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Boule de soudure PCB – Comment faire un bien

À propos du Boule de soudure PCB, Une boule de soudure est une boule de soudure qui peut servir à connecter un boîtier de puce et un PCB. Vous pouvez également utiliser les billes de soudure pour connecter des boîtiers empilés dans des panneaux multi-puces.

Elles peuvent être montées sur les cartes de circuits imprimés manuellement ou à l’aide d’un équipement automatisé. Leur placement est généralement sécurisé par un flux collant.

Cependant, les boules de soudure sont une arme à double tranchant. Les billes de soudure sont également le défaut le plus courant qui nuit aux processus d’assemblage SMT. Une bille de soudure placée à moins de 0,13 mm des traces, ou dont le diamètre est supérieur à 0,13 mm, viole le principe de dégagement électrique minimum.

Les erreurs qui peuvent amener une bille de soudure à provoquer des défauts dans un PCB assemblé sont innombrables. Selon l’IPC, les billes de soudure ne provoquent pas de défauts tant qu’elles sont maintenues fermement en place. Cet article examine le bon, le mauvais et le laid des billes de soudure.

 1、Qu’est-ce qu’une boule de soudure ?

Les billes de soudure sont également appelées bosse de soudure ou sphère de soudure, en raison de leur géométrie. Une boule de soudure est un morceau sphérique de soudure utilisé pour connecter les paquets de puces aux PCB.

Les billes de soudure sont créées par des processus séquentiels de flux/trempage ou de refusion. Après être passées par ces processus, elles sont ensuite dégraissées et classées.

Vous pouvez augmenter la fiabilité du contact d’une bille de soudure en aplatissant sa forme de bille en forme de pièce de monnaie. Nous appelons une telle boule de soudure une boule de soudure en forme de pièce de monnaie.

Quand les billes de soudure sont une mauvaise nouvelle pour le PCB

Une bille de soudure peut également provoquer des défauts dans un PCB. Elles peuvent nuire à la fiabilité électrique d’un circuit imprimé électronique. Les billes de soudure situées à moins de 0,13 mm des traces, ou dont le diamètre est supérieur à 0,13 mm, violent le principe de dégagement électrique minimum.

La norme IPC A 610 stipule que même les cartes de soudure dont le diamètre est <=0,13mm peuvent provoquer des défauts. De tels défauts se produisent lorsque cinq billes de soudure ayant le diamètre stipulé sont placées avec 100mm^2.

Vous pouvez créer par inadvertance des boules de soudure nuisibles pendant la refusion automatisée, ainsi que pendant le soudage à la main. Lorsque la boule de soudure n’est pas déformée dans le résidu non nettoyé ou le revêtement conforme, elle devient un fléau.

Cependant, il peut être compliqué de déterminer si la bille est piégée dans un résidu non nettoyé ou un revêtement conforme. Cependant, un moyen naturel et fiable que vous pouvez utiliser pour le déterminer est de la balayer à la brosse.

Si elle reste en place après que vous l’ayez caressée avec une brosse, elle ne provoquera aucun défaut. C’est l’avis de l’IPC sur la question.

Il existe d’autres moyens de dépanner une boule de soudure problématique. La méthode de dépannage la plus efficace consiste d’abord à essayer d’identifier le stade où la boule de soudure involontaire se produit.

La boule de soudure défectueuse peut se produire soit au cours du processus d’impression, soit au cours de la méthode pick-and-place, soit au cours du processus de refusion.

Les billes de soudure font partie intégrante de la plupart des produits électroniques grand public. Cependant, comme les consommateurs exigent de plus en plus des appareils électroniques plus intelligents, plus puissants et plus portables, il est devenu de plus en plus important de bien faire les choses avec les cartes de soudure.

Cependant, les billes de soudure restent l’un des composants les plus complexes et les plus délicats des circuits électriques. Son utilisation requiert un haut degré de conscience.

Vous voulez connaître la meilleure façon d’utiliser les billes de soudure ? Lisez la suite.

Boule de soudure PCB

Boule à souder

2、Vanne à bille de soudure

Une vanne à bille de soudure peut servir de connecteur entre plusieurs piles de puces dans un circuit imprimé. Elle peut servir à réguler le flux d’électrons et de signaux entre les différentes couches de la pile.

Les vannes à bille de soudure sont généralement contenues dans un Ball Grid Array (BGA). Un BGA offre généralement plus d’inter-connectivité qu’un boîtier double en ligne ou plat.

