Optimiser le brasage sélectif : vitesse, hauteur et choix de la buse

Le brasage sélectif permet de régler le processus avec une grande précision. C’est l’un de ses principaux avantages : différents composants présents sur un même PCB peuvent être traités en fonction de leurs besoins spécifiques.

Cette flexibilité ne signifie toutefois pas que chaque paramètre peut être optimisé indépendamment. La vitesse de brasage, la hauteur de brasage, le choix de la buse et le transfert thermique s’influencent mutuellement. Une modification destinée à réduire le temps de cycle peut, par exemple, avoir un impact sur le remplissage des trous ou augmenter le risque de ponts de soudure.

Les bons réglages ne s’obtiennent donc pas en maximisant un seul paramètre, mais en considérant l’ensemble du processus.

Commencez par choisir la bonne buse

Le choix de la buse est souvent déterminé par l’espace disponible autour du composant à braser. Mais la buse joue également un rôle thermique important.

Une buse plus grande met une quantité plus importante de brasure liquide en contact avec la zone à braser. Davantage d’énergie thermique est ainsi disponible pour chauffer la broche du composant, le trou métallisé et la zone environnante du PCB.

Un bon point de départ consiste donc à :

utiliser la plus grande buse possible en fonction de l’espace disponible autour du composant.

Cela ne signifie pas que la plus grande buse disponible est toujours le meilleur choix.

Lorsque des composants sont placés très près les uns des autres, une buse plus petite peut être nécessaire afin d’atteindre uniquement la zone à braser. La configuration du PCB détermine donc également la marge disponible pour optimiser le transfert thermique par le choix de la buse.

Tenez compte de la longueur des broches qui dépassent

Le diamètre de la buse n’est pas le seul facteur important. La position du PCB par rapport à la brasure liquide mérite également une attention particulière.

Les composants traversants peuvent présenter différentes longueurs de broches sous le PCB. Lorsqu’une broche dépasse fortement, il faut conserver suffisamment d’espace entre celle-ci et la buse.

Si la broche touche la buse, elle peut perturber le processus.

En même temps, la brasure liquide doit atteindre une hauteur suffisante pour entrer correctement en contact avec la face inférieure du PCB et former la connexion brasée.

La hauteur de brasage et la longueur des broches doivent donc être considérées ensemble.

Un positionnement mécanique stable est essentiel. De petites variations de distance par rapport à la vague de brasure peuvent modifier les conditions de contact et donc la répétabilité du processus.

Quelle est l’influence de la vitesse de brasage ?

La vitesse de brasage détermine la durée pendant laquelle une zone reste en contact avec la brasure liquide.

Une vitesse plus faible implique généralement un temps de contact plus long. Il y a donc davantage de temps disponible pour transférer la chaleur vers la connexion.

Cela peut être nécessaire pour les assemblages présentant une masse thermique élevée, par exemple un connecteur massif ou un PCB contenant beaucoup de cuivre.

Une vitesse plus élevée réduit le temps de contact et peut raccourcir le temps de cycle. Mais il faut alors disposer de suffisamment d’énergie thermique pour former correctement la connexion pendant cette période plus courte.

À titre indicatif, des vitesses d’environ 5 à 10 mm/s peuvent constituer une plage de travail courante. Des vitesses plus élevées peuvent être possibles si les conditions thermiques, le flux et l’alliage de brasure le permettent.

Il ne s’agit toutefois pas d’un réglage universel.

La vitesse la plus élevée ne donne pas nécessairement le meilleur processus. La bonne vitesse est celle qui permet un transfert thermique suffisant et une connexion fiable sans prolonger inutilement le temps de contact.

Un temps de contact plus long n’est pas toujours la meilleure solution

En cas de remplissage insuffisant des trous, réduire la vitesse de brasage peut sembler être une solution logique.

Un déplacement plus lent laisse effectivement davantage de temps au transfert thermique. Mais si le problème réel est un préchauffage insuffisant, une buse trop petite ou une mauvaise application du flux, cette modification traite principalement le symptôme.

Un temps de contact plus long signifie également que le PCB et le composant sont exposés plus longtemps à la brasure liquide et à des températures élevées.

