Comment réaliser une bonne connexion brasée en brasage sélectif ?

Lors du brasage sélectif, seule une zone spécifique du PCB entre en contact avec la brasure liquide. Les composants traversants peuvent ainsi être brasés localement sans que l’ensemble du PCB doive passer sur une vague de brasure.

Cette approche locale implique toutefois que le flux et la chaleur nécessaires doivent également être apportés localement. La brasure liquide doit pouvoir remonter depuis la face inférieure du PCB à travers le trou métallisé et mouiller correctement à la fois la broche du composant et la paroi du trou.

La réussite de ce processus ne dépend pas d’un seul réglage. Le flux, le transfert thermique, le rapport entre la broche et le trou ainsi que la masse thermique de l’assemblage doivent fonctionner ensemble.

Que se passe-t-il pendant le brasage ?

Une bonne connexion brasée commence avant même que le PCB n’entre en contact avec la brasure liquide.

Des oxydes peuvent être présents sur les surfaces à braser et rendre le mouillage plus difficile. Le flux aide à éliminer ces oxydes et favorise ainsi le contact entre la brasure liquide et le métal de base.

Il faut ensuite apporter suffisamment de chaleur pour maintenir la brasure à l’état liquide pendant qu’elle remonte à travers le trou métallisé.

Le processus peut être résumé comme suit :

application du flux → préchauffage → contact avec la brasure liquide → mouillage et remplissage du trou → solidification de la connexion

Un problème à l’une de ces étapes peut avoir un impact sur la qualité finale de la connexion brasée.

Le flux doit atteindre la bonne zone

En brasage sélectif, le flux est appliqué localement, par exemple à l’aide d’un microjet. Cela permet de déposer avec précision une petite quantité de flux liquide dans la zone souhaitée.

L’objectif n’est pas simplement de déposer du flux sur la face inférieure du PCB. Le flux doit atteindre les surfaces à braser là où son action est nécessaire.

La géométrie du composant joue ici un rôle important. Si le microjet est dirigé directement vers le centre d’une broche relativement épaisse, par exemple, le flux peut heurter la broche et être dévié. Une quantité insuffisante de flux risque alors de pénétrer dans l’espace entre la broche et le trou.

Le flux peut donc être appliqué à côté de la broche. Selon la géométrie, cela peut se faire d’un seul côté ou des deux côtés. Pour un connecteur, par exemple, une ou plusieurs lignes peuvent être programmées le long d’une rangée de broches.

Utiliser davantage de flux n’est pas automatiquement préférable. Le flux qui se répand en dehors de la zone effectivement brasée peut laisser des résidus dans des zones qui ne sont pas atteintes par le processus de brasage.

Le rapport entre la broche et le trou joue un rôle important

L’espace entre la broche du composant et la paroi du trou métallisé influence la manière dont le flux et la brasure liquide peuvent se déplacer à travers le trou.

La capillarité contribue à ce processus.

À titre indicatif, le diamètre du trou peut être environ 0,5 mm supérieur au diamètre de la broche. Cela correspond à un espace d’environ 0,25 mm de chaque côté de la broche.

Si cet espace est trop faible, il peut devenir plus difficile pour le flux de se répartir correctement dans le trou et d’obtenir un processus de brasage robuste.

La qualité d’une connexion en brasage sélectif ne dépend donc pas uniquement de la machine. La conception du PCB et du composant influence également la fenêtre de processus.

Pourquoi un apport de chaleur suffisant est-il si important ?

Le flux seul ne permet pas d’obtenir une bonne connexion brasée. Une quantité suffisante d’énergie thermique doit également être disponible.

Cet aspect devient particulièrement important pour les assemblages présentant une masse thermique élevée, notamment :

• les PCB multicouches épais ;
• les PCB contenant beaucoup de cuivre ;
• les grands connecteurs ;
• les composants équipés de broches épaisses ou massives.

Le PCB et le composant absorbent de la chaleur provenant de la brasure liquide. Si une trop grande quantité de chaleur est dissipée, la température locale peut chuter excessivement. La brasure risque alors de ne pas remonter suffisamment à travers le trou métallisé.

Le résultat peut être un remplissage insuffisant du trou.

La solution ne consiste pas nécessairement à augmenter simplement la température de brasage. Il faut d’abord comprendre où se produit la perte de chaleur et quel paramètre du processus est le mieux adapté pour la compenser.

Le préchauffage aide à maîtriser la charge thermique

Le préchauffage augmente la température du PCB avant le début du processus de brasage proprement dit.

Cela réduit la différence de température entre l’assemblage et la brasure liquide. La vague de brasure locale doit alors transférer moins d’énergie pour amener le PCB, la broche du composant et le trou métallisé à la température nécessaire.

Cette étape peut être particulièrement importante pour les assemblages présentant une masse thermique élevée et contribuer à obtenir un remplissage suffisant des trous.

À titre indicatif, la face supérieure du PCB peut être préchauffée à environ 100 à 120 °C, à condition que les composants et matériaux présents puissent supporter ces températures.

Il ne s’agit pas d’un réglage universel. La température de préchauffage appropriée doit toujours être adaptée à l’assemblage concerné.

La buse détermine également la quantité de chaleur transférée

La buse ne détermine pas seulement où le brasage est effectué. Son choix influence également le transfert thermique.

Une buse plus grande met une quantité plus importante de brasure liquide en contact avec la zone à braser. Une plus grande quantité d’énergie thermique peut ainsi être transférée.

Un bon point de départ consiste donc à :

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

Lorsque des composants sont placés très près les uns des autres, une buse plus petite peut être nécessaire afin d’éviter d’entrer en contact avec les zones environnantes du PCB.

La plus grande buse n’est donc pas automatiquement la meilleure. L’objectif est d’utiliser la plus grande dimension permettant un processus stable et contrôlé dans l’espace disponible.

Que faire en cas de remplissage insuffisant des trous ?

Lorsque la brasure ne remonte pas suffisamment à travers le trou métallisé, il peut être tentant d’augmenter immédiatement la température ou de prolonger le temps de brasage.

Cela peut parfois aider, mais ne résout pas nécessairement la cause réelle du problème.

Il est préférable de vérifier systématiquement les points suivants :

• Une quantité suffisante de flux atteint-elle réellement le trou métallisé ?
• Le rapport entre la broche et le trou est-il approprié ?
• Le PCB est-il suffisamment préchauffé ?
• La masse thermique autour du point de brasage est-elle importante ?
• La buse sélectionnée permet-elle de transférer suffisamment de chaleur ?
• Le flux et l’alliage de brasure sont-ils adaptés à l’application ?

Ce n’est qu’après avoir identifié la limitation du processus que le paramètre approprié peut être ajusté de manière ciblée.

Une bonne connexion est le résultat de l’ensemble du processus

Le brasage sélectif permet de traiter chaque point de brasage de manière très précise. Il offre ainsi une grande flexibilité pour adapter le processus aux différents composants et configurations de PCB.

Une connexion fiable ne s’obtient toutefois pas en optimisant un seul paramètre.

Le flux doit atteindre les bonnes surfaces, la géométrie doit permettre l’action capillaire et suffisamment de chaleur doit être disponible pour permettre à la brasure de former correctement la connexion.

À partir de cette base, les paramètres de la machine peuvent être optimisés davantage.

Des facteurs tels que la vitesse de brasage, la hauteur de brasage et le choix de la buse jouent un rôle important. Ils influencent non seulement le temps de cycle, mais aussi le transfert thermique et, en fin de compte, la qualité de la connexion brasée.