Comment souder une vanne à bille

La méthode décrite ici consiste à placer des valves à bille de soudure sur des boîtiers BGA à l’aide d’un outil de prélèvement de bille. L’objectif principal est de former un réseau de billes de soudure sur un substrat.

Vous utiliserez ce substrat pour interconnecter les sites conducteurs sur d’autres substrats.

Pour mettre en œuvre cette méthode, vous aurez besoin d’un outil de ramassage de billes. Cet outil de ramassage de billes utilise l’aspiration par le vide pour ramasser les billes de soudure à partir d’un réservoir de billes fluidisées. Cela implique que vous avez besoin d’un réservoir de billes de soudure qui contient une collection de billes de soudure préfabriquées.

Le réservoir doit également être fourni avec des agents de fixation. Cela signifie également que vous avez besoin d’au moins un aspirateur. Cela signifie également que vous avez besoin d’au moins une source de vide pour fournir à l’orifice de l’outil une puissance d’aspiration.

L’outil d’aspiration sous vide est doté d’au moins un orifice permettant de prélever un outil de soudure préfabriqué. Il est également doté d’un siège à bille relié à une source de vide et à une source de pression, contrôlable.

L’outil déploie un jet de gaz pour injecter les billes de soudure prélevées dans les sites conducteurs d’un substrat.

Dans une autre disposition de la technologie, les plots du substrat sont placés dans un réservoir de billes fluidisées. Le revêtement est appliqué avec un flux ou un adhésif qui attire et se lie avec les billes de soudure dans le réservoir.

Vous voulez encore en savoir plus sur les meilleures façons d’utiliser les billes de soudure ? Vous le découvrirez dans le chapitre suivant.

Soudage manuel

Boule de soudure

3、Comment faire une boule de soudure ?

L’une des méthodes de création de boule de soudure les plus anciennes et les plus utilisées est la conception à 3 orifices. Dans cette méthode, vous commencez par acquérir un alliage de soudure solide, de préférence un Sn63Pb37 ou une soudure sans plomb.

Transformez l’alliage de soudure en un fil de soudure ou une feuille de soudure. Pour un fil, coupez-le en petits morceaux, et pour une feuille de soudure, faites-en des morceaux. Découpez les morceaux et les mèches dans des mesures qui donneront exactement le volume d’une boule de soudure de 2 mm de diamètre.

Ensuite, placez les morceaux et les specks dans une colonne d’huile chaude pour les faire fondre. La section supérieure de la colonne d’huile chaude doit avoir une température supérieure au point de fusion. Par ailleurs, la température de la section inférieure doit être inférieure au point de fusion.

Vous obtiendrez vos boules de soudure souhaitées lorsque les morceaux et les taches dans la colonne d’huile chaude fondront. Ensuite, il faut refroidir les boules dans un liquide visqueux.

Notez que la présence d’oxydes dans la colonne peut déformer la forme sphérique des boules. Cependant, vous pouvez placer un film de flux sur la colonne pour éviter cela.

Cette méthode est très efficace et peu coûteuse. Avec cette méthode, vous pouvez créer jusqu’à 7 000 billes de soudure de haute qualité par seconde dans n’importe quel orifice. Toutefois, cette technique présente aussi des inconvénients.

La technique peut être sujette à la contamination et se révéler désordonnée.

Chacune des billes aura un poids différent, bien que vous puissiez mesurer leurs valeurs. De plus, il est presque impossible d’obtenir des boules avec une tolérance de 1,5 %.

L’importance de l’emballage de la boule de soudure formée

Comme indiqué ci-dessus, la présence d’oxydes peut déformer la forme de la boule de soudure. L’emballage est un moyen d’empêcher l’oxydation des billes de soudure.

Non seulement l’emballage peut empêcher l’élimination de l’oxygène, mais il peut également prolonger la durée de conservation des billes de soudure au-delà de leur date d’expiration.

Vous voulez en savoir plus sur la manière d’éviter les cartes de soudure défectueuses ? Le chapitre suivant contient les réponses.

Inspection manuelle

Boule de soudure

4、Qu’est-ce qui cause les boules de soudure pendant le soudage à la main ?

Voici quelques-unes des causes des boules de soudure.

Boule de soudure PCB – Humidité

La présence d’humidité dans votre pâte à souder peut provoquer l’explosion des boules de soudure pendant la refusion. L’eau s’infiltre dans la pâte à braser pendant la réfrigération.

Si la pâte n’atteint pas la température ambiante après sa sortie du réfrigérateur, elle absorbera l’humidité. Cependant, vous pouvez éliminer l’eau en la cuisant.

