Comment prévenir les défauts non mouillants

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Le processus de fabrication des cartes de circuits imprimés (PCB) comprend généralement une procédure connue sous le nom de soudure par refusion ou refusion. La refusion consiste à couvrir la surface du PCB avec de la pâte à souder pour faciliter la fixation temporaire des milliers de composants minuscules de la carte à leurs pastilles PCB. La pâte à souder stabilise les composants suffisamment longtemps pour une application à haute température. La chaleur élevée refond la soudure, c'est-à-dire qu'elle transforme la pâte en une substance fondue qui s'écoule sur toute la carte, créant des joints de soudure permanents qui cimentent fermement les composants en place.

La soudure par refusion est une technique utile, mais comme dans de nombreux processus de fabrication, en particulier ceux impliquant des masses de pièces minuscules, il y a toujours le risque qu'une erreur se produise. Parmi les défauts de soudure par refusion dans les PCB, le non-mouillage n'est pas rare et peut avoir de graves implications pour l'intégrité structurelle et les performances des cartes défectueuses. Heureusement, il est possible de prendre des précautions pour améliorer le mouillage de la planche et prévenir ce défaut.

Dans ce guide, nous discutons du défaut de soudure connu sous le nom de non-mouillage, expliquons ses causes fréquentes et ses remèdes potentiels, et fournissons des images des défauts de soudure afin que vous ayez une représentation visuelle claire de ce qui peut mal tourner et comment y remédier.

Qu'est-ce qu'un défaut non mouillant ?

Un défaut non mouillant est un défaut de soudure qui se produit lorsque la soudure fondue ne parvient pas à se lier au métal de base sur la carte. Lorsque cette liaison ne se matérialise pas, la soudure peut ne pas adhérer aux bornes des composants ou aux pastilles du circuit imprimé pour leur permettre de se coller solidement les unes aux autres. Le matériau de surface de la carte restera exposé et la soudure elle-même peut sembler granuleuse ou sans éclat. Le non-mouillage conduit également directement à la formation de vides - la création de trous dans un joint de soudure dépourvu de matériau de soudure.

Non mouillant contre démouillant

Un défaut de non-mouillage est différent du démouillage. Quelle est la signification du démouillage de la soudure ?

Le démouillage se produit lorsque la soudure fondue recouvre initialement les bornes des composants et les pastilles de circuit imprimé, mais s'éloigne ensuite de ces pièces, laissant de fines zones de soudure sur le métal de base et des amas épais et irréguliers. Le matériau de surface du panneau ne reste généralement pas exposé. Lorsque le démouillage se produit, il affecte généralement les joints de soudure et la qualité de leur congé.

Des défauts non mouillants se produisent souvent, mais pas toujours, avec des soudures sans plomb comme les soudures étain-argent-cuivre. Certains métaux sont plus enclins au non-mouillage que d'autres car différentes métallisations ont des caractéristiques de mèche et de propagation différentes. Les cartes en cuivre nu revêtues d'un conservateur organique de soudabilité (OSP) sont souvent sensibles au non-mouillage des pastilles de PCB, en particulier si elles ont subi plus d'un cycle thermique. D'autre part, l'étain pur a tendance à bien s'étaler et à réduire le non-mouillage, tout comme les finitions à immersion d'argent. Les alliages de nickel et d'or ont également tendance à bien se souder et à minimiser le non-mouillage tant qu'ils ne contiennent pas d'impuretés.

Pourquoi il est important de réparer les défauts non mouillants

Pourquoi est-il si essentiel de traiter les défauts non mouillants sur les PCB ? Le non-mouillage peut causer de graves problèmes structurels qui nuisent au fonctionnement et aux performances d'une planche.

