Comment éviter les défauts lors du processus d’impression par pochoir en assemblage CMS ?

Un composant mal aligné après la refusion, un pont de soudure ou une quantité insuffisante de brasure sur une connexion : lorsqu’un défaut devient visible, sa cause ne se situe pas nécessairement à l’endroit où il est détecté.

Dans un processus d’assemblage CMS, une partie importante de la qualité finale se joue déjà lors de l’impression par pochoir. À cette étape, la bonne quantité de pâte à braser doit être déposée au bon endroit sur chaque plage de connexion. Toute variation introduite à ce stade se répercute sur les étapes suivantes du processus d’assemblage.

Un bon résultat d’impression ne dépend toutefois pas d’un seul réglage. L’alignement, le support du PCB, la pression de la raclette, la vitesse d’impression, le contact entre le PCB et le pochoir ainsi que leur séparation après l’impression interagissent.

Pour éviter les défauts, il faut donc considérer l’ensemble du processus d’impression.

Pourquoi l’impression par pochoir est-elle si importante ?

Lors de l’impression, le PCB est positionné contre le pochoir. Une raclette déplace la pâte à braser sur le pochoir et remplit les ouvertures, ou apertures. Lorsque le PCB et le pochoir sont ensuite séparés, la pâte doit se libérer de manière contrôlée des apertures et rester sur les plages du PCB.

Le résultat recherché semble simple : des dépôts bien définis contenant une quantité maîtrisée de pâte à braser.

Mais plusieurs paramètres peuvent influencer ce résultat. Un contact insuffisant entre le PCB et le pochoir peut permettre à la pâte de s’introduire entre les deux. Une pression de raclette incorrecte peut entraîner un remplissage insuffisant des apertures ou d’autres effets indésirables. Une mauvaise libération peut quant à elle laisser une partie de la pâte dans les ouvertures du pochoir.

Le processus d’impression doit donc être réglé comme un ensemble cohérent.

Commencez par un alignement correct

Les ouvertures du pochoir doivent être correctement positionnées par rapport aux plages du PCB.

Sur les imprimantes inline modernes, l’alignement horizontal est généralement effectué automatiquement à l’aide de systèmes de vision et de points de référence. La machine détermine ainsi la position du PCB et du pochoir l’un par rapport à l’autre.

Mais l’alignement horizontal ne représente qu’une partie du processus.

Le PCB et le pochoir doivent également être correctement positionnés dans le sens vertical. Si un espace indésirable apparaît d’un côté, le résultat d’impression peut être affecté.

Un positionnement correct signifie donc :

les ouvertures du pochoir se trouvent au bon endroit et le pochoir et le PCB sont correctement en contact.

Le support du PCB est une condition de base

Le support du PCB est un facteur qui peut facilement être sous-estimé.

Pendant l’impression, le PCB est amené contre le pochoir tandis que la raclette exerce une force. Si la carte n’est pas suffisamment soutenue, elle peut fléchir localement.

La distance entre le PCB et le pochoir risque alors de ne plus être constante sur toute la surface. Même si les autres paramètres sont correctement réglés, cela peut entraîner un résultat d’impression instable.

Le support du PCB est donc explicitement identifié comme l’un des paramètres essentiels du processus. Le principe est simple : plus le PCB est correctement soutenu, plus la base du processus d’impression est stable.

Le support d’un PCB assemblé sur une seule face est relativement simple. Pour les assemblages double face, la situation devient plus complexe, car des composants peuvent déjà être présents sur la face inférieure.

Les supports fixes ne peuvent alors pas être placés directement sous un composant. Selon le mix de produits et les volumes de production, il est possible d’utiliser des supports réglables, des systèmes à ressort ou des supports spécifiques au produit.

Assurez un contact suffisant entre le pochoir et le PCB

Dans la plupart des applications, l’impression est réalisée sans espace volontaire entre le PCB et le pochoir : le PCB est amené contre le pochoir.

Un contact insuffisant peut permettre à la pâte à braser de pénétrer entre le PCB et le pochoir. De la pâte peut alors être déposée en dehors des plages prévues, avec des conséquences possibles telles que des bavures, des billes de soudure ou des ponts de soudure.

Une pression plus élevée n’est toutefois pas automatiquement préférable.

Une pression excessive entre le PCB et le pochoir peut augmenter les contraintes mécaniques et l’usure. L’objectif n’est donc pas d’appliquer une force maximale, mais d’obtenir un contact stable et reproductible.

Pression de la raclette : suffisante, mais pas excessive

La raclette doit déplacer la pâte à braser sur le pochoir et remplir correctement les apertures.

Une pression suffisante est donc nécessaire.

Si la pression est trop faible, de la pâte peut rester sur la surface du pochoir et les apertures risquent de ne pas être correctement remplies.

Mais, ici aussi, une pression plus élevée n’est pas nécessairement meilleure.

Une pression excessive augmente l’usure de la raclette et du pochoir et peut pousser la pâte entre le pochoir et le PCB. Le scooping – lorsque la pâte est partiellement retirée d’une aperture – peut également être associé à une pression de raclette trop élevée.

Un bon principe de départ consiste donc à :

régler la pression de la raclette de manière à ce que le pochoir soit propre après son passage, sans appliquer de pression supplémentaire inutile.

La pression de la raclette n’est ainsi plus considérée comme une simple valeur machine, mais comme un paramètre à évaluer en fonction du résultat d’impression réel.