Boule de soudure PCB Carte de circuit imprimé

La carte elle-même peut provoquer des boules de soudure indésirables lors du soudage à la main. L’air, l’humidité ou l’alcool utilisés pour nettoyer la carte peuvent faire en sorte que la carte produise des boules de soudure indésirables.

Ces contaminants peuvent s’infiltrer entre les couches, les vias ouverts et les trous de passage d’une carte dont le placage est fissuré ou incomplet. En outre, lorsque la carte est chauffée par refusion, ces contaminants sont expulsés. Leur fuite soudaine projette des gaz dans toutes les directions et, par conséquent, souffle la soudure liquide sur la carte. Les gaz de flux de pâte peuvent également produire cet effet lorsqu’ils s’échappent des sections du panneau proches de la surface.

Si votre carte laisse passer des contaminants par les bords ouverts, les fissures des vias et les trous de passage, il n’y a pas beaucoup d’espoir. Vous devrez très probablement refaire la carte, car vous ne pouvez pas éliminer l’air emprisonné par cuisson.

Si des gaz de pâte s’échappent du dessous de la carte, vous pouvez résoudre ce problème en réduisant la quantité de pâte. Vous pouvez également résoudre ce problème en réduisant la quantité de substances volatiles dans la pâte.

Boule de soudure PCB Pochoirs maculés

Il se peut que votre pochoir dépose de la pâte à braser de manière discriminatoire. Vous devez vous assurer que le processus de nettoyage sous le pochoir que vous utilisez est efficace et complet.

Il se peut que vous utilisiez un rouleau d’essuyage sous pochoir inapproprié, trop épais. L’épaisseur inadéquate du registre peut entraîner l’étalement des billes sur la face inférieure du pochoir. De plus, lorsque vous utilisez finalement le pochoir sur un PCB, les billes supplémentaires se déposent sur la carte.

Formulation inappropriée de la pâte à souder

Les pâtes à souder mal formulées peuvent exploser pendant la refusion et projeter des soudures liquides de manière aléatoire sur la carte. Les matériaux volatils sont généralement les causes les plus probables de l’explosion.

Dans ce cas, vous pouvez éviter ces explosions en réduisant la vitesse de la rampe de préchauffage. Cela permet aux matériaux volatils d’être expulsés sans dégazage brutal. Cependant, vous devez vous assurer que vous préchauffez suffisamment lentement.

La meilleure technique de dépannage pour les boules de soudure qui se produisent pendant le soudage à la main

La meilleure façon de découvrir les causes des boules de soudure lors du brasage à la main est de tester plusieurs produits. L’objectif est de vérifier si le défaut se produit sur certains types de PCB. Faites fonctionner plusieurs cartes avec la même pâte à braser et le même équipement pour identifier les variables exactes à l’origine du défaut.

Dans le prochain chapitre, nous nous pencherons sur la fiabilité des boules de soudure et sur les techniques de dépannage à utiliser.

Boule de soudure PCB

Boule à souder

5、La fiabilité de la boule de soudure

Des études ont été menées pour montrer les effets de l’épaisseur du film de Pd sur la fiabilité du joint de la boule de soudure. Le sujet de l’étude était le placage Ni/Pd/Au sans courant sur une rotule de soudure Sn-3.0Ag-0.5Cu (SAC305). L’étude a utilisé un test de cisaillement de la boule de soudure.

L’épaisseur du film de Pd comprise entre 0,05 et 0,02 micron était optimale pour la fiabilité du joint de soudure après de multiples cycles de refusion. Des études ont également montré que les joints à boule de soudure sont plus fiables lorsqu’on utilise des électrodes d’une épaisseur de 0,02 micron.

Ce résultat est même meilleur que celui obtenu en utilisant un placage Ni/ Au sans courant.

L’étude montre également que la forme et l’épaisseur des composés intermétalliques (IMC) déterminent la fiabilité d’une boule de soudure. En particulier, le degré d’adhésion à la couche de dendrite de l’interface IMCs/soudure influence énormément la fiabilité d’une bille de soudure.

Il a également été démontré que les IMC (Cu, Ni, Pd)6Sn5 qui contiennent des quantités infimes de Pd donnent une excellente fiabilité des joints de la boule de soudure. Principalement parce que le Pd inhibe la croissance de l’IMC.

Vous voulez explorer plus avant les problèmes qui limitent la fiabilité des boules de soudure ? Lisez la suite

6、Problèmes et défauts

La norme IPC A 610 stipule que cinq billes de soudure de diamètre <=0,13mm ne sont pas censées être placées dans un rayon de 100mm^2. Cependant, ce n’est pas la seule raison pour laquelle une boule de soudure est défectueuse.

