Quel flux et quel alliage de brasure choisir pour le brasage sélectif ?

Dans le brasage sélectif, une grande attention est accordée aux paramètres machine tels que le choix de la buse, la vitesse de brasage et le préchauffage. Mais le flux et l’alliage de brasage utilisés déterminent eux aussi la taille de la fenêtre de procédé.

Le flux est appliqué de manière très localisée et doit éliminer les oxydes et permettre le mouillage. L’alliage de brasage en fusion doit transférer suffisamment de chaleur pour obtenir un bon remplissage des trous (hole fill), tout en limitant la charge thermique sur le PCB et les composants.

C’est pourquoi on ne choisit pas la bonne chimie indépendamment du procédé. PCB, composant, masse thermique, application du flux, température de brasage et temps de cycle souhaité doivent être considérés ensemble.

Quel est le rôle du flux dans le brasage sélectif ?

Le flux prépare les surfaces à braser au contact avec la brasure liquide. Ses composants actifs aident à éliminer les oxydes, afin que la brasure puisse bien mouiller les surfaces métalliques.

Pour les connexions traversantes (through-hole), cette action ne doit pas seulement avoir lieu sur la face inférieure du PCB : le flux doit aussi pouvoir s’écouler suffisamment dans l’espace entre la broche du composant et le trou métallisé.

La manière dont le flux se répartit est donc importante.

Dans le brasage sélectif, le flux est généralement appliqué localement, par exemple avec un fluxeur à micro-jet. Cela permet de travailler de façon très ciblée, sans devoir appliquer du flux sur toute la face inférieure du PCB.

Mais c’est précisément cette application localisée qui impose des exigences spécifiques au flux.

Peut-on utiliser le même flux pour le brasage à la vague et le brasage sélectif ?

Un flux adapté au brasage à la vague peut, dans certains cas, aussi être utilisé pour le brasage sélectif. Cela ne signifie toutefois pas que tout flux pour brasage à la vague soit automatiquement un bon choix.

Les conditions de procédé sont différentes.

Dans le brasage à la vague, une surface plus grande est généralement fluxée, puis passée sur la vague de brasure. Dans le brasage sélectif, le flux est appliqué de manière beaucoup plus ciblée, et seules certaines zones sélectionnées entrent en contact avec la brasure liquide.

Des résidus de flux peuvent donc subsister en dehors de la zone de brasage effective. La quantité de flux et l’endroit où il est appliqué méritent par conséquent une attention particulière.

L’adéquation avec le fluxeur utilisé joue également un rôle. Un flux qui fonctionne bien dans un procédé de brasage donné n’est pas automatiquement optimal pour une application par micro-jet.

La question n’est donc pas seulement de savoir si un flux brase bien, mais aussi s’il convient à la manière dont on l’applique.

Flux à base d’alcool ou à base d’eau ?

Le solvant utilisé joue un rôle important dans le choix d’un flux.

Les flux à base d’alcool s’évaporent relativement facilement pendant le préchauffage. Les flux à base d’eau nécessitent davantage d’énergie pour évaporer suffisamment l’eau.

Cela a des conséquences sur le procédé de préchauffage.

Si une trop grande quantité de solvant est encore présente au moment où le PCB atteint la brasure liquide, cela peut perturber le procédé. Le préchauffage doit donc être ajusté non seulement au PCB et à sa masse thermique, mais aussi au flux utilisé.

Un flux à base d’eau peut donc parfaitement convenir, mais il exige un procédé qui fournit suffisamment d’énergie et de temps pour laisser l’eau s’évaporer.

Pourquoi la composition du flux est-elle importante pour le fluxage par micro-jet ?

Un fluxeur à micro-jet utilise une très petite ouverture pour appliquer le flux de manière ciblée. La composition du flux doit être adaptée à cette méthode d’application.

Les flux contenant certaines résines ou matières solides peuvent, selon leur formulation, être moins adaptés aux applications très fines lorsque des dépôts se forment dans le fluxeur.

Cela peut finalement affecter la reproductibilité du procédé de fluxage.

Lors du choix d’un flux pour le brasage sélectif, il faut donc examiner non seulement son activité chimique, mais aussi des propriétés pratiques telles que :

• l’adéquation à l’application par micro-jet ;
• la stabilité du motif de flux ;
• l’évaporation pendant le préchauffage ;
• la quantité et la nature des résidus ;
• l’activation requise.

Le meilleur flux sur le papier n’est pas nécessairement le meilleur flux pour l’installation utilisée.

Quel doit être le degré d’activité du flux ?

L’activité du flux aide à éliminer les oxydes des surfaces brasables.

Lorsque les surfaces sont difficilement brasables, une activité plus élevée peut élargir la fenêtre de procédé. Mais plus d’activité n’est pas automatiquement mieux.