Le non-mouillage sur un PCB crée des joints de soudure instables. Lorsque les joints d'un circuit imprimé sont instables, ils peuvent se casser ou fournir une mauvaise conductivité électrique. Et lorsque la soudure n'adhère pas au métal de base, les composants et les pastilles de circuit imprimé ne seront pas solidement fixés à la carte. Ils peuvent être desserrés et former de mauvaises connexions, ou ils peuvent tomber, soit immédiatement, soit lorsqu'ils sont soumis à un stress. Sans ses composants appropriés fixés fermement en place, le PCB ne fonctionnera pas correctement.

Causes courantes de défauts non mouillants

Les défauts non mouillants ont plusieurs causes communes. Vous trouverez ci-dessous de nombreuses raisons pour lesquelles un non-mouillage peut se produire sur un PCB :

1. Finition PCB inadéquate

La finition sur une carte de circuit imprimé contribue grandement à déterminer dans quelle mesure la soudure refusionnera et combien de mouillage se produira. Si la finition est inadéquate et qu'une grande partie de la carte nue reste exposée, la soudure refondra avec plus de difficulté et collera mal au PCB.

2. Mauvais placage des broches

Si les broches de cuivre d'un PCB reçoivent un placage de cuivre inadéquat avant de subir un placage d'étain/plomb, elles peuvent devenir sensibles au non-mouillage. La raison en est qu'un placage de cuivre suffisant est essentiel pour empêcher le zinc d'interférer avec le placage d'étain/plomb et empêcher la soudure d'adhérer correctement.

3. Flux dégradé

Le flux ancien et dégradé - l'agent de nettoyage chimique utilisé avant et après le soudage - peut rapidement conduire à un non-mouillage. Le flux se dégrade rapidement dans un récipient ouvert. Même si sa teneur en solides reste constante, ses performances diminueront considérablement. Des changements de flux réguliers permettent d'éviter ce problème.

4. Mauvais type de flux

Le type de flux utilisé pour le nettoyage peut également déterminer si un non-mouillage se produit sur un PCB. En général, les flux à haute activité conduisent à une bonne soudabilité et à un moindre risque de non-mouillage. À l'inverse, les flux à faible activité et à faible résidu peuvent entraîner une faible soudabilité et une probabilité accrue de non-mouillage. Un flux à faible activité sera insuffisant pour éliminer les oxydes de la surface du PCB, et les oxydes empêcheront le mouillage.

5. Épaisseur d'étain/plomb incorrecte

Lorsque les cartes contiennent un placage d'étain et de plomb trop fin, une épaisseur incorrecte entraîne une mauvaise soudabilité et un non-mouillage. Un revêtement plus fin a une durée de conservation plus courte et peut ne pas durer jusqu'à ce que la soudure se produise.

6. Longs temps de stockage

Si la carte reste stockée trop longtemps, une soudure efficace devient plus difficile et la probabilité de non-mouillage augmente. Comme nous l'avons vu, la soudabilité correspond généralement directement à l'épaisseur du placage. Pendant une longue période de stockage, le placage nécessaire à une bonne soudabilité peut se rompre. Un PCB stocké pendant un an ou plus peut présenter un risque accru de mauvaise soudabilité et de non-mouillage.

7. Résine de planche mal appliquée

Si la résine d'un circuit imprimé s'étale, elle peut interférer avec la soudure et provoquer un non-mouillage. Par exemple, la résine du carton peut tacher les coins d'une broche et provoquer un non-mouillage dans ces zones.

8. Problèmes avec le bain

Dans certains cas, un non-mouillage peut se produire sur le revêtement de la carte imprimée. Par exemple, un revêtement de surface en or sur un circuit imprimé peut entraîner un non-mouillage sur toute sa surface en raison de déséquilibres dans le bain d'or autocatalytique.

9. Oxydation

L'oxydation sur la surface recevant la soudure peut souvent conduire à un non-mouillage. Les oxydes interviennent entre la soudure et le métal de base et empêchent une bonne adhérence. Lorsque cela se produit, un non-mouillage peut se produire sur chaque partie de la surface qui s'est oxydée.