La soudure peut couler sur une piste humide à cause d’une mauvaise couche de résist. Une couche peu fiable peut ne pas adhérer au revêtement étain/plomb d’une piste. Le revêtement peut également échouer en raison d’un mauvais contrôle de l’épaisseur de l’impression. Il serait utile que vous fassiez très attention lorsque vous retirez les boules de soudure résultant d’un revêtement de réserve faible induit par l’humidité. Vous pourriez facilement endommager la piste en le faisant.

Boule de soudure PCB – Soudage à la vague

Des boules de soudure aléatoires peuvent se produire en raison de la projection de la vague. Ce défaut est donc directement lié aux paramètres de la soudure à la vague. La séparation de la serrure peut être assistée par le placement de la soudure à distance des pistes.

Dans ce cas, La soudure des Boule de soudure PCB peut rebondir à partir de la piscine fondue

De même, une boule de soudure peut se former si vous réglez le préchauffage de manière incorrecte ou si vous augmentez la quantité de flux de manière inappropriée. Dans ce cas, le solvant s’échappera du flux de manière défectueuse.

Vous pouvez identifier ce problème en plaçant une plaque de verre au-dessus de l’onde. Vous devriez voir quelques bulles au fond du verre lorsque celui-ci entre en contact avec l’onde. Moins il y a de bulles, mieux c’est.

Vous devez également confirmer que la résistance et le flux sont compatibles.

Explosion de matériaux volatils

L’apparition de joints de soudure aléatoires peut également être due à des explosions provoquées par les résidus volatils présents dans le flux. Vous pouvez résoudre ce problème en plaçant un morceau de carte blanche au-dessus de l’onde, en le laissant là pendant que l’onde se déroule.

Il serait utile de ne pas traiter la planche pendant que vous faites cela la première fois. Ensuite, passez la planche dans la machine en laissant le morceau de carte blanche en place. Vous identifierez très probablement le coupable à partir de là.

En résumé

De nombreuses raisons peuvent être à l’origine de cartes à souder défectueuses. Vous trouverez ci-dessous un récapitulatif des causes les plus courantes :

L’absence de masques de soudure entre les pastilles adjacentes.

La température de préchauffage n’est pas assez élevée pour activer le flux.

L’absence d’espace adéquat entre les pastilles adjacentes.

Un mauvais placement des éléments sur une carte de circuit imprimé.

Des résidus de soudure laissés sur les surfaces et les pastilles du circuit imprimé.

Pâte à braser expulsée en raison d’une pression trop élevée lors du placement.

L’utilisation de pâte en excès et l’apparition d’un affaissement de la pâte.

Un pochoir mal nettoyé et maculé de pâte à braser sur sa face inférieure.

Un mauvais alignement de la pâte à braser lors de l’impression.

Les meilleures méthodes de dépannage

1. Assurez-vous que le tapis et le pochoir sont compatibles, et que les dimensions sont correctes.

2. Nettoyez les pochoirs aussi rapidement et aussi soigneusement que possible.

3. Ajuster la pression d’impression de la pâte à braser.

4. Eliminer l’espace entre le PCB et le pochoir.

5.utiliser un autre masque de soudure entre les pastilles.

6. Ajuster la pression pour prendre et placer la buse.

7. Séparer le nouveau flex de l’ancien flex.

Boule de soudure PCB

Boule de soudure

7、Conclusion

Une façon de vous assurer que vous faites les choses correctement est d’utiliser des outils d’observation de haute qualité. Vérifiez tout endroit où une pâte à souder est utilisée au cours de chaque processus à l’aide d’un microscope ou de rayons X.

Quel que soit le type de composants installés et le PCB ou le nettoyage du panneau, vous pouvez utiliser ces outils pour observer. Toutefois, en procédant ainsi et en utilisant également les informations contenues dans ce guide, vous ferez le meilleur usage des cartes à souder.

Néanmoins, vous devriez pouvoir obtenir de l’aide de votre fabricant. Cependant, vous devez également vous assurer que l’assistance technique que vous obtenez de votre fabricant provient d’un technicien expérimenté. Les représentants de votre fabricant ne sont pas tous suffisamment compétents pour connaître les particularités de vos circuits électroniques.

En revanche, nous avons une solide expérience et une grande connaissance des billes de soudure et des circuits imprimés. Vous pouvez profiter dès aujourd’hui de notre réservoir de connaissances approfondies des processus SMT.

Hommer
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