Rapport broche-trou en soudage THT : quel est le rapport idéal ?

Pour les composants THT, un bon remplissage des trous est essentiel afin d’obtenir une connexion soudée fiable. Le rapport entre le diamètre de la broche du composant et celui du trou métallisé joue ici un rôle important. Un jeu trop grand ou trop petit peut limiter l’action capillaire et rendre plus difficile la remontée de la brasure liquide dans le trou.

En pratique, une règle simple consiste à prévoir un diamètre de trou environ 0,5 mm supérieur au diamètre de la broche. On obtient ainsi un jeu d’environ 0,25 mm de chaque côté de la broche, ce qui offre des conditions favorables à l’action capillaire. Le rapport broche-trou n’est toutefois pas le seul facteur qui détermine la qualité du remplissage.

Pourquoi un bon remplissage des trous est-il important ?

Lors du soudage à la vague et du soudage sélectif, la brasure liquide entre en contact avec la broche du composant et le trou métallisé depuis la face inférieure du PCB. Elle doit ensuite remonter dans l’espace situé entre la broche et la paroi du trou.

Le niveau de remplissage requis dépend notamment de la classe de qualité applicable et des exigences du produit. Pour les applications exigeant une fiabilité élevée, les critères sont généralement plus stricts. Il est donc important d’optimiser à la fois la conception du PCB et le procédé de soudage afin de favoriser une remontée maximale de la brasure.

L’action capillaire fait remonter la brasure

La remontée de la brasure liquide est en grande partie due à l’action capillaire. Un liquide peut remonter dans un espace étroit en s’opposant à la gravité.

Ce phénomène est décrit par la loi de Jurin. Dans le cadre du soudage, quatre facteurs sont particulièrement importants :

• la tension superficielle de la brasure liquide
• l’angle de contact entre la brasure et la surface à mouiller
• la densité de la brasure
• le jeu entre la broche du composant et la paroi du trou

Ce dernier facteur peut être directement influencé dès la conception du PCB.

Quel est le rapport broche-trou idéal ?

Pour le soudage THT, une plage pratique pour le jeu entre la broche et le trou se situe autour de 0,1 à 0,4 mm de chaque côté. Un jeu d’environ 0,25 mm de chaque côté crée des conditions favorables à l’action capillaire.

On obtient ainsi une règle de conception simple :

diamètre du trou = diamètre de la broche + environ 0,5 mm

Par exemple, si la broche d’un composant présente un diamètre de 1,0 mm, un trou d’environ 1,5 mm constitue un point de départ logique du point de vue de la capillarité.

Un trou plus grand n’est donc pas automatiquement préférable. Plus le jeu augmente, plus l’action capillaire diminue. Un jeu extrêmement faible n’est pas souhaitable non plus, car l’obstruction physique et la résistance peuvent limiter l’écoulement de la brasure.

Quels autres facteurs influencent le remplissage des trous ?

Un rapport broche-trou correct ne garantit pas à lui seul un remplissage complet. Plusieurs paramètres du procédé jouent également un rôle important.

Flux et mouillage

Pour obtenir une action capillaire efficace, la brasure liquide doit correctement mouiller les surfaces métalliques. L’oxydation entrave ce processus. Le flux nettoie et active les surfaces, ce qui contribue à réduire l’angle de contact.

Il ne suffit donc pas d’appliquer suffisamment de flux : celui-ci doit également pénétrer dans le trou avant le soudage.

Azote

Le soudage sous atmosphère d’azote réduit l’oxydation et influence les conditions dans lesquelles la brasure liquide mouille les surfaces et remonte dans le trou. L’azote peut ainsi contribuer à améliorer le remplissage des trous, aussi bien en soudage sélectif qu’en soudage à la vague.

Température et masse thermique

Une géométrie correcte ne suffit pas si la brasure refroidit trop fortement pendant sa remontée. Dès qu’elle se solidifie, le mouvement ascendant s’arrête.

Ce point est particulièrement important pour les PCB multicouches épais et les connexions comportant beaucoup de cuivre. Le cuivre évacue rapidement la chaleur. Un préchauffage supplémentaire ou l’utilisation de reliefs thermiques dans la conception du PCB peut alors être nécessaire.

Pression de la pompe

En soudage à la vague et en soudage sélectif, la pression de la pompe contribue à pousser la brasure liquide vers le haut. Une pression plus élevée ne peut cependant pas compenser à elle seule un mauvais mouillage ou un rapport broche-trou défavorable. Les conditions nécessaires à l’action capillaire doivent toujours être réunies.

Que faire en cas de remplissage insuffisant ?

Si la brasure ne remonte pas suffisamment dans le trou, il ne faut pas se concentrer uniquement sur la machine de soudage. Vérifiez la combinaison entre diamètre de la broche, diamètre du trou, pénétration du flux, mouillage, température, masse thermique et paramètres du procédé.

La règle d’environ 0,25 mm de jeu de chaque côté constitue un bon point de départ. En cas de problèmes persistants, il est préférable d’analyser l’ensemble du procédé thermique et de soudage. Cela permet d’éviter de tenter de résoudre un problème de conception du PCB uniquement en modifiant les paramètres du procédé, ou inversement.

Conclusion

Pour favoriser une forte action capillaire en soudage THT, un diamètre de trou environ 0,5 mm supérieur au diamètre de la broche constitue une règle pratique. Le remplissage final dépend toutefois de l’interaction entre la conception du PCB, le mouillage, le flux, la température, la masse thermique et le procédé de soudage.