TS 18

Convient pour

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  Brasage à la vague

  Le brasage à la vague est un procédé de brasage utilisé dans la fabrication électronique pour connecter des composants électroniques à une carte électronique. Ce procédé est généralement utilisé pour les composants à trous traversants, mais il peut également servir à braser certains composants CMS qui sont collés avec une colle pour les composants CMS sur la face inférieure de la carte électronique avant d'être soumis au process de brasage à la vague. Le process de brasage à la vague comprend trois étapes principales : Le flux, le préchauffage et le brasage. Un convoyeur transporte les cartes électroniques dans la machine. Les cartes électroniques peuvent être montés dans un cadre de brasage afin d'éviter d'ajuster la largeur du convoyeur pour chaque cartes électroniques. Le fluxage est généralement effectué au moyen d'un fluxeur à pulvérisation (fluxeur spray), mais le fluxage par mousse et le fluxage par jet sont également possibles. Le flux liquide est appliqué à partir de la face inférieure de la carte électronique. L'objectif du flux est de désoxyder les surfaces brasables de la carte électronique et des composants et de permettre à l'alliage de brasage liquide d'établir une connexion intermétallique avec ces surfaces, ce qui donne lieu à un joint de brasage. Le préchauffage a trois fonctions principales. Le solvant du flux doit être évaporé car il perd sa fonction une fois qu'il a été appliqué et il peut entraîner des défauts de brasage tels que les ponts et la formation de microbilles lorsqu'il entre en contact avec la vague et l'alliage à l'état liquide. Les flux à base d'eau ont généralement besoin d'un préchauffage plus important pour s'évaporer que les flux à base d'alcool. La deuxième fonction du préchauffage est de limiter le choc thermique lorsque la carte électronique entre en contact avec l'alliage à l'état liquide. Cela peut être important pour certains composants CMS et matériaux de cartes électroniques. La troisième fonction du préchauffage est de favoriser le mouillage de l'alliage à travers les trous traversants métallisés. En raison de la différence de température entre le la carte électronique et l'alliage à l'état liquide, ce dernier est refroidi lorsqu'il traverse le trou traversant. Les cartes et les composants thermiquement lourds peuvent absorber tellement de chaleur de l'alliage à l'état liquide qu'il est refroidi jusqu'au point de solidification où il se solidifie avant d'atteindre le sommet du trou traversant. C'est un problème typique lors de l'utilisation d'alliages sans plomb Sn(Ag)Cu. Un bon préchauffage limite la différence de température entre la carte électronique et l'alliage à l'état liquide et réduit donc le refroidissement de l'alliage à l'état liquide lorsqu'elle monte dans le trou traversant. L'alliage à l'état liquide a ainsi plus de chances d'atteindre le haut du trou traversant. Dans un troisième temps, la carte électronique passe sur une vague de brasage. Un bain rempli d'un alliage est chauffé à la température préconisée pour cette alliage. Cette température dépend de l'alliage utilisé. L'alliage à l'état liquide est pompé à travers des canaux jusqu'à une formeuse de vague. Il existe plusieurs types de formeuses de vague (buses). La configuration traditionnelle consiste en une vague CMS combinée à une vague principale laminaire. La buse CMS projette l'alliage dans la direction du mouvement de carte électronique et permet de braser la pastille arrière des composants CMS qui est une zone d'ombre créée par le corps de composant qui ne sera pas brasée par la vague laminaire. La vague principale laminaire s'écoule vers l'avant, mais la plaque arrière réglable est positionnée de telle sorte que la carte pousse la vague vers l'arrière (drainage). Cela permet d'éviter que la carte électronique se salisse avec les oxydes de surface de la vague laminaire. Une forme de vague qui gagne en popularité est la vague Wörthmann qui combine la fonction de la vague CMS et de la vague principale laminaire en une seule vague. Cette vague est plus sensible au bon réglage et aux ponts. Étant donné que les alliages de brasage sans plomb nécessitent des températures de travail élevées et ont tendance à s'oxyder fortement, de nombreux process de brasage à la vague sont réalisés dans une atmosphère d'azote. Une nouvelle tendance du marché, considérée par certains comme l'avenir du brasage, est l'utilisation d'un alliage à bas point de fusion, tel que le LMPA-Q. Le LMPA-Q nécessite moins de température et réduit l'oxydation. Il présente également des avantages en termes de coûts, tels que la réduction de la consommation d'électricité, la réduction de l'usure des pièces mécaniques de la vague et l'absence de besoin d'azote. Il réduit également l'impact thermique sur les composants électroniques et les matériaux des circuits imprimés.

