Par Timothy O'Neill et Gayle Towell
La réduction de la taille des composants entraîne une augmentation de la demande de pâtes à braser plus fines. Mais le choix de la pâte à braser ne se limite pas à l'adaptation à la taille des composants, il s'agit également d'optimiser les processus d'impression et de refusion afin d'éviter les défauts et de garantir la fiabilité.
Cet article explore l'importance de la taille de la poudre de pâte à souder, en se concentrant particulièrement sur le moment et la raison pour lesquels les fabricants devraient envisager de réduire la taille des types standard au profit d'alternatives plus fines.
L'impact des variations de processus dans la production de poudre de brasage
La méthode exacte de création de la poudre de soudure, et finalement de la pâte de soudure, peut varier considérablement d'un fabricant à l'autre. Ces différences dans les méthodes de production peuvent conduire à des résultats très différents lors de l'impression avec une taille de pâte particulière.
En d'autres termes, vous pouvez obtenir des résultats totalement différents en utilisant une pâte de type 5 d'un fabricant par rapport à celle d'un autre. En outre, la variation inhérente à un processus de production de poudre de soudure donné aura une plus grande influence sur les performances de la pâte, plus la taille des particules est petite.
La classification des tailles de particules est normalisée par la CIB, mais elle permet encore des variations significatives. L'IPC précise que seules 80% des particules d'un type donné doivent se situer dans la plage nominale (voir tableau 1). Cela laisse de la place pour des différences dans la distribution de la taille des particules entre les fabricants, ce qui peut affecter de manière significative les performances de la pâte à souder, y compris l'imprimabilité, le comportement de refusion et la fiabilité.
| Type | Inférieur à 0,5% supérieur à | Moins de 10% entre | Au moins 80% entre | Moins de 10% plus petit que |
| Type 3 | 60 µm | 45-60 µm | 25-45 µm | 25 µm |
| Type 4 | 50 µm | 38-50 µm | 20-38 µm | 20 µm |
| Type 5 | 40 µm | 25-40 µm | 15-25 µm | 15 µm |
| Type 6 | 25 µm | 15-25 µm | 5-15 µm | 5 µm |
| Type 7 | 15 µm | 11-15 µm | 2-11 µm | 2 µm |
Tableau 1. Limites de distribution des particules selon IPC J-STD-005A
Comment décider quand réduire la taille de votre pâte à souder ?
Lorsque vous envisagez de réduire la taille de votre pâte à braser, vous devez tenir compte de la taille et de l'espacement des composants, de l'environnement et des paramètres de production, ainsi que des difficultés potentielles liées à l'utilisation de poudres plus petites.
En général, plus la pâte est petite, plus le processus est difficile. C'est pourquoi le succès final de votre processus dépend de plus en plus de toutes les variations dans les méthodes de production de pâte à souder décrites ci-dessus.
La règle des 5 balles et ses implications
Une heuristique courante utilisée pour déterminer la taille de la poudre à utiliser est la "règle des 5 billes". Cette règle suggère que la plus petite ouverture du pochoir doit être au moins cinq fois supérieure au diamètre des plus grosses particules de la pâte à braser (voir tableau 2).
Par exemple, avec la pâte à braser de type 4, dont les particules vont jusqu'à 38 µm, la plus petite ouverture imprimable serait d'environ 190 µm. Cependant, lorsque nous passons à des poudres plus fines comme le type 6, avec des particules aussi petites que 5-15µm, l'applicabilité pratique de la règle des 5 billes devient incertaine. En effet, les particules extrêmement petites et les espaces plus étroits n'ont pas fait l'objet de tests approfondis, de sorte que la règle peut ne pas être valable ou nécessiter une adaptation pour ces types de poudres avancées.
| Type | Limite inférieure du diamètre de l'ouverture du pochoir selon la règle des 5 billes |
| Type 3 | 225 µm |
| Type 4 | 190 µm |
| Type 5 | 125 µm |
| Type 6 | 75 µm |
| Type 7 | 55 µm |
Tableau 2. Limite inférieure des diamètres d'ouverture des pochoirs selon la règle des 5 billes.
Défis liés à la réduction de la taille de la poudre de pâte à braser
Le passage à une poudre plus petite s'accompagne de compromis, en particulier pour les poudres les plus petites. A savoir, les points suivants :
- Les poudres plus petites sont plus difficiles à produire et leur prix est donc plus élevé.