Des activateurs plus puissants peuvent aussi influencer les propriétés des résidus qui subsistent après le brasage. C’est particulièrement pertinent pour le brasage sélectif, car toutes les zones fluxées n’entrent pas nécessairement en contact avec la brasure liquide.

Un bon point de départ est donc :

utiliser une activité de flux suffisante pour obtenir un mouillage fiable, mais pas plus que ce que l’application exige.

Il faut également tenir compte de la présence éventuelle d’halogènes et des exigences de fiabilité de l’électronique finale.

Quand un flux spécifique au brasage sélectif est-il pertinent ?

Un flux spécifique au brasage sélectif devient intéressant lorsqu’un flux standard commence à poser des limites.

Pensez par exemple aux situations dans lesquelles :

• le flux est difficile à appliquer de manière reproductible avec un micro-jet ;
• trop peu de flux traverse le trou ;
• trop de résidus subsistent en dehors de la zone de brasage ;
• l’activation requise ne correspond pas à la brasabilité du PCB et du composant ;
• le procédé de préchauffage disponible n’est pas bien adapté au solvant ;
• des billes de brasure (solder balls) ou d’autres problèmes de procédé apparaissent.

Le point de départ ne doit donc pas forcément être que le brasage sélectif exige toujours un flux spécifique.

Il est plus important d’évaluer si le flux correspond au procédé réel. Si ce n’est pas le cas, un flux spécifiquement adapté au brasage sélectif peut élargir la fenêtre de procédé.

L’alliage de brasage détermine lui aussi la fenêtre de procédé

Le flux n’est qu’une partie de la chimie. L’alliage de brasage a lui aussi une grande influence sur le procédé de brasage sélectif.

Une propriété importante est la température de fusion.

De nombreux procédés sans plomb utilisent des alliages SnAgCu tels que le SAC305. Ces alliages nécessitent des températures de procédé relativement élevées. Il faut donc transférer suffisamment d’énergie pour amener à température à la fois le joint de brasure et la masse thermique du PCB et du composant.

Cela peut devenir un défi, en particulier avec des connecteurs lourds, des PCB épais ou beaucoup de cuivre.

Vous pouvez y réagir, par exemple, en :

• préchauffant davantage ;
• prévoyant un contact plus long avec la brasure liquide ;
• réduisant la vitesse de brasage ;
• utilisant une buse plus grande ;
• ajustant la température de brasage.

Mais chaque intervention a des conséquences sur le procédé et sur la charge thermique.

Que peut changer un alliage à point de fusion plus bas ?

Un alliage de brasage à point de fusion plus bas peut réduire la quantité d’énergie thermique nécessaire.

Cela peut offrir des avantages intéressants pour le procédé. Une température de brasage plus basse signifie moins de contraintes thermiques pour le PCB et les composants. En outre, dans certaines applications, le brasage peut être plus rapide, car il faut moins d’énergie pour porter le joint au-dessus de son point de fusion.

Cela peut donc influencer à la fois la marge de procédé et le temps de cycle.

Un alliage à point de fusion plus bas n’est toutefois pas automatiquement le meilleur choix.

Les propriétés mécaniques, les exigences de fiabilité, la compatibilité avec les finitions des composants et les exigences de l’application finale restent déterminantes. Changer d’alliage est donc une décision lourde de conséquences, et non un simple réglage machine.

Le flux et l’alliage doivent être choisis en fonction du procédé

Supposons qu’un joint présente un remplissage de trou insuffisant. Il peut alors être tentant de choisir immédiatement un flux plus actif.

Mais le flux n’est peut-être pas le problème.

La cause peut aussi résider dans un préchauffage insuffisant, une buse trop petite, une vitesse de brasage trop élevée ou un alliage de brasage qui, combiné à la masse thermique, exige trop d’énergie.

L’inverse est également vrai. Modifier un réglage machine n’a guère de sens si le flux utilisé n’est pas suffisamment adapté à la méthode d’application ou aux surfaces à braser.

C’est pourquoi la chimie et les paramètres machine doivent être considérés comme un seul et même procédé.

Partir de l’application, pas du produit

Il n’existe pas de flux ou d’alliage de brasage universel qui soit le meilleur choix pour chaque application de brasage sélectif.

Un procédé stable commence par les bonnes questions :

• Quels PCB et composants doivent être brasés ?
• Quelle est l’importance de la masse thermique ?
• Comment le flux est-il appliqué ?
• Quelle activation est nécessaire ?
• Quels résidus sont acceptables ?
• Quel alliage de brasage est utilisé ?
• Quelle charge thermique est admissible ?
• Quel temps de cycle doit être atteint ?

Sur cette base, on peut déterminer si un flux existant suffit ou si un flux spécifique au brasage sélectif apporte une valeur ajoutée. Le choix de l’alliage peut ensuite lui aussi être évalué en fonction de l’ensemble du procédé.