Principaux avantages

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  À base d'alcool (COV)

  Les flux de brasage à base d'alcool sont des flux liquides dont le principal solvant est un ou plusieurs alcools. La majorité des flux liquides utilisés dans la fabrication électronique sont encore à base d'alcool. Les principales raisons sont leur utilisation historique et donc leur part de marché, ainsi que leur fenêtre de process généralement plus grande par rapport aux flux à base d'eau. Les flux à base d'eau présentent de nombreux avantages par rapport aux flux à base d'alcool, tels qu'une consommation plus faible, l'absence d'émissions de COV (composés organiques volatils), l'absence de risque d'incendie, l'absence de transport et de stockage spéciaux, l'absence d'odeur dans la zone de production,... Cependant, de nombreux fabricants d'électronique semblent préférer la fenêtre de process plus large des flux à base d'alcool aux avantages des flux à base d'eau. Les flux à base d'alcool sont en général moins sensibles aux réglages du fluxeur par pulvérisation pour obtenir une bonne application du flux sur la surface à braser et dans les trous métallisés traversants. De plus, ils s'évaporent plus facilement lors du préchauffage et présentent moins de risques de gouttes de solvant résiduelles créant des microbilles, des éclaboussures d'alliage ou des ponts au contact de la vague. Un autre paramètre qui complique la mise en œuvre des flux à base d'eau est que, dans certains cas, le changement de flux peut être un processus long et coûteux. Il implique généralement des tests d'homologation et l'approbation des clients finaux. Spécifiquement pour les EMS (Electronic Manufacturing Servivces), sous-traitants, cela peut être un défi. Certains pays ont déjà mis en place une législation qui limite l'émission de COV par les systèmes d'évacuation ou impose des taxes sur les émissions de COV. Cela semble être une incitation supplémentaire à passer aux flux à base d'eau. Un développement récent a forcé de nombreux fabricants à se pencher sur les flux à base d'eau. La pandémie de COVID au début de l'année 2020 a soudainement augmenté la demande de désinfectants à base d'alcool, à tel point qu'à un certain moment, la disponibilité des alcools sur le marché était pratiquement inexistante. Heureusement, l'industrie qui produit les alcools a pu augmenter ses volumes juste à temps pour éviter que les fabricants d'électronique ne se retrouvent sans flux pour faire fonctionner leurs machines à braser.
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  Absolument sans colophane

