces.