La vitesse d’impression et la pression de la raclette sont liées

La vitesse à laquelle la raclette se déplace sur le pochoir influence également le processus.

Toutes les pâtes à braser ne se comportent pas de la même manière à toutes les vitesses d’impression. Elles peuvent donc être testées à différentes vitesses afin de déterminer une fenêtre de processus recommandée.

Il est important de noter que la vitesse d’impression ne peut pas être considérée indépendamment de la pression de la raclette.

Lorsque la vitesse d’impression augmente fortement, la pression nécessaire peut également changer. Ces paramètres doivent donc être évalués ensemble.

Dans une ligne de production, un autre aspect pratique intervient : l’imprimante ne doit pas devenir inutilement le goulot d’étranglement de la ligne. Mais imprimer le plus rapidement possible n’est pas non plus l’objectif. La vitesse choisie doit rester dans la fenêtre de processus stable de la pâte à braser et de l’application.

Après l’impression vient une étape critique : la libération de la pâte

Une fois les apertures remplies, le PCB et le pochoir doivent être séparés.

Ce mouvement peut sembler simple, mais il influence directement la quantité de pâte qui reste réellement sur le PCB.

Si la pâte ne se libère pas correctement de l’ouverture, une partie peut rester sur les parois de l’aperture. Cet aspect devient de plus en plus critique avec de petites ouvertures et des applications à pas fin.

La vitesse de séparation (separation speed) – c’est-à-dire la vitesse à laquelle le PCB et le pochoir s’éloignent l’un de l’autre – constitue donc un paramètre réglable. La valeur optimale dépend notamment de la pâte à braser utilisée et de la géométrie du pochoir. Dans les essais de pâtes décrits dans la source, cette vitesse est explicitement évaluée afin d’identifier les conditions offrant le meilleur transfert de pâte.

Une vitesse de séparation plus élevée n’est donc pas automatiquement préférable. L’objectif est une libération contrôlée permettant au maximum du volume de pâte prévu de rester correctement sur la plage.

Le nettoyage du pochoir fait également partie de la maîtrise du processus

Même un processus correctement réglé ne reste pas stable automatiquement.

De la pâte à braser peut s’accumuler sous le pochoir ou rester dans les apertures. De nombreuses imprimantes disposent donc d’un système automatique de nettoyage de la face inférieure du pochoir.

Il n’existe pas d’intervalle de nettoyage universel. La fréquence nécessaire dépend notamment du produit et de la présence de structures à pas fin. Selon l’application, un nettoyage fréquent peut être nécessaire, tandis que dans d’autres cas plusieurs dizaines d’impressions peuvent être réalisées avant de devoir nettoyer le pochoir.

Le produit de nettoyage mérite lui aussi une attention particulière. Il doit être adapté à la pâte à braser utilisée et ne pas laisser de résidus indésirables sur le pochoir.

Un pochoir encore humide après le nettoyage peut à son tour influencer le comportement de la pâte.

Contrôlez le résultat, pas seulement les réglages

Un processus peut présenter des paramètres corrects sur le papier et malgré tout produire des écarts.

C’est donc le résultat d’impression qui compte en définitive.

Idéalement, le dépôt de pâte doit présenter :

• une position correcte ;
• un volume de pâte suffisant et reproductible ;
• des contours bien définis ;
• une surface régulière ;
• aussi peu de pâte indésirable que possible en dehors de la zone prévue.

Des systèmes de vision intégrés à l’imprimante peuvent être utilisés pour effectuer certains contrôles. Pour une maîtrise plus approfondie du processus, un système SPI (Solder Paste Inspection) peut être mis en œuvre. Il permet d’inspecter la pâte à braser imprimée et de détecter les écarts très tôt dans le processus.

C’est important : plus une anomalie est détectée tôt, moins un PCB défectueux aura déjà parcouru d’étapes de production.

Une bonne impression résulte de l’interaction entre les paramètres

Lorsqu’un problème survient pendant l’impression par pochoir, il peut être tentant de modifier immédiatement un seul paramètre.

Augmenter la pression de la raclette. Imprimer plus lentement. Nettoyer plus souvent.

Mais modifier un réglage sans comprendre la cause peut créer un autre problème.

Un processus d’impression stable exige donc que plusieurs conditions soient réunies :

• le PCB et le pochoir sont correctement alignés ;
• le PCB est suffisamment soutenu aux bons endroits ;
• le PCB et le pochoir établissent un contact reproductible ;
• la pression de la raclette et la vitesse d’impression sont adaptées l’une à l’autre et à la pâte ;
• la pâte se libère des ouvertures du pochoir de manière contrôlée ;
• le pochoir et les apertures restent suffisamment propres ;
• le résultat final de l’impression est contrôlé.

L’objectif n’est pas d’optimiser chaque paramètre séparément, mais de créer une fenêtre de processus dans laquelle ils fonctionnent ensemble pour obtenir un dépôt de pâte à braser reproductible.

Éviter les défauts commence avant le pick-and-place

Lorsqu’un défaut n’apparaît qu’après la refusion, il est important de ne pas se concentrer uniquement sur le four de refusion ou le placement des composants.

La cause peut se situer plus tôt dans le processus.

L’impression par pochoir détermine la quantité de pâte à braser déposée sur le PCB, son emplacement et la répétabilité du résultat d’une impression à l’autre. Cette étape mérite donc autant d’attention que les autres étapes de la ligne CMS.

Un processus d’assemblage CMS stable commence par un dépôt de pâte à braser stable.