10. Pâte à souder insuffisante

Un faible volume de pâte à souder provoque souvent un non-mouillage car une répartition adéquate de la pâte à braser est nécessaire pour assurer des joints de soudure stables. Lorsque l'assemblage du circuit imprimé utilise trop peu de pâte à souder, une bonne adhérence entre la soudure et la surface du métal de base de la carte ne peut pas se produire. Heureusement, une application suffisante de pâte à souder entraîne souvent un mouillage à 100 % d'un PCB.

11. Mauvais choix de pâte à souder

Certaines pâtes à souder fonctionnent mieux pour empêcher le non-mouillage que d'autres. Généralement, comme pour les flux, une pâte à souder à haute activité sera plus efficace qu'une pâte à braser à faible activité. Cela améliorera la soudabilité et minimisera le risque de non-mouillage.

12. Pâte à souder expirée

Si la pâte à souder utilisée sur la carte a dépassé sa date de péremption, elle ne contiendra pas de flux assez puissant. Le flux ne sera pas suffisamment actif pour éliminer les oxydes de la carte et permettre une bonne soudabilité et un bon mouillage.

13. Températures de soudure insuffisantes

Des températures de soudure trop basses ont tendance à favoriser le non-mouillage sur une carte de circuit imprimé. La soudure nécessite un certain seuil thermique pour se lier correctement avec le métal de base. Si la température lors de la soudure n'atteint pas ce seuil, la soudure n'adhérera pas correctement aux composants ou aux pastilles du PCB. Cette difficulté est particulièrement fréquente avec les alliages sans plomb, qui ont tendance à avoir des points de fusion plus élevés que les alliages étain/plomb.

14. Températures de soudure incohérentes

Des températures de soudure incohérentes ou fluctuantes peuvent entraîner un non-mouillage sur un PCB car elles ne parviennent pas à activer le flux et favorisent une mauvaise adhérence de la soudure dans certaines zones. Si des points problématiques spécifiques sur le PCB ne reçoivent pas de chaleur qui atteint la température d'activation du flux, la soudure ne collera pas à ces régions comme elle le devrait.

15. Temps de trempage trop court

La durée pendant laquelle la soudure reste sur la carte affecte directement sa capacité à se lier au métal de base de la surface du PCB. Si la soudure n'a pas assez de temps pour adhérer correctement, un non-mouillage est susceptible de se produire à des endroits particuliers ou sur toute la surface.

16. Temps de trempage trop long

Alternativement, si la soudure reste sur la carte trop longtemps pendant le processus de refusion, le temps prolongé peut épuiser le flux avant que la soudure puisse avoir lieu. Si le flux devient inactif en raison du long temps de trempage, la probabilité de non-mouillage augmente considérablement.

17. Incompatibilité entre la pâte à souder et le matériau de placage

Si le type de pâte à souder et le matériau de la couche de placage sur la carte sont incompatibles, la pâte à souder sera inefficace pour permettre les connexions entre les composants de surface et les pastilles sur la carte.

18. Puces plus petites

Les puces plus petites contiennent nécessairement une couche plus fine de pâte à souder. Dans ces cas, la couche de pâte à souder peut être insuffisante pour permettre un bon mouillage de l'ensemble du circuit imprimé.

19. Flux ou pâte à souder contaminé

Un flux ou une pâte à souder contaminé ne nettoiera pas la carte ou ne connectera pas les composants efficacement et ne permettra pas un mouillage adéquat. Les contaminants peuvent également laisser des résidus indésirables sur le PCB qui interfèrent avec le flux de soudure et provoquent un non-mouillage.

Comment corriger les défauts non mouillants

Pour corriger ces défauts, vous pouvez prendre différentes mesures pour favoriser un bon mouillage ou remédier au non-mouillage s'il se produit malgré tous vos efforts.