Lors de l’optimisation du processus, il vaut donc mieux commencer par se demander :

Pourquoi cette connexion a-t-elle besoin de plus de temps ?

Il est parfois possible de braser la même connexion plus rapidement et de manière plus fiable en améliorant le transfert thermique autrement.

La hauteur de brasage détermine le contact avec la vague

La hauteur de la vague de brasure par rapport au PCB influence également le processus.

La brasure liquide doit entrer suffisamment en contact avec la zone souhaitée. Si la hauteur est trop faible, le contact peut être insuffisant. Si elle est trop élevée, le risque augmente que la brasure atteigne des zones qui doivent rester intactes.

Il faut également tenir compte de la géométrie autour du point de brasage : broches qui dépassent, composants voisins et espace disponible autour de la buse.

Il n’existe donc pas une hauteur de brasage idéale et universelle. L’objectif est d’obtenir un contact stable et reproductible entre la brasure et le PCB, sans interaction inutile avec les zones environnantes.

Le mouvement en fin de brasage a également son importance

Ce qui se passe pendant le contact avec la vague de brasure est important, mais la manière dont la connexion quitte la brasure liquide l’est tout autant.

Cet aspect est particulièrement pertinent lors du brasage par déplacement (drag soldering) de connecteurs comportant plusieurs broches.

Lorsque la connexion quitte la vague, la brasure liquide forme un ménisque. La manière dont ce ménisque est rompu peut influencer la quantité de brasure qui reste sur la connexion ainsi que la formation de ponts entre des broches adjacentes.

Il est donc important de terminer le mouvement de brasage de manière contrôlée.

Une méthode possible consiste à abaisser progressivement la vague de brasure à la fin du trajet. Le ménisque peut ainsi se rompre progressivement tandis que le PCB reste en position.

Cela peut contribuer à limiter la formation de ponts de soudure entre des connexions adjacentes.

Un pont de soudure ne se résout pas toujours en modifiant un seul réglage

Lorsque deux connexions adjacentes sont reliées par un excès de brasure, il peut être tentant d’attribuer le problème à un seul paramètre de la machine.

En pratique, plusieurs facteurs peuvent être à l’origine de ponts de soudure.

Il peut s’agir notamment du mouvement lorsque le PCB quitte la vague, de la hauteur de brasage, de la géométrie du composant, du choix de la buse ou encore des propriétés du flux et de l’alliage.

Il est donc préférable de ne pas modifier les réglages au hasard.

Déterminez d’abord à quel moment du processus le pont se forme. Vous pourrez ensuite identifier plus précisément le paramètre à ajuster.

Optimiser signifie considérer les paramètres dans leur ensemble

Supposons que vous souhaitiez réduire le temps de cycle en augmentant la vitesse de brasage.

Cela n’est possible que si la connexion reçoit encore suffisamment d’énergie thermique pendant ce temps de contact plus court.

Vous pouvez alors examiner si :

• une buse plus grande peut être utilisée ;
• le préchauffage peut être optimisé ;
• la hauteur de brasage est correctement réglée ;
• une quantité suffisante de flux est appliquée au bon endroit ;
• l’alliage de brasure est adapté aux conditions de processus souhaitées.

C’est précisément pour cette raison que le brasage sélectif ne peut pas être réduit à un tableau de réglages standard.

La modification d’un paramètre peut avoir des conséquences sur plusieurs autres aspects du processus.

Des réglages machine à un processus stable

La force du brasage sélectif réside dans la possibilité d’adapter précisément le processus au PCB et au composant.

Mais disposer de davantage de possibilités de réglage ne signifie pas que multiplier les réglages conduit automatiquement à un meilleur processus.

Un processus robuste commence par une bonne compréhension de la fonction de chaque paramètre :

le choix de la buse influence le transfert thermique → la hauteur de brasage détermine le contact → la vitesse de brasage détermine le temps de contact → le mouvement de sortie de la vague influence la connexion finale.

Ce n’est qu’en considérant ces facteurs comme un ensemble que vous pouvez optimiser à la fois la qualité du brasage et le temps de cycle.

Il reste toutefois un élément important du processus : la chimie. Le flux et l’alliage de brasure influencent également la fenêtre de processus et les réglages réalisables.