- Les poudres plus petites ont une plus grande surface par rapport à la masse, et donc un plus grand potentiel d'oxydation. Cela réduit la durée de conservation et les rend plus sensibles aux paramètres du processus, avec des exigences de refusion à l'azote pour les types 6 et inférieurs.
- Les méthodes de fabrication diffèrent d'un fournisseur à l'autre, de sorte que la qualité d'une poudre donnée peut varier considérablement en termes de sphéricité des particules et de distribution de la taille des particules. Ces variations peuvent entraîner des problèmes et des défauts imprévus.
- Des adaptations de la conception du pochoir peuvent être nécessaires pour les poudres plus fines afin d'éviter des problèmes tels que le colmatage du pochoir ou une libération insuffisante de la pâte. Il faut pour cela tenir compte de l'épaisseur du pochoir, de la taille de l'ouverture et de la rugosité de la paroi.
- En général, plus la poudre est petite, plus la fenêtre de traitement est réduite, ce qui signifie que les paramètres tels que la pression et la vitesse de la raclette doivent être réglés avec soin.
Pourquoi faut-il choisir la plus grande taille de poudre possible ?
En raison des compromis importants qu'implique la réduction de la taille, si votre application est proche du seuil suggéré par la règle des 5 balles, il peut être prudent de s'en tenir à la taille la plus grande. En fait, chez AIM, nous avons eu plusieurs cas où notre pâte de type 4 a été plus performante que la pâte de type 5 dans des situations qui étaient à la limite de la décision de réduire la taille.
Supposons par exemple que vous deviez imprimer des cartes dans lesquelles les plus petits composants seront des 01005. Les ouvertures de pochoir recommandées par l'IPC pour ces composants sont de 175 par 250 µm, ce qui peut être en dehors de ce que la pâte de type 4 devrait pouvoir imprimer (≥190µm).
Cependant, avec un peu d'ingéniosité, il est également possible d'utiliser une ouverture carrée arrondie d'une longueur latérale de 190 µm ou légèrement supérieure pour ces composants. Cette forme d'ouverture maximise le volume dans les espaces restreints tout en améliorant l'efficacité du transfert.
Dans ce cas, l'efficacité du transfert peut être maximisée en utilisant un pochoir de 4 mils ou même de 3 mils recouvert de nanoparticules. Par conséquent, si les 01005 sont vos plus petits composants, la pâte de type 4 peut fonctionner et avec peu d'effets secondaires indésirables.
Note sur les pâtes à braser de demi-taille
Certains fabricants vendent des pâtes étiquetées comme étant de type 4.5 ou de type 5.5, ce qui amène les ingénieurs des procédés à se demander s'il ne serait pas judicieux de passer à une demi-taille si leurs composants sont à la limite, comme c'est le cas dans l'affaire décrite ci-dessus.
Cependant, il n'existe pas de spécifications IPC définissant ces demi-types. Si l'on peut s'attendre à ce qu'une pâte étiquetée Type 4.5 ait une granulométrie comprise entre celle du Type 4 et celle du Type 5, la réalité est qu'elle peut être plus grande, plus petite, ou simplement plus large - comme celle que l'on obtiendrait en mélangeant des poudres de Type 4 et de Type 5.
Si vous envisagez d'utiliser une pâte demi-grandeur, assurez-vous d'obtenir une indication claire du fabricant quant à la distribution de la taille des particules avant de procéder.
Conclusion et recommandations
La sélection du type de pâte à braser approprié est cruciale pour obtenir des résultats d'assemblage optimaux. La règle des 5 billes offre une ligne directrice fondamentale pour ce choix, mais il est essentiel de prendre en compte le contexte plus large de vos processus de fabrication et de vos exigences en matière de composants. Avant de réduire la taille de la pâte à braser, évaluez les avantages potentiels par rapport aux défis associés, tels que l'augmentation de l'oxydation ou les problèmes de refusion. L'optimisation des processus existants avec le type de pâte actuel peut atténuer la nécessité de réduire la taille de la pâte, tout en maintenant l'efficacité de la production et la qualité du produit.
Publié à l'origine dans Circuits Assembly