1. Réduire l'oxydation

L'oxydation est l'une des causes les plus courantes de défauts de non-mouillage des PCB. La réduction de l'oxydation de la poudre de soudure, des fils de composants et des pastilles de circuit imprimé avant la refusion peut réduire considérablement le potentiel de mauvais mouillage de la carte.

2. Ajuster le profil de redistribution

Pour éviter les défauts non mouillants, vous pouvez commencer par ajuster votre profil de refusion pour minimiser les écarts de température. Vous pouvez ajuster et optimiser le profil de refusion en modifiant la zone de trempage pour fournir la montée en température et l'exposition appropriées et éviter les défauts.

3. Réduire l'apport de chaleur global

Étant donné qu'une montée en température trop abrupte pendant la refusion peut provoquer des défauts tels que des ponts, des boules de soudure, des désactivations et des microfissures, les fabricants augmentent souvent le profil thermique global pour rendre la montée en température plus modérée. Cependant, trop de chaleur trop tôt peut entraîner un non-mouillage, ainsi que d'autres problèmes graves comme le délaminage de la carte et la combustion des composants. Un apport de chaleur trop élevé peut également réduire l'activité de flux de la pâte à souder si la pâte a une tolérance à l'oxydation limitée, ce qui entraîne à nouveau un mauvais mouillage.

4. Augmenter la température de refusion maximale

Bien que l'apport de chaleur global ne soit pas trop élevé, la température de refusion maximale doit atteindre un certain seuil. Si la température de refusion ne devient jamais assez élevée, un mouillage adéquat ne peut pas se produire, les installations doivent donc surveiller attentivement leur température de refusion maximale.

5. Réduire le temps de profilage

La réduction du temps de trempage pendant la refusion est souvent bénéfique pour réduire le non-mouillage à travers le PCB. La réduction du temps de trempage permet de s'assurer que le flux reste actif, élimine les oxydes et facilite un bon mouillage.

6. Maintenir l'environnement de stockage approprié

Assurez-vous que l'environnement de stockage de vos PCB est idéal pour maintenir leur qualité dans le temps. Si la température et l'humidité dans la zone de stockage ne répondent pas aux normes de stockage à long terme des PCB, envisagez de procéder à des ajustements ou de choisir un autre emplacement de stockage.

7. Faites attention aux temps de stockage

Même si votre zone de stockage répond aux normes requises, il est préférable de ne pas utiliser une carte électronique stockée depuis plus d'un an sans plaque de protection. Une carte stockée aussi longtemps peut avoir un placage dégradé, ce qui entraînera une mauvaise soudabilité et une forte probabilité de défauts non mouillants.

8. Vérifier la fraîcheur de la pâte à souder

Comme nous l'avons vu, la qualité de la pâte à souder utilisée sur un PCB a un effet direct sur la soudabilité et le potentiel de non-mouillage. Si votre pâte à souder vieillit ou est périmée, recherchez une pâte plus fraîche qui permettra un mouillage suffisant sur toute la surface.

9. Utilisez des finitions de surface métalliques de haute qualité

Étant donné que certains défauts non mouillants se produisent en raison d'une finition de surface métallique inférieure sur le PCB, il est essentiel de veiller à la qualité de la finition. L'utilisation d'un OSP résistant aux hautes températures est une possibilité - une autre consiste à utiliser de l'or par immersion au nickel autocatalytique (ENIG).

10. Utiliser de l'acide sulfurique

Si un non-mouillage s'est déjà produit, utilisez de l'acide sulfurique pour éliminer la soudure et les oxydes. Préparez une solution d'acide sulfurique à une concentration d'environ 2% et plongez-y chaque carte défectueuse pendant quelques minutes. L'acide sulfurique rongera la soudure mal mouillée et les oxydes d'étain ou les zones de migration d'étain sur la carte. Une fois que vous avez fait cela, la carte sera propre et prête pour une seconde refusion et ressoudage.

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