  La colophane est une substance dérivée des arbres qui est généralement utilisée dans les flux de brasage. Elle peut être utilisée dans les flux liquides ainsi que dans les flux en gel. Les flux contenant de la colophane peuvent être identifiés par la dénomination "RO" dans la classification IPC. En général, la colophane offre une bonne fenêtre de process en termes de temps et de température, mais présente un certain nombre d'inconvénients selon l'application dans laquelle le flux contenant de la colophane est utilisé. Dans les flux liquides pour le brasage à la vague et le brasage sélectif, la colophane présente un risque accru de blocage de la buse des systèmes d'application de flux par pulvérisation et micro-jet, ce qui entraîne une maintenance accrue et un risque plus élevé de mauvais résultats de brasage. Les résidus d'un flux à base de colophane dans la machine à braser et sur les outils et supports sont assez difficiles à éliminer et un nettoyant à base de solvant est généralement nécessaire. Lorsque le flux à base de colophane se retrouve accidentellement sur les contacts d'un connecteur ou sur des touches carbone de contact comme pour une télécommande ou dans des contacteurs / relais / interrupteurs électromécaniques, il est connu pour créer des problèmes de contact et un mauvais fonctionnement de l'unité électronique dans son environnement. De plus, les résidus du flux qui restent sur la carte peuvent créer des problèmes de contact lors des tests in situ ce qui peut entraîner des retards de production en raison de mauvais contacts. Cela nécessite généralement un nettoyage du PCB et/ou des broches de test. Ces broches de test coûteuses sont assez fragiles et sensibles pour être endommagées par le nettoyage. En outre, les résidus d'un flux à base de colophane sont connus pour ne pas être compatibles avec les vernis de tropicalisations dans le temps. Le résidu de colophane forme une couche de séparation entre le PCB et les vernis de tropicalisation qui, à terme, peut provoquer le détachement des vernis de tropicalisation et également des fissures, en particulier lorsque l'unité électronique subit de nombreux cycles de températures (réchauffement et refroidissement). Pour ces raisons, les flux sans colophane et plus particulièrement les flux de la classification 'OR' sont généralement utilisés pour le brasage à la vague et le brasage sélectif. La colophane peut également être utilisée dans les fils à braser. Bien que la colophane offre une bonne fenêtre de process en termes de temps et de température, elle est très sensible à la décoloration lorsqu'elle est chauffée. La décoloration dépendra du type de colophane et de la température qu'elle a vue. Les températures des pannes de fer à souder étant généralement assez élevées, la colophane présente dans le fil de brasage donnera lieu à la formation de résidus visuels assez importants autour des joints de brasage. Cela les distinguera des autres joints de brasage réalisés par refusion, à la vague et par brasage sélective. Lorsque cela n'est pas souhaitable, une opération de nettoyage doit être effectuée. De plus, les fumées d'un fil de brasage contenant de la colophane sont considérées comme dangereuses. Une aspiration des fumées est obligatoire mais de toute façon conseillée pour toute opération de brasage manuel. Les fils contenant de la colophane sont encore très utilisés mais les fils à braser sans colophane et plus particulièrement les fils à braser de la classification 'RE' gagnent en importance. La colophane est également utilisée dans les crèmes à braser. En plus d'offrir une bonne fenêtre de process en termes de temps et de température, elle assure également une bonne stabilité de la crème à braser sur le pochoir. Cela facilitera un process de sérigraphie stable et donc des résultats de brasage et des taux de défaut stables. La décoloration de la colophane dans le brasage par refusion n'est pas aussi importante qu'avec un fil de brasage car les températures dans le brasage par refusion sont plus basses que dans le brasage manuel. Néanmoins, les résidus de colophane sont peu compatibles avec les vernis de tropicalisation et, après des cycles thermiques, ils peuvent présenter des fissures ou décoller les vernis de tropicalisation. Bien que la plupart des fabricants appliquent les vernis de tropicalisation sur les résidus de crème à braser, pour des résultats optimaux, il est conseillé de nettoyer les résidus de crème à braser. Compte tenu des avantages de la colophane décrits ci-dessus, la plupart des crèmes à braser contiennent de la colophane.
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  Absolument sans halogène

  La chimie de brasage absolument sans halogène ne contient aucun halogène ni halogénure ajouté intentionnellement. La classification IPC autorise jusqu'à 500 ppm d'halogènes pour la classification "L0", la plus basse. Les flux de brasage, les crèmes à braser et les fils à braser de cette classe sont souvent appelés "sans halogène". La chimie de brasage absolument sans halogène va plus loin et ne contient pas ce niveau "autorisé" d'halogènes. Spécifiquement en combinaison avec des alliages de brasage sans plomb et sur des applications électroniques sensibles, ces faibles niveaux d'halogènes ont été signalés comme pouvant causer des problèmes de fiabilité comme par exemple des courants de fuite trop élevés. Les halogènes sont des éléments du tableau périodique comme Cl, Br, F et I. Ils ont la propriété physique de réagir. Ceci est très intéressant du point de vue de la chimie du brasage car elle est destinée à nettoyer les oxydes des surfaces à braser. Et en effet, les halogènes remplissent très bien cette fonction, même les surfaces difficiles à nettoyer comme le laiton, le Zn, le Ni,...ou les surfaces fortement oxydées ou dégradées I-Sn et cuivre passivé "OSP" (Organic Surface Protection) peuvent être brasées à l'aide de flux halogénés. Les halogènes offrent une grande fenêtre de process en matière de brasabilité. Le problème est toutefois que les résidus et les produits de réaction des flux halogénés peuvent être problématiques pour les cartes électroniques. Ils ont généralement une hygroscopicité et une solubilité dans l'eau élevés et présentent un risque accru d'électro-migration et de courants de fuite élevés. Cela signifie un risque élevé de dysfonctionnement de la carte électronique. En ce qui concerne spécifiquement les alliages de brasage sans plomb, de plus en plus de rapports indiquent que même les plus faibles pourcentages d'halogènes peuvent être problématiques pour les applications électroniques sensibles. Les applications électroniques sensibles sont typiquement des cartes électroniques à haute résistance, des cartes électroniques de mesure, des cartes électroniques à haute fréquence, des capteurs,...C'est pourquoi la tendance est de s'éloigner des halogènes dans la chimie de brasage dans la fabrication électronique. En général, lorsque la brasabilité des surfaces à braser du composant et du PCB (Printed Circuit Board) est normale, il n'y a pas besoin de ces halogènes. Des produits de brasage absolument sans halogène, conçus intelligemment, fourniront une fenêtre de process suffisamment large pour nettoyer les surfaces et obtenir un bon résultat de brasage et ceci en combinaison avec des résidus de haute fiabilité.
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  Conforme à la directive RoHS

  RoHS est l'abréviation de Restriction of Hazard Substances (restriction des substances dangereuses). Il s'agit d'une directive européenne : Directive 2002/95/EC. Elle restreint l'utilisation de certaines substances considérées comme des substances extrêmement préoccupantes (SHVC) dans les équipements électriques et électroniques pour le territoire de l'Union européenne. Vous trouverez ci-dessous une liste de ces substances : Veuillez noter que ces informations sont susceptibles d'être modifiées. Consultez toujours le site Internet de l'Union européenne pour obtenir les informations les plus récentes : https://ec.europa.eu/environment/topics/waste-and-recycling/rohs-directive_nl https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:32011L0065 1. Cadmium et composés de cadmium 2. Plomb et composés du plomb 3. Mercure et composés du mercure (Hg) 4. Composés du chrome hexavalent(Cr) 5. Biphényles polychlorés (PCB) 6. Naphtalènes polychlorés (PCN) 7. Paraffines chlorées (PC) 8. Autres composés organiques chlorés 9. Biphényles polybromés (PBB) 10. Diphényléthers polybromés (PBDE) 11. Autres composés organiques bromés 12. Composés organiques de l'étain (composés du tributyl étain, composés du triphényl étain) 13. Amiante 14. Composés azoïques 15. Formaldéhyde 16. Chlorure de polyvinyle (PVC) et mélanges de PVC 17. Ester diphénylique décabromé (à partir du 1/7/08) 18. PFOS : Directive européenne 76/769/CEE (non autorisé dans une concentration égale ou supérieure à 0,0005% en masse) 19. Phtalate de bis(2-éthylhexyle) (DEHP) 20. Phtalate de butyle et de benzyle (BBP) 21. Phtalate de dibutyle (DBP) 22. Phtalate de diisobutyle 23. Déca diphényl ester bromé (dans les équipements électriques et électroniques) D'autres pays en dehors de l'Union européenne ont introduit leur propre législation RoHS, qui est dans une large mesure très similaire à la RoHS européenne.
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  Faible résidu

  Les résidus après le brasage sont inhérents au process de brasage. Certains produits de brasage laisseront plus de résidus que d'autres. En général, les produits à faible teneur en matière solide ont la préférence. Les résidus sont généralement indésirables pour plusieurs raisons. L'une de ces raisons est d'ordre esthétique. Lorsque le client final reçoit ses cartes, il souhaite évidemment qu'elles soient aussi propres que possible. Les résidus peuvent également interférer avec les tests in situ. Ils peuvent créer des problèmes de contact et de fausses lectures qui peuvent entraver le flux de production. Les résidus peuvent également s'accumuler sur les pointes de test, où elles doivent être nettoyées. Ces pointes de test sont assez fragiles et le risque de les endommager pendant le nettoyage est réel. Les résidus du process de brasage peuvent également interférer avec les signaux à haute fréquence des applications électroniques sensibles. Les résidus créés par la colophane et la résine sont généralement peu compatibles avec les vernis de tropicalisation. En outre, ils sont connus pour causer des problèmes de contact lorsqu'ils se retrouvent sur les contacts des connecteurs, les contacts (en carbone) des télécommandes, les surfaces de contact des interrupteurs, des relais, des contacteurs,... et provoquent des défaillances en fonctionnement sur le terrain. Lorsque le produit de brasage est classé comme "No-clean", cela signifie que les résidus de ces produits de brasage peuvent rester sur la carte électronique. Cette classification est basée sur la réussite de tests de fiabilité tels que les tests de résistance d'isolation de surface (SIR) et les tests de migration électro-chimique. Il existe de nombreuses normes dans le monde qui spécifient ces tests. La norme la plus acceptée est la norme IPC. Dans ces tests de fiabilité, une carte d'essai avec un peigne normalisé est brasée avec le produit de brasage selon des paramètres spécifiés. La carte d'essai est soumise à des conditions d'humidité et de température élevées pendant une période définie au cours de laquelle la résistance d'isolation de la surface est mesurée. Cette résistance d'isolation de surface ne peut pas descendre en dessous d'une valeur définie et les cartes sont également inspectées visuellement à l'aide d'un microscope pour détecter des anomalies telle qu'une migration électro-chimique.

Documents

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  TD TS 18 (